JPS5849670A - 金属化面を有する窒化珪素焼結体の製造法 - Google Patents

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】 本発明は概して金属化面を有する窒化珪素（以下Ｓｈ、
Ｎ４にて示す）焼結体を得る方法、更に詳しくは、８１
３Ｎ４焼結体の被メタライズ相当部位にＳｉ３Ｎ４焼結
体と化学的結合力が高くしかもそれ自体良好な電気伝導
性を具備してメタライズを有効になし得るサーメツト層
を形成させる方法に関する。

ホットプレス成形したＥｈ、Ｎ４焼結体は表面気孔率が
小さく化学的にも極めて安定であるためメタライズする
ことは困難である。このメタライズに当って最重要とな
るものは８１３Ｎ４に対するメタルの漏れ及びメタルの
熱膨張係数が８１３Ｎ４のそれに近いことであるが、残
念ながらこの２つの性質を同時充足させ得るものはない
。

Ｓｖ、Ｎ４焼結体のメタライズ方法として現在適用され
ているものとしては、（イ）金属塩水だ液を焼結体表面
に塗布した後、還元性雰囲気下で焼成して金属を析出さ
せ金属化面を得、その上にメタライズするもの、（ロ）
Ｍｏ−Ｍｎ系もしくはＭｏ　−Ｗ系ペーストを焼結体表
面に焼付けて金属化面を得その上にメタライズするもの
・・・が挙げられるが、８１３Ｎ４は一旦焼結されたも
のは前述の如く表面気孔率が小さく化学的にも安定して
いるために、上記（イ）（ロ）いづれの手法によっても
メタライズ層と焼結体との化学的結合力は極めて小でこ
のメタライズ層上に金属リードをろう着した場合、該リ
ードに剥離方向の外力が与えられるとこのメタライズ層
は母体である焼結体より容易に剥脱してしまうと云う致
命的欠陥を露呈する。

本発明はこのような欠陥のない金属化面を有する８１３
Ｎ４焼結体を得る法に関し、概略的解決手法は、ＳＬ、
Ｎ、を焼結してしまった后に金属化面を形成させると云
うこれ迄の考えと異なり、金属化面を形成させるだめの
特殊なサーメット粉末と、母体となる８１．Ｎ４粉末と
をホットプレスによって焼結一体となすことによってサ
ーメツト層並びに母体のＳｉ、Ｎ４焼結体相互に高い化
学的結合力を得併せてサーメツト層自体に良好な電気導
伝性を付備せしめる点にある。

以下に本発明を更に詳述する。

本発明は次の４つの工程よりなる。（１）サーメット粉
末を得る工程、（ｌ［）Ｓｊ３Ｎ４粉末全所望の形状に
加圧（プレス）成形する工程、θＤザーメット粉末を（
…）のＳｉ、Ｎ４成形体上に加圧積層するかもしくはサ
ーメット粉末をペースト状となして該Ｓ１．Ｎ４成形体
上に積層する工程、（ト）全体をホットプレスによって
焼結一体とする工程。

本発明に於て最重要工程となるサーメット粉末を得る工
程（１）は、８１３Ｎ４粉末５０〜８０％（Ｎ量、以下
同じ）とＷＣ粉末＋Ｃｏ粉末５０〜２０％とからなるＳ
、１３Ｎ（−Ｗａ　　Ｃｏ系のサーメット粉末を混合に
よって得る工程である。サーメット粉末のうち金属粉末
としてはＳｉ３Ｎ４との化学的親和性がらり（漏れかあ
Ｖ）それ自体の焼結性がよく電解メッキがつき易く且つ
ろう付金属とのなじみのよいものが理想条件であり、こ
の線に沿えると思われる種々の金属化合物、例えばＴＩ
Ｃ−Ｎ４−Ｍｏ系、Ｃｒ　　Ａｌ２Ｏ３系、Ｔｉｃ　−
ＴｉＮ　−１１Ｊ４−Ｍｏ系等を本発明に先がけて５ｔ
３Ｎ４粉末と組合せて焼結（ホットプレス焼結）してみ
たが　Ｔｈｅ　−Ｎｉ−Ｍｏ系のものはプレス型である
カーボン型からの離型性が悪い上にそれ自体の焼結性が
不良で多数の気孔や亀裂を発生しており、Ｃｒ＋　Ａ１
２ｏ、系では同じく離型性が不良である上に８１．Ｎ４
焼結体との化学的結合が殆んど得られず、ＴＩＣ−Ｔｉ
Ｎ　−２Ｊ４−Ｍｏ系に於ては、８１３Ｎ４焼結体との
結合が不在な上にカーボン型に焼付いてしまう・・・等
々の欠点のあることが知見された。このような失敗の中
でＷｅ　−Ｃｏ系のものは８１３Ｎ４と組合って前記の
限定範囲内に於ては、合目的な材料であることが判明し
たのである。すなわち、本発明に於けるサーメット粉末
のうち、８１３Ｎ４粉末が５０％未満の場合はサーメツ
ト層の熱膨張が大きくなり過ぎて母体である８１３Ｎｇ
焼結体及びサーメツト層にクラックが這入り易くなり、
８０％を超えるとサーメツト層の金属性（金属的性質）
が失なわれＮ１メッキやろう接等に支障が現われる。

従って上記組成範囲は目的達成上必要である。

更にこの場合、Ｃｏ粉末のＷｅ粉末＋ＣＯ粉末に対する
含有量（重量％）が１〜ｌＯ％であることは次の理由で
更に望ましい。即ちＣＯ含有量が１％より小さい時はサ
ーメツト層の焼結性に多少の悪影響を与え、１０％を超
えるとサーメツト層よりＣｏが３察出してくる傾向が夫
ノ・あるからである。

サーメット粉末の混合は適当な混合手段、例えば乳鉢混
合、湿式振動ミル等で行なうが、Ｗａ　、’Ｃｏの夫々
の粉末と８１３Ｎ４粉末とｆ　Ｍ＠ＯＨ中にて混合した
后Ｍ８０Ｈを除去し、四塩化炭素（ＣａＩ２）中で結合
剤としての固形パラフィンを約４％程加えてその后ＣＣ
ｌ４を除去し４０メツシユバスの篩別にかけて最終的な
サーメット粉末とする混合方法を一例として適用した。

工程α）はＳ１！Ｎ４粉末を冷間で比較的低圧にて所望
の形状に成形する工程で、８１３Ｎ、が８０％以上含捷
れている５１３Ｎ４焼結用組成物を４００〜５００Ｋｇ
／ｄで軽く押し固めて所望の形状に成形する。

工程（２）は工程（１）で得たサーメット粉末を工程１
）で得た８１３Ｎ４成形体上に粉末のま＼適尚な厚みに
加圧積層するか或は粉末を練刺と共にペースト状とした
ものを積層するかのいづれかであるが、前者の場合固形
パラフィンの如き結合剤を少量添加することは成形性を
良くする意味で望まれる。母体であるＳｌ、Ｎ、焼結体
との接合性を考慮する時また厚みの犬なるサーメツト層
を得るためには前者が好適であり、複雑な形状のサーメ
ツト層を得るには後者が望ましい。なお上記粉末の成層
はプレス成形によって得たサーメット成形品をＳｉ、Ｎ
、成形体上に載置することも含む。

工程（ＩＶ）は工程（社）で得た全体をホットプレスに
よって焼結一体とする工程であり、通常のカーボン型内
でホットプレスを行々う。ホットプレス条件は１９４．
Ｎ４のホットプレス条件と実質的に同一でよく殊更特異
なものは不要である。

次に上記工程（１）乃至ＧＶ）を経て得られた金属化面
を有する焼結体について説明するに、第１図はその概略
斜視図、第２図は第１図の８１３Ｎ、焼結体（母体）と
サーメツト層との接合境界を示す図面代用写真（Ｘ２５
０）であるが、第１図の如（Ｓｌ、Ｎ４焼結体ｌの上面
に８１３Ｎ４　　Ｗａ　　Ｃｏ系サーメツト層２が焼結
一体とされて本発明の焼結体が得られる。このサーメツ
ト層２と焼結体ｌとの境界線に垂直な方向からＸＭＡ線
分析した写真（Ｎ２．ＯＫ）が第３図であるが、第２図
より焼結体１とサーメツト層２とは完全に接合しており
、第３図よりサーメツト層２自体も気孔のないほぼ完全
な焼結がなされていることが判る。そしてサーメツト層
２よりＣＯ及びＷが焼結体１円に拡散して強固な結合會
なしていることも明らかである。

またサーメツト層２自体はセラミック（Ｓｌ、Ｎ、　）
粒子間にＷｅ　、　Ｃｏ粒子を充填して焼結されている
ため金属的な性質が強く残っているのでその電気導伝性
は良好に保たれている。

こうして得られたサーメット及びセラミック複合焼結体
ｌのサーメツト層２上には電ＮＮ１メッキ層がよくのる
ので、このメッキ層上にろう材を流して金属リードを接
合したものは、従来の８１ｓＮ４焼結体に行なったメタ
ライズ手法では得られない根強固な接合強度をもったリ
ード導出構造が得られ、例えば強度測定のため上記金属
リードとしてコバー金具（Ｇｏ系合金）を用いろう材と
して紹ろうを使用して該コバー金具を剥離方向に引張っ
た所１３０Ｋｇ／ｃ＋Ｊ以上の値が得られ、この場合メ
タライズ面での剥離はな（Ｓｉ、Ｎ４焼結体１の内部か
らのクラック発生によって剥がれる位であった。以下に
本発明の実施例を挙げる。

（実施例１） 工程（Ｉ）：ＷＵ粉末４９％（９，８ｙ）とＧｏ粉末１
％（０，２ｆ）からなる混合粉末の５０％（１０１）に
対しｅｘＩＮ、粉末（既述の「８Ｎ２２０」）を５０％
（１０ｙ）を用意し両者を乳鉢混合してサーメット粉末
を得た。この粉末中に少量の固形パラフィンを加えた。

工程Ｇｌ）　：同じ＜　Ｅ１３Ｎ、　（ＳＮ　２２０　
）のみを型内に入れて圧力４４５Ｋｇ／ｄにて軽く押し
固めて第１図のような成形体を得た。

工程（ＩＩＤ：工程（１）のパラフィン含有のサーメッ
ト粉末を厚み約４酊程度となるよう上記８１３Ｎ４成形
体上に加圧積層（１３３５Ｋｇ／ｄ）　した。

工程（Ｖ）：工程（２）の成形体をＢＮ離型剤と共にカ
ーボン型内に充填して１６６０°Ｃ、４３０Ｋｇ／ｄの
温度と圧力にて２時間ホットプレス焼成した。

メタライズとリード導出：工程ωで焼結一体としたサー
メツト層上に電解Ｎ１メッキを厚み１μに亘って施しそ
の上に紹ロウを溶融しなからコバー金具をはソ水平にろ
う着した。

剥離テスト：上記コバー金具を水平方向に剥離した所１
３０Ｋｇ／ｄの剥離強度を得た。

２０％に対しＳｌ、Ｎ４粉末（既述のｒＥＩＮ２２０Ｊ
）を８０％を用意し両者を乳鉢混合してサーメット粉末
を得た。この粉末中に少量の固形パラフィンを加えた。

■程α）二同じ（Ｅｌ、Ｎ４（８Ｎ　２２０　）を圧力
４４５Ｋｇ／ｄにて軽く押し固めて第１図のような成形
体を得た。

工程（２）：工程ＣＩ）のパラフィン含有のサーメット
粉末にメタノールを加えてペースト状にし厚み約５朋程
度となるようｌ上記Ｂｊ、Ｎ４成形体上に加圧積層（１
３３５Ｋｇ／ｄ）　　した。

工程ＧＶ）：工程（２）の成形体をＢＮ離型剤と共にカ
ーボン型内に充填して１６６０°Ｃ，４３０Ｋｇ／ｄの
温度と圧力にて２時間ホットプレス焼成した。

メタライズとリード導出：工程（ト）で焼結一体とした
サーメツト層上に電解Ｎｉメッキを厚み１μに亘って施
しその上に紹ロウを溶融しなからコバー金具をほぼ水平
にろう着した。

剥離テスト：上記コバー金具を水平方向に剥離した所１
００Ｋｇ／ｃｄの剥離強度を得た。

叙述より既に理解されたように、本発明に於ては、５ｉ
ｌＮ４　　Ｗｅ　　Ｃｏ系サーメツト層と母材である５
１３Ｎ４焼結体とをホットプレスにて焼結一体とするこ
とによって、サーメツト層が５ＩＬ３Ｎ４焼結体に化学
的に強固に結合が可能となり同時にこのサーメツト層の
電気導伝性が良好となるため、従来公知のメタライズ手
法では得られなかった優れた剥離強度をもって金属材の
接合が可能となると共に製造工程的にもホットプレスに
よって焼結一体となし得るのでその生産性も高い・・・
等本発明の効果は著しいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって得た焼結体の一実施例を示す斜
視図、第２図は第１図に於けるサーメツト層と焼結体と
の接合境界の状態を示す図面に代る顕微鏡写真（Ｘ２５
０）、第３図は同接合境界のＸＭＡ線分析写真（Ｘ　２
．ＯＫ）である。 （符号の説明） １・・・８４３Ｎ４焼結体、２・・・サーメツト層。 −以上一 手　続　補　正　書　（自発） 昭和５６年ｌθ月７日 ％ｄｆ庁長官　殿 １、賓件の表示 昭和５６年特許願第１３５９３６号 ２、発明の名称 金属化面を有する窒化珪素焼結体の□製造法３、補正音
する者 住所　京都市山科区東膏井上町５２、番地１１名称　京
都セラミック株式会“社。 代表者　稲　盛　和　犬、　　　　　゛住所　大阪市西
区京町堀１丁目１２−’１４（天真ビル）５、補正命令
の日付（自発） ６、補正により増加する発明の数　な、し［明５４１１
書の特許請求ｇ　ｉｑ−耶、のニア゛及び「明１．細８
、補正の内容 別紙の々（１し 、゛、゛ ■　（２） ８、補正の内容 明細畠中、次を補正し捷す。・ ＋１１２、特許請求の範囲を別紙の如≦゛抽正する。 ＋２１＠４頁第７行目及び８行目のＩＷ’ｓ　Ｊ’を「
ＷＯ」と訂正する。　　　　　　　　　　　　　　−＋
３１８５頁第５行目及び１５５行目ｒＷＱＪｉｒＷＯ」
と訂正する。 （４）第６頁第２行目の「ＷＯ」を「ＷＯ」に、同″１
頁第４行目及び６行目の「０ｃ１４　Ｊを「ｏ０１４Ｊ
と訂正する。 （５）第７頁第２行目の「成層」を「積層」に、及び同
頁第１５行目「ＷＯＪ　全ｆｗｏＪと訂正する。 （６）第８頁第６行目の［ＷＯＪ全「ＷＯＪと訂正する
。 （７）第９頁第３行目の「ＷＯ」を「ＷＯ」と訂正する
。 （８）第１０頁第５行目の「ＷＯ」を「ＷＯ」と訂正す
る。 （９）第１１頁第７行目の「−ＷＯ」を「ＷＯ」と訂正
する。 −以上一 ２、特許請求の範囲 １．　５ｉＩＩＮ、粉末５０〜８０憾（１駄）、Ｗ旦粉
末及び００粉末の合計が５０〜２０％Ｃ束量）よりなる
サーメット粉末を得る工程（Ｉ）と、Ｓｉ、Ｎ４粉末を
所望の形状に加圧成形する工程（ｎ）と、この工程（ｎ
）によって得られたＳｉ、Ｎ４成形体上に上記サーメッ
ト粉末を加圧積層するかもしくは該サーメット粉末をペ
ースト状にしたものを該８１　Ｎ　成形体４ 上に成層する工程（Ｉｌｌ）と、全体をホットプレスに
て成形−木とする工程（酌と、より成る金属化面を有す
る墾化珪素焼結体の製造法。 ２、上記００粉末の（ｗｏ＋ｏｏ）粉末に対する含有量
が１−１０％（電量）である特許請求の範囲第１項記載
の製造法。 ４岬１．＋、−−最−Ｘ＼ ３８９−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １Ｓｘ３Ｎ、粉末５０〜８０％（重量）　、　、　Ｗａ
   粉末及びＣｏ粉末の合計が５０〜２０％（Ｎ量）よりな
   るサーメット粉末を得る工程（１）と、５ｘ３Ｎ、粉末
   を所望の形状に加圧成形する工程（Ｉ）と、この工程（
   １１）によって得られた８１３Ｎ４成形体上に上記サー
   メット粉末を加圧積層するかもしくは該サーメット粉末
   をペースト状にしたものを該ｅｘ、Ｎ、成形体上に成層
   する工程（Ｉｌｌ）と、全体をホットプレスにて成形一
   体とする工程側と、より成る金属化面を有する窒化珪素
   焼結体の製造法。 ２、上記Ｃｏ粉末の（ＷＣ十Ｃｏ　）粉末に対する含有
   量が１〜ｌＯ％（重量）である特許請求の範囲第１項記
   載の製造法。