JPS59232979A - セラミツクとアルミニウム合金の複合体 - Google Patents

セラミツクとアルミニウム合金の複合体

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JPS59232979A JP58107648A JP10764883A JPS59232979A JP S59232979 A JPS59232979 A JP S59232979A JP 58107648 A JP58107648 A JP 58107648A JP 10764883 A JP10764883 A JP 10764883A JP S59232979 A JPS59232979 A JP S59232979A
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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】 この発明はセラミックとアルミニウム合金の複合体にし
てその層間の接合強度を向上した複合体に関するもので
ある。
アルミニウム合金は一般に軽量で、強度が強く、加工性
に富み、電気的性質や熱電導性等緒特性に優れているの
で、比較的低温度での使用はその用途も広いが、高温で
の使用は耐熱性や断熱性が悪いという欠点のために用途
も制限されているのが現状である。
一方セラミックは一般に耐熱性や断熱性が優れているの
で、これをアルミニウム合金に接合した複合体が前記ア
ルミニウム合金単独の場合の欠点を補い得るところから
種々の試みがなされているが、現在のところ満足すべき
接合技術が生み出されておらず、強いて挙げれば、焼き
嵌め、鋳ぐるみ法があるが、アルミニウムとセラミック
の熱膨張差、アルミニウムのへたル等によって熱的信頼
性の低いものしか得られていないのが現状である。
即ちアルミニウムの熱膨張率は２４　Ｘ　１　ｇ−６／
″Ｃ（室温〜５００℃）で、セラミックの熱膨張率は代
表的なものは８１３Ｎ、では２　Ｘ　１０−’ｆＣ，ｚ
ｒｏ２では１ｏｘ１ｏ−６７ｆ″Ｃ（いづれも室温〜５
００°Ｃ）であり、セラミックとアルミニウムが直接接
合できたとしてもその残留応力によるセラミックの破壊
、ひび割れは必至である。
本発明は上述のような欠点のないセラミックとアルミニ
ウム合金の複合体を得ることに成功したものである。
即ち１本発明はセラミックの表面に蒸着法、高融点金属
法又は活性化金属法等によって金属薄層によるメタライ
ズ層を設け、その上にクラツド材層を設け、更にこれに
接してアルミニウム合金浴　□湯の注湯凝固によるアル
ミニウム合金層（鋳ぐるみ型）を設けることにより、各
層間の接合を強固なものとし一体化したセラミック・ア
ルミニウム合金複合体を提供するものである。
ところでセラミック材料にはｓｉ、５ｔｉ、　、　Ｂｉ
Ｏ。
ム／２０３　、　ＺｒＱ２．　マイカ、　ＴＪＡ８　、
結晶化カラス等アルミニウム合金の溶融温度で影響を受
けない材料が用いられる。金属薄層のメタライズ層の生
成手段及びこれに用いられる金属には特に限定はないが
、例えば次のような方法で実施することができる。
蒸着法 （１）　　セラミック成形体の表面に周期表■Ａ族（Ｔ
１゜Ｚｒ　、　Ｈｆ　）を物理蒸着し、その上にＶＩＡ
族（ｃｒ　。
ＭＯ，Ｗ）を物理蒸着し、更にその上にＩＢ族（Ｃｕ　
、　Ａｇ　、　Ａｕ　）を化学メッキして金属薄層（メ
タライズ層）を形成する。
（２）セラミック成形体の表面に周期表の■Ａ族（Ｔｉ
　、　Ｚｒ　、　Ｈｆ　）を物理蒸着し、その上にＩＢ
族（Ｃｕ　、　Ａｇ　、　Ａｕ　）を物理蒸着又は化学
メンキして金属薄層（メタライズ層）を形成する。
（３）セラミック成形体の表面に周期表のＩＶ　Ａ族（
Ｔ１゜Ｚｒ　、　Ｈｆ　）又は％’ｌＡ族（Ｃｒ　、　
Ｍｏ　、　Ｗ　）を物理蒸着し、その上にＩＢ族（Ｏｕ
　、　Ａｇ　、　Ａｕ　）を物理蒸着又は化学メッキし
て金属薄層（メタライズ層〕を形成する。
高融点金属法 Ｍｏ、Ｗのうち一種以上と、ＴｉＨ２、Ｍｎ　、　８１
０２のうち一種以上とからなる混合物を粉砕混合し、メ
タライズペーストとする。主剤は前者である。
このメタライズペーストを自動印刷機等でセラミック表
面に印刷してＨ２炉中にて１，４００〜１、（Ｓｏｎ℃
で焼成した後、ろう材等との濡れ性を良くするために、
　Ｎｉメッキを数μかけてｓ　”２炉中で８００〜１，
０００℃にて熱処理を行ないメタライズ層を形成する。
活性化金属法 （１）　　セラミック成形体の表面にＴ１又はｚｒとＡ
ｇ−Ｃｕ合金箔を載せて、非酸化性雰囲気中にて８００
℃−１２００℃に加熱し、Ｔ１又はＺｒとＡｇ　、　Ｏ
ｕの共晶の薄層（メタライズ層）を形成する。
（２）　　セラミック成形体の表面にＴ１箔又はＺｒ箔
とＡｇ　−ｃｕ共晶ろう箔を載せて非酸化性雰囲気中に
て８００〜１２００℃に加熱し、　Ｔｉ又はＺｒとＡｇ
　、　Ｏｕの共晶の薄Ｐｊ（メタライズ層）を形成する
。
本発明は上記の例のようにしていづれかの手段でセラミ
ック表面に金属薄層（メタライズ層）が設けられ、この
上に金属のクラッド部材を接合しこれを介してアルミニ
ウム合金を鋳込みにより接合することにより、セラミッ
クとアルミニウム合金の複合体を得るものである。とこ
ろで前記のメタライズ層の外部には通常の金属部材を設
けることが考えられ、これによってもセラミックとアル
ミニウム合金の接合体が得られるやに思われる。
そして、この金属部材として銅（Ｃｕ）　、マグネシウ
ム（Ｍｇ）、けい素（Ｓｌ）等のアルミニウム（ＡＩ）
　　と固溶する金属か或はアルミニウム（ＡＩり　　の
場合には接合が容易で特にこれらのうち鍋やアルミニウ
ムは固溶特性上一番好ましいものと考えられる。
しかしながらこのような手段をとる場合、銅が溶融アル
ミニウム合金と反応性に富む結果、金属部材として銅板
を用いたのではこの銅板のくわれ等の問題が起き、アル
ミニウム合金な鋳ぐるむ際にこの銅のくわれ現象を少な
くするような温度条件の制御はかな＃）難しく、満足す
べきセラミック−アルミニウム合金複合体を得ることが
困難であった。
又、前記の銅に代えて、コバール、モリブデン等の低膨
張率の金属をメタライズ層の上に介在させることが考え
られるが、いまだ膨張率はセラミックのそれとは大きな
差があるため残留応力を充分緩和することができず、セ
ラミック層に割れ等を発生するのでその信頼性は薄いも
のであった。
本発明は上記のような欠点の生じないセラミックとアル
ミニウム合金の接合について種々検討の結果、セラミッ
クのメタライズ層とアルミニウム合金層の間に用いられ
る金属部材なｃｕ　、　７ｋｇ又はＡ／／金属／　Ｏｕ
　、　Ａｇ又はＡＩ！からなるクラツド材とすることに
より、従来の難点を解決し優れたセラミックーアルミニ
ウム合金接合体を得ることに成功した。
前述のクラツド材の左右両端の金属を同じくし、例えば
Ｏｕ　／金属１０ｕの如きクラツド材としてもよいし、
左右両端の金属を異ならしめ例えばＡｇ／金属１０ｕの
如きクラツド材としてもよい。
そしてクラツド材の中間に使用される金属は左右両端の
金属とは異なるものを使用するが、はとんどの金属がア
ルミニウム合金とセラミックの中間の熱膨張率を持って
おり、その選択使用に当っては例えばセラミックをＳｉ
３Ｎ、とした場合には。
クラツド材の中央の金属はモリブデン、インバー、コバ
ール等が低膨張率であシ比較的適当な材料と言える。
しかし、クラツド材の一方の面もしくは両面に銅を使用
するような場合でも、その厚みを変えて比較的薄く構成
し、中心の金属にニッケルや鉄を用いた場合でも、セラ
ミック割れ等は生じ難く、信頼性の高い複合体を得るこ
とができる。
次に本発明による試料と比較例の試料とを作成しそのせ
ん断強度を測定した。
以下各試料の製造について述べる。
本発明の実施例 １、　メタライズ層を高融点金属法で形成した場合１−
１．アルミナ含有率９０チのアルミナグリー：／シー　
）ＫＷ　：　９．　ＴｉＨ２：　１、ＥＩｉＯ２：　１
　（Ｄ割合で調合し、エチルセルロースを３チ添加した
ペーストを塗布しｓ　Ｈ２炉中にて１．５０［１°Ｃ×
１ｈｒ焼成した後、Ｎ１メッキを２μｍの厚さに施して
メタライズ層を形成し、Ａｇ　−Ｏｕ共晶ろうを用いて
表に示すような各種クラツド材による金属板を８５０℃
のＨ２炉中でろう付けして、メタライズ層に接合し、次
に図示の如き装置を用いてこの中に上記の如き試料を配
設し、１Ｏ−４Ｔｏｒｒの真空にするか、アルゴン（Ａ
ｒ）　、又は窒素気流中で上側よ−り加圧しなが゛ら約
７５０℃に加熱し、前記圧力によってアルミニウム合金
（ＡＯＪＡ）の溶湯をセラミックのメタライズ層の上の
クラッド層上に注ぎ込み、セラミックとアルミニウム合
金を接合した。
１−２．ジルコニア含有率９０チのイツトリア−ジルコ
ニアグリーンシートを用いた外は１−１と同様にしてセ
ラミック上のメタライズ層の上に表に示すようなりラッ
ド材を接合し、更に１−１と同様にしてアルミニウム合
金を接合し？Ｑ）Ｚ　メタライズ層を蒸着法で形成した
場合、２−Ｌ　　気孔率３％、アルミナ含有率９０％。
密度５．６０　Ｉｎ３の焼結Ａ７２０３の表面を平研し
、アセトンで洗滌し、ついでこの洗滌したセラミックを
基板として真空蒸着機を用い、内部を１０”−’　ＴＯ
ｒｒに減圧し、２００℃に加熱して、その表面にアルミ
ニウムを電子ビームによって溶融し、約５μｍ厚に蒸着
してメタライズ層を形成した。
このメタライズ層上に表に示すようなりラッド材をその
アルミニウム面がメタライズ層のアルミニウム面と接す
るように載置し、以下１−１と同様な手法でアルミニウ
ム合金を接合した。
２−２．気孔率１％、窒化硅素含有率９０チ密度１２５
９／１ｌｌｔ”　０）焼結Ｓ’３Ｎ４　（Ｄ　表面ヲ平
ＨＬ、アセトン等で洗滌し、ついでかくしたセラミック
を基板として２−１と同様な手法によってアルミニウム
のメタライズ層を設は表示のようなりラッド材を用いて
アルミニウム合金を接合した。
２−３．気孔率３チアルミナ含有率９０優、密度５．６
０１１／ＣＭ”の焼結Ｍ２Ｏ３の表面を平研し、アセト
ン等で洗滌し、ついでこの洗滌したセラミックを基板と
し、真空蒸着機で内部を１Ｏ−６Ｔ＋）ｒｒに減圧し％
　２００°Ｃに加熱し、その表面にＺｒ　Ｏ，２ｐｍ、
　Ｃ！ｒ　Ｏ，２ｔｉｎ、Ｏｕ　５１１ｍの順に順次蒸
着した後表３に示すようなりラッド材を８５０°ＣのＨ
２炉中にてＡｇ　−Ｃｕ共晶ろうを用いてろう付けした
後、大気中で加圧鋳込みしてアルミニウム合金ＡＯＪＡ
を鋳込んでセラミックにアルミニウム合金を接合した。
２−４．気孔率１％、窒化珪素含有率９０チ、密度５，
２５１７／Ｃｍ３の焼結Ｓ　ｉ　３Ｎ　４　の表面を平
研してアセトン等で洗滌し、ついでこの洗滌したセラミ
ックを基板として真空蒸着材により、内部を１０″″６
ＴＯｒｒに減圧し２００℃Ｋ　加熱Ｌ　、　ソノ表面に
電子ビームで蒸着金属を溶融しＺｒ０．２μ篤、０ｒＯ
０２辱Ｃｕ５μ扉を順次蒸着した後、表に示すクラツド
材を８５０℃の■２炉中にてＡｇ−Ｃｕ共晶ろうを用い
てろう付けした後、大気中で加圧鋳込みしてアルミニウ
ム合金ＡＣＪＡを鋳込んでセラミックにアルミニウム合
金を接合した。
なお比較試験用の試料は下記のようにして作った。
比較例１ 前述の１−１に於けるクラツド材に代えて（３ｕを用い
た外は１−１と全く同様にして試料を作成して比較例と
した。
比較例２ 前述の１−２に於けるり２ツド材に代えてＯｕを用いた
外は１−２と全く同様にして試料を作成して比較例とし
た。なお本発明及び比較例でアルミニウム合金を鋳込む
場合の概略を図面によシ説明すれば次のとおりである。
図は真空装置で内部にはＵ字型のアルミナ製の下部治具
１を置いて、七の中に表面にメタライズ層すを設は更に
クラツド材もしくはＣＵ　飯等金属層Ｃを接合したセラ
ミック成形体ａを、金属層Ｃを上側にして載置し、前記
下部治具１の上に下面中央に約Ｉ　ＴＩＮφの溶融アル
ミニウムノズル３を有する上部治具２を重ねて載置し、
この中にアルミニウム合金の溶湯ｄを充満せしめ、その
上部より抑圧手段４によって加圧し、アルミニウム合金
を下部にノズル３より注加して金属層Ｃとアルミニウム
合金を接合し、結局セラミックとアルミニウム合金の接
合体を得るものである。そしてこの装置の内部は例えば
１０−ｔ　Ｔ□ｒｒ位に減圧し、加熱はボックスの両側
面に設けたヒーター５によって行なうものである。
次に前述の実施例及び比較例の各試料についてせん断試
験を行なった結果をまとめて表示すれば次表のとおシで
ある。
なお各試料ともセラミックの寸法は１０ＷＭ×１１０ｆ
ｆＸ５’ｉｌでせん断強度は高滓製作所製オートグラフ
にて０．５１ｖ′ｍの荷重速度で行なった。
これによれば本発明のセラミックとアルミニラ解される
。
【図面の簡単な説明】
図はアルミニウム合金をセラミックに注湯して接合する
ための真空装置の一例を示す縦断面図である。 １：下部治具　２：上部治具　３：ノズル４：押圧手段
　ａ：セラミック成形体　ｂ：メタライズ層　Ｃ：金属
層　ｄ：アル、Ｓ　ニウム合金の溶湯 代理人　弁理士　竹　内　　　守 （１５）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　　セラミックの表面にメタライズ層とクラツド
    材層を順次設け、これに接してアルミニウム合金の注湯
    凝固によるアルミニウム合金層を設け、各層間が一体化
    していることを特徴とするセラミックとアルミニウム合
    金の複合体
  2. （２）　　セラミック表面のメタライズ層は、金属蒸着
    法、高融点金属法又は活性化金属法によシ生成された金
    属薄層である特許請求の範囲第１項記載のセラミックと
    アルミニウム合金の複合体（３）金属部材がＯｕ　、　
    Ａｇ又はＭ／金属／　Ｏｕ、　Ａｇ又はＭからなるクラ
    ツド材（但し中央金属は両側金属と異なる）からなる特
    許請求の範囲第１項記載のセラミックとアルミニウム合
    金の複合体（４）　　セラミックが８１３Ｎ４　＋　８
    １０＋　Ａ／２０３　ｙ　ｚｒＯ２ｖマイカ、ＬＡＳ、
    結晶化ガラスである特許請求の範囲第１項記載のセラミ
    ックとアルミニウム合金の複合体
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