JPS58151384A - 炭化珪素焼結体表面の金属化法 - Google Patents

炭化珪素焼結体表面の金属化法

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JPS58151384A
JPS58151384A JP3259582A JP3259582A JPS58151384A JP S58151384 A JPS58151384 A JP S58151384A JP 3259582 A JP3259582 A JP 3259582A JP 3259582 A JP3259582 A JP 3259582A JP S58151384 A JPS58151384 A JP S58151384A
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JP
Japan
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silicon carbide
sintered body
buffer layer
reaction layer
metallization
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JP3259582A
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JPH0248515B2 (ja
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六郎 神戸
今井 隆治
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Nippon Tokushu Togyo KK
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Nippon Tokushu Togyo KK
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 数置な炭化珪素焼結体は、熱衝撃強度、高温時の機械的
強II!勢の耐熱wI特性に優れ、化学的にも高い安定
性を示し、しかも高い耐摩耗性を臭えている魁から1I
llIil用の機械部材、特に最近においては内燃機関
の各部材として高アルミナ質1141に代って注−され
るようになったが、例えばロッカーアームの一動部のチ
ップとして用いる場合のように金属の如き異種材料と強
固に接合する金属化面の生成に難があった。
この1由は、炭化珪素焼結体の41 x 10−@で示
される低い熱**係数が上記の耐熱U特性に大きく寄与
する反面、異種材料の熱廖鰻係数、特に鋼材の/1 x
 10−”/Cと大きく懸隔し、同じセラ建ツクスであ
る高アルミナ質磁器の1.0×/ f’/Cとの関にも
大龜な差異があるため、^温で加熱される四−着作業時
、更には為亀で使用された場合において綴金される異種
材料との間に大きな熱膨張差をもたらして綴金強度を低
下させていた。
本発明は、%に異種材料との接合強度を格段と為める炭
化珪素焼結体表面の金属化法に係り該炭化珪素と反応性
の高い金属からなる反応層と、展延性に富む金属からな
る緩衝層の一層を物理蒸着法によって形成することを特
徴とするものである。
しかして、上記炭化珪素焼結体の表向に形成する反応層
は、炭化珪素と^い反応性を有する金属、Ti + C
r l Mo * Zr I Hf e W等、および
これらを含む合金、例えばNiCrから撰ばれるがその
膜厚はこれら金属が剛性であり、かつ熱膨鰻係数が基盤
の窒化珪素焼結体に比して著しく^い理由および蒸着に
要する時間を短縮する目的から可能な@抄薄くすること
が望ましいが、薄すぎる場合は蒸着時において全体が反
応して上向の緩衝層との関に必要な接合強度が得られな
いため少なく共100ムは必要であり、それ以上は略々
膜厚に応じて接合強度を高めるが一〇〇〇X付近から鈍
化すると共に、過度の膜厚は上記の理由によって耐久性
を劣化する慣れがあるだけでなく、蒸着に長時間を賛す
るので最大toooo i8!度、コ0o −Joya
@の範囲内が好ましい。
次に、反応層の表面に緩衝層を形成する目的Fi異種材
料とのロー着を容島にすると共に、接合層間の熱膨張差
を1収するだめのものであるから、展延性に富む金属、
Cu t AI + Au * Ag等およびこれらを
含む合金、または展延性において上記の金属に比して若
干低下するがロー材との濡れ性の高いNlも使用でき、
価格の面からCu r Ni + AIが最も実用に適
し、その膜厚は上記の層内から反応層とは逆に厚い方が
望ましいが、過度に失した場合はこの緩衝層自体の熱膨
張によって耐久性を劣化させる慣れがあるだけでなく、
蒸着に長時間を要して量産性を低下する。また薄すぎる
場合はロー材が下方の反応層まで侵入、拡散して該緩衝
層および反応層の機能に悪影響を及ばずのでその範囲は
Qj −jμ程度、特に/−4jμが好ましく、咳緩衝
層および上記反応層の膜厚はそれら金属の組合せKよっ
て決定される。
また、本発明において上記反応層および緩衝層を形成す
る手段として物理蒸着法を特定した理由は、該物理蒸着
法が上記両層の材質および膜厚を自由Kll定しうる旭
であって、これKよって従来セラ建ツクスに金属化面を
形成する手段として慣用されている、メタライズペース
トを基盤の表′Wiにスクリーン印刷した俵、非酸化性
雰囲気中において加熱するメタライズ(厚膜)法におけ
る欠点、すなわち咳メタライズ法の場合は基盤上に形成
される金属化面がMoあるいはWを主体とする剛性の金
属に限定せられ、しかもその膜厚がio−コOμという
厚1[Kなるため、異種材料間の熱膨張差を吸収できな
い信頼性の低さを一挙に解決することに成功したもので
ある。
しかして、−1lH着法としては真空蒸着を初めとして
イオンビーム蒸着、スパッタリング等があるが、そのい
ずれをも採用することかでき縦化物焼結体基−には常圧
焼結晶、反応焼結晶のいずれをも使用で龜る。
実施例I 常法による常圧焼結をもって製作した純度り1@、層論
密gfl−で、JOx/4)xjwからなる板状の8i
C焼結体を基盤とし、JOx 10−の一方の主表面を
*面粗さ0.17〜4≠tμRa K研磨加工を施し先
後、中性洗剤および流水による洗浄−アセトンによる水
分の置換−/、/、/)リクロルエタンおよびアセトン
洗浄−乾燥の各工程によって清浄し、真空蒸着機(日本
真空技術■EVB −40M )の真空槽内において/
 0−” Torr台に減圧すると共K 3ooc K
加熱し、上記の研磨加工を施した主表面に、基盤の81
0と高い反応性を示す金属から選んだTiを電子ビーム
加熱によって溶融、蒸着して種々の膜厚の反応層を形成
し、賦反応層の上に緩衝層として[を性に富む金属から
撰んだCut上記の真空度を保持した状態において同じ
く電子ビーム加熱によって溶融、lμの厚さに蒸着した
試料について、基盤の炭化珪素焼結体に対する反応層と
緩衝層とからなる金属化面の接合強度を調べるため、該
金属面をフォトエツチングによって/、 / J−φの
円形のパターンとし、これに端面を平坦に研磨したi、
o−φの銅線を突合せ半田ロ一層した彼−直方向の引張
り試験を行なった結果を第1表に示す。
但し、上記の反応層と緩衝層とからなる金属化面は、T
1による反応層を第7表に示したそれぞれの膜厚に蒸着
した都fCuの緩衝層を/μの膜厚に蒸着して形成した
第1表から、反応層を各種の膜厚のTiとし、緩衝層の
Cutlμの膜厚に固定した場合、反応層の膜厚がto
)、 (1ooX以下の膜厚は測定困難のため蒸着時間
によって推定した)の場合は引張強さKよって表わされ
る基盤との接合強度が不充分で実用性に乏しく、1oo
Xから急上昇して膜厚に伴なって接合強度を高め、zo
ooXr1c達するとロー着部から剥離する程の強度が
確かめられたが、前に述べ九理由と接合強度を総合゛し
てコ000)6度が好ましい膜厚であることが示された
実施例コ 金属化面の反応層を膜厚コooo 1のTi K固定し
、緩衝層としてCu 、 N1 、 AIを各種の膜厚
として前と同様の試験を行なった結果を第2表に示す。
但し、緩衝層KAIを用いた場合はロー材に商品名アル
ツル参jpと呼ばれる日本スベリアル社のアルミニウム
用の半田を使用した。
第         コ         表#Iλ表
から、緩衝層の膜厚はCu t Ni + AIのいず
れにおいてもQjμから効果を表わし、膜厚に略々比例
して接合強度を高めるが、tjμ根度から鈍化または逆
に低下する傾向が示された。
実施例3 金属化面の反応層としてTlの他、炭化珪素と反応性の
為い金属として知られるZr r Cr +Moおよび
それらを含む金属としてl:コのNトCrによって代表
させ、一方緩衝層として展延性があり、半田ロー材と濡
れ性のよい金楓から車輌なCuおよびNiを撰び、前者
反応層を1000 A、後者緩衝層をJLjμの膜厚と
して組合せ、前と同様の試験を行なった結果を第3表に
示す。
2/ 第3表から、Zr r Cr * Mo + Ti 、
Ni−Crからなる反応層と、Cu * Niからなる
緩衝層とによって形成された金属化面はいずれの組合せ
においても満足すべき接合強度を示し、特にT1とCu
 + ZrとCuの組合せにおいて優れた効果を示すこ
とが明らかKされた。
以上の通り、炭化珪素焼結体の表面に該炭化珪素と反応
性の嵩い金属からなる反応層と、展延性に富む金属から
なる緩衝層を、物理蒸着法によって形成することを%徴
とした本発明の縦化珪素焼障体表面の金属化法は、上記
反応層および緩衝層のそれぞれ目的に応じた材質および
膜厚を自由に撰定することができるので、基盤の炭化珪
素とIIWIAに結合した1台の極めて薄い反応層と、
展延性に富み接合される他の材料との熱膨張差を吸収す
るに足る膜厚の緩衝層とからなり、ロー着によって他の
金属と強固に接合し、高い耐久性を具えた金属化向を工
業的に得ることができる。
なお、ロー着によって接合しうる相手方の材料は金属材
に限らず、酸化物あるいは窪化物等他のセラにツク焼結
体の表面に金属化面を設けたものでもよく、大蓋の炭化
珪素焼結体を得るため一体またはそれ以上に分割した炭
化珪素焼結体を接合することもできるが、熱膨張係数の
異なる異種材料とのロー着に対して特に有効である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 炭化珪素焼結体のII函に%諌炭化珪素と反応性の^い
    金属からなる反応層と、展延性に富む金属からなる緩衝
    層を、物1m@着法によって形成する仁とを特徴とした
    炭化珪素焼結体表面の金属化法。
JP3259582A 1982-03-01 1982-03-01 炭化珪素焼結体表面の金属化法 Granted JPS58151384A (ja)

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JPS58151384A true JPS58151384A (ja) 1983-09-08
JPH0248515B2 JPH0248515B2 (ja) 1990-10-25

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51120951A (en) * 1975-04-16 1976-10-22 Ngk Spark Plug Co Method of metallizing ceramics surface to obtaining high brazing strength with metal material
JPS51125641A (en) * 1974-08-05 1976-11-02 Ngk Insulators Ltd Process for metallizing ceramics
JPS5899184A (ja) * 1981-12-04 1983-06-13 株式会社日立製作所 炭化珪素焼結体のメタライジング法

Patent Citations (3)

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JPS5899184A (ja) * 1981-12-04 1983-06-13 株式会社日立製作所 炭化珪素焼結体のメタライジング法

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