JPS5957973A - 金属・セラミツクス複合体 - Google Patents

金属・セラミツクス複合体

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JPS5957973A
JPS5957973A JP57167030A JP16703082A JPS5957973A JP S5957973 A JPS5957973 A JP S5957973A JP 57167030 A JP57167030 A JP 57167030A JP 16703082 A JP16703082 A JP 16703082A JP S5957973 A JPS5957973 A JP S5957973A
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metal layer
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六郎 神戸
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Niterra Co Ltd
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Nippon Tokushu Togyo KK
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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】 本発明は金属・レラミックス複合体に関し、更に訂しく
は外力、熱的歪みを受（）た場合においても高い耐久付
着性を示づ金属・しラミックス複合体に閉覆るものであ
る。
セラミックスは一般に優れた耐熱１７１１熱衝撃強度、
高温時の機械的強度、耐淳耗スリあるいは烏れｌ。
縁性を有するために厳しい条件下で使用される部材どし
て好適なものである。しかし現実にはレラミックス単独
で用いられること【よ少なく、しラミックスを用いる機
械部品などにおいて他の月８′：１例えば金属などど共
に用いられて、ぞの機能を発揮覆る。
ところが、セラミックスと金属とを接合しようとＪる場
合、直１＆両名を接合づ゛ることｔよ困難であるのＣ゛
、−１ルラミックスの表面をある種の方法で金属化し、
−ぞの１多］］的の金属部材を接合する方ン人が行４つ
れ（さた。この方法どしてはメタライズベース１〜をし
ラミックスの表面にスクリーン印刷した後、非酸化性雰
囲気で加熱りる高融点金属法、活ｆ１の高い金属（Ｔｉ
　、Ｚｒ）をセラミックスの表面にのけ真空行器内又は
不活ｆ１雰囲気内で加熱しく行う活Ｉ１１金属法あるい
は真空中で金属を強熱して、その日、１発生Ｊる蒸気を
（Ｊ着さける方法等による物理蒸着法がなされてぎた。
しかし、単に子連のようにして金属層をセラミックスの
」二に積層づるのみでは、例えば、モリブデンとンンガ
ンとを使用した高融点金属法では層を形成でさるセラミ
ックスが限られ、例えばセラミックスが窒化１１素の場
合、モリブデン−マンガンと反応相を形成する酸化物が
セラミックス中に非常に少１．’ｉいのでこの金属層は
十分な付着強度を１５Ｉることは（・さ４「い９．活性
金属法でも高融点金属法と同じ欠点を右している。又、
物理蒸着法で金属層を形成しても、この蒸着した金属層
に他の金属部材を取りつ【〕るＪ、うな場合、銀１゛１
ウイ（］のような高温ロウ付を用いると蒸着づる金属に
よっては熱拡散が生じセラミックスどのＬ１若強度の低
下をもたらした。
又、セラミックスがジル」ニアの場合には１．上記窒化
珪素材に較べれば熱膨張は大きくかつ酸化物であるので
と５融点金属法による方法で十分なイ・」着強麿を冑る
ことが期待できるが、しラミックスの組成の違いにより
、イ］着強度が十分に１９られｔＴいものがあった。付
着強度が十分に１′７られた場合Ｃも繰り返し熱的疲労
を加えた場合には金属層の付着性に十分な信頼性を得る
ことができなかっｌ、：。
又、上記金属膜に対して他の金属部材をロウ（＝Ｊ等に
より接合した場合、金属部々Ａによっては、歪みを生じ
、仝休の耐久性が更に悪くなった。これはＦ記金属膜に
対し、他種のしラミックスを接合Ｊる場合にも同じであ
る。
このよ−うにセラミックス部材をロウイｑ等にＪ、す３
屈部伺あるいは他種のセラミックス部材に接合さけるた
めにレフミックス表面に十分（ｄ着強度の６”４い金１
ｉ７τ１１シ）を１＋’＋　Ｉｉ”ｉりることが必要で
あるにしかかわらｆ、　ｔ？ラミックメと膜形成金属と
の低反応性あるいは熱膨張率の）〃いから、あらゆる状
況に耐えられるものが存看しイ【かった。
本発明占３９は上記の問題点に鑑み、広範な使用状６シ
トに耐λｊ３れる用途の広いセラミックスど金属部材あ
るい【３１．他秤しラミックス部Ｉとの耐久ＩＪ１のあ
る強ｆｉＩ１７な１＆百体を実現すべく、鋭意研究の結
宋、」−記１８台ｆ小への中間１ｉ４光物とし【、熱的
歪みに対りる緩衝１り用等を右づる複合体に思い至り、
本発明を完成した。
即ら、第１発明の要旨とりるところは、セラミックスの
表面に物理蒸着法により形成されたＩＶ　ａ族元系から
選ばれた１種又は２種以上からなる第１金属層、該第１
金属層の土に物理蒸着法により形成されたＶＩＦＩ族元
素から選ばれた１（！ト又は２種以上からなる第２金属
層及び該第２金属層の上に物理蒸着法あるいは化学メッ
キ法により形成されｋＪａ族元素から選ばれた１種又は
２種板ｌ−／Ｊｒ　ｌらなる第３金属層にり構成される
金属膜に銅、金、銀又は白金製部材を積層したことを特
徴とＪる金属・セラミックス複合体にあり、第２発明の
要旨とするところは、セラミックスの表面に物理蒸着法
により形成されたＩＶａＭ元素から選ばれた１　４ｆｆ
ｉ又は２種以上からなる第１金属層、該第１金属層の上
に物理蒸着法により形成されＩＣＶｌａ族元素から選ば
れた１種又は２種以上からなる第２金属層、該第２金属
層の上に物理蒸着法により形成された■族元素から選ば
れた１秤又は２種以上から４「る第３金属層及び該第３
金属層の上に物理蒸着法あるいは化学メッキ法ににり形
成されたＴａＩＮ元素から選ばれた１種又は２種以上か
らなる第４金属層より１１４成される金属膜に銅、金、
銀又は白金製部材を積層したことを特徴とＪる金属・セ
ラミックス複合体にある。
ここで、ＩＶ　ａ族元素とは周期律表のチタン、ジルコ
ニウム及びハフニウムからなる族を、Ｖｉａ／ｆｆ１元
素どはり［１ム、モリブデン及びタングステンから’ｆ
るｊＩ！＋、を、■ａｆＡ九オ、とは銅、銀及び金から
なるｈχを、■Ｗ）、’　ｉ’ｉ　Ｍと（よ畝、」パル
１−、ニッケル、ル１−ウム、［−１ジウｌ＼、バラジ
ウｌ＼、Ａスミラム、イリジウム及び白金から仕る族を
古う。
しシミックスは窒化１」、　％Ｓ、ジルコニア、アルミ
ノあるいは法化珪素等の公知の全てのセラミックスが含
まれる。
物ＬＱ！蒸Ｋｆ法は一般的４Ｔ公知の方法が用いられ、
例えば負空急首法、イＡンビーム蒸首法あるいはスパッ
タリング法等が挙げられ、これらは＋Ｊ　！及び膜厚を
自由に選定でさるという特徴を有する。
又、最１一層に用いることが可能な化学メッキｒＪｓ　
’ｂ一般的な公知の方法が用いられ、例えば電解メツ１
ｄい２Ｆ、Ｉ電解メツ−Ｖｄ１等が挙げられる。
しラミックスと接づる第１層のＩＶ　ａ族元素は活ｆＩ
＋頂の高い金属であり、セラミックス中の窒素や酸素ど
よく反応し窒化物や酸化物の中間層を形成覆る。このた
め第１層は強固にセラミックスに付りづる作用を有Ｊる
。ＩＶ　ａ族元素の内でも特にチタン、ジル−”Ｉニウ
ｌ＼はイζＩｒｉ性が高いので第１層とｌ）で好ましい
元素である。第１Ｆｉｏ）厚さは通常１）００〜５００
０Ａに設定され、この内でも耐熱衝撃性の点から１００
０〜２０００△の範囲が好ましい。第１層が５００Ａ未
満であるとセラミックスど他層あるいはＩ＆上層に接合
される金属部月どの熱膨張差が緩和されず、付着強度低
下を招き、又、５０００Δを越えると第１層ｎ体の熱膨
張とセラミックスとの差の影響が現われ付着強度低下を
１ｒずく。
第２層のｖＩａ族元素は熱膨張係数が５．５〜８゜４×
１０−６／℃であり、セラミックスの熱膨張係数２．９
〜１２Ｘ１０−６／℃と比較的近く、熱衝撃の緩Ｗ！Ｊ
材としての効果を生ずることと、活性度し高いので第１
層の付着性の補助効果しある。又、　　　。
銅、金、銀又は白金製部材を共晶銀ロウイ」等の高温の
ロウ（’Ｊ　Ｔ−積層するような場合、この高温にＪ、
り第１発明にｄ３りる金属膜の最上層である第３摺１の
ｌａａ族元素るいは第２発明に、１月）る金属１分の第
３層の■族元素の熱拡散が第１Ｅまで及ｌυで伺着性が
低下するのを防止する隔壁的効果をも第２１「？ｉは宋
している。
］記の第１及び第２層の説明は第１発明及び第２発明に
共通である。
次（Ｊ第１冗明の第３層はＪａａ族元素あるが、この第
３層（，１特に展延性に富み、この層に積層さ４′七る
銅、金、銀又は白金製部材との熱膨張差を緩和Ｊる効果
を右づる。てれ故、この層の厚さは厚い程よいのて・あ
るが、試ｒ３＋形状にも関係があり、１１１ｍ以」−で
あることが望ましく、更に銅、金、ｉＩ（又は白金製部
材の熱膨張係１差に比例して厚くづることが好ましく、
−での差にＪ：る歪みの吸収能が向」Ｊる。又、この第
３層は物理蒸着法の他に、前）ボの電解メッキ法、無電
解メッキ法等の化学メッキ’　２７７で形成し−しし同
様な効果を生ずるが第２層とのイ・１若強麿の点から物
理蒸着法による方が好ましい。
第１弁明の金属膜は−ｌ−述したように、セラミックス
側にすＩＶａ族元素からなる第１層、Ｖｌ、ｌｌ族元県
からなる第２層及びＪａａ族元素らなる第３層が積層し
たものであったが、第２発明の金属膜は第１発明の第２
囮と第３層の間に■族元素からなる層を有づる構造とな
っている。つまり、第２′ｆ？：。
明の金属膜はセラミックス側からＩＶ８Ｆ八元素へらな
る第１層、Ｖｉａ族元素からなる第２層、■族元素から
なる第３層及びＩａａ族元素らなる第４層より構成され
ていることになる。この４Ｐの内、第１層、第２層及び
第４層は上）ホした第１発明の金属膜の第１層、第２層
及び第３層に該当し、その内容も全く同様である。
第２′Ｒ，明の金属膜の■族元素からなる第３層につい
て説明すると、この層は第４層に覆われているにもかか
わらず銅、金、銀又は白金製部材を積層Ｊる際の銀ロウ
イ」等のぬれ性向上の効果を果づもので、厚さは通常５
００〜５０００Ａに形成されるが他層との熱膨張係数の
差ににる付着強度低下を考ｆｉりると１０００〜２００
０Δが好ましく、’５００　’Ａ末渦ではぬれ性の効果
が解く、５０００人を越えると付着強度が急速に低下覆
る。又、水層は、この土の層つまりＩａａ族元素らなる
第４層を化学メツ−１７法で形成させる場合にｖＩａ族
元素／ＪＩ　Ｉらなる第２１；’７か酸化してｔ）ろ＜
４「るのを防Ｉ１．　’！Ｊる効果も宋り、。
金属１１つ）の最」一層に対し積層される銅、金、銀又
は白金製部材（よ最−に層に接づる面が銅、金、銀、又
ｔ、Ｌ白金Ｃ′あればよく、例えば銅／インバ／銅のご
どく表面が銅、金、銀又は白金のクラッド月、同様にメ
ツ１された金属膜Ｓ′８１、銅、金、銀又は白金の線材
あるいＣま銅、金、銀又は白金の板材宿が用いられる。
この１トイ、金、銀又は白金製部材を他の部Ｉ接合のた
めの緩衝材とした場合、その厚さは０　、０１　ｍｎ＋
以、１あれば十分である。これらの銅、金、銀又は白金
製部４４の積層方法はロウ伺、熱圧着等の方法が用いら
れ、銅、金、銀又は白金製部材の銅、金、銀あるいは白
金表面と上記最−Ｌ層とで接合されることに４ｒる。
以上の如く構成され−（いることににり第１発明の金属
・ヒラミックス複含休は金属膜及び銅、金、銀又は白金
製部材が強固にセラミックスに（１着し、激しい熱衝撃
にも熱膨張の差にＪ、る歪みを吸収し、耐久＋１をイ１
し、＾いイー１着性を保持するものである。
又、第２琵明に、１３いてし第１光明と同様な効果を生
ずる他に、金属膜中に■族元素層がａ在Ｊることにより
銅、金、銀又は白金製部４Ａの銀ｌ」ライ］等のぬれ竹
が向上して、より高（＝Ｉ着↑１どなると其に、化学メ
ッキ１１）の第２層の酸化を防止し、より強固なイ」着
効果を生ずるものである。
これら第１発明、第２発明ににる金属・セラミックス複
合体は変圧器用の絶縁性放熱フィンの部品どして変圧器
本体と金属フィンとの中間にあって両者を接合するのに
用いたり、自動車用として耐熱性、耐摩耗性部品に用い
たり、ぞの他各秤機械の軽量化、耐熱化、耐摩耗化ｔ、
ｌイの部品としく用い、又、他部材と接合ｌザに銅、金
、銀又は白金製部材自体導電層として用いて効果的であ
る。
次に実施例に基づき本発明を具体的に説明づる。
まず第１発明を実施例−１に説明覆る。
実施例−ル ラミックスを加圧成型及び焼成の後、金属膜を形成づる
而を研磨した。その後、中性洗剤及び純水にＪ：る洗浄
、次いでアセ１〜ンによる水分の同（襲、更に１．１．
１−１〜リクロルエタン及びアレＩ〜ンにＪ、る（Ｉ２
燥とい°）洗浄工程を実施した。この洗Ｙ（＋　したし
ラミックスを基板とし真空蒸着＊＜日本し′ｊ空技術株
式会ネ」製　Ｅ　ｒ３　Ｖ　−６Ｄ　Ｉ−１＞の真空槽
内にレッ１〜し、内部を１０−６Ｔ　ｏｒｒ台に減圧し
ｒ　３００−ｃに加熱し、ｌＶａ族元素、Ｖｌ　ａ族元
素及びＪ、ａｌ疾元素の順で電子ビームにより溶融蒸着
させ、３３層の金属膜をしラミック上に形成した。この
金属膜に約Ｊ３　Ｅ′）０℃、１１２雰囲気での銀１１
ウイリにＪ、すｆｆ＋４製部材を積層した。
次に第２５を明を実施例−２に説明りる。
実施例−２ 実施例−１と同様にセラミックスに対し洗浄工程を実施
した。次いで同様な真空槽内にけツ１−シ、同様’ｃＩ
：条）′１で、ＩＶｆｌｔＪ′Ａ元素、ＶＩａ族元素、
■族元素及びＪａ瓜元系の順で蒸着させ４層の金属膜を
形成した。この金属膜に実施例−２と同様な銅製部祠を
同様な方法で積層した。
ｊ−記、実施例−１，２の比較例どして従来のセラミッ
クス表面金属化法どして知られている、第１層をチタン
どじ第２層を銅と覆る２層金属ｌ１６）を実施例と同様
にセラペックス表面に形成した。更に別の比較例どして
実施例−１においで形成されｌζ金属膜に対し銅板の替
りに他種金属板を同様に積層した。これら実施例−１，
２及び比較例に（１ンいてセラミックスの種類、金属層
、金属板の種類あるいは厚さをかえて、次に示す１４着
強度試験を行った。実施例−１および比較例の試験片に
よる試験結果を第１表に、実施例−２の試験（１による
試験結果を第２表に示１゜ 付着強度試験 第１図の側面図に承り如り、」−記実施例−１，２ある
いは比較例により製作された金属板４の表面に銀ロウイ
４５にてニラクル板を接合し、試験片を製作した。但し
、セラミックスは１０ＩＩＩｍ×１０ｍｍｘ　５　ｍｍ
、　二ｙケル板１０ｍｍｘ　１０ｍｍｘ　５ｍｍの５１
法に銀ロウ５の厚さは０．０３ｍｍに設定しＩど。
この様にして製作した試験片の剪断強度を測定した。又
、別に６００℃、２時間の熱処理試験後の試験片も同様
に剪断強度を測定した。
盲゛へ掌−ＩＮｏ、Ｊ　＝　Ｓ及゛ひ１０１１　　本イ
しθ目寅〃己イη１１茗八ギ’、’（ＮＯ６〜１２　　
、　ｉ二じ仲ン愕−４第１７＜に示されたｔ、′１宋の
９．１１　＜　、第１弁明の実施例の試ｎＮｏ　、　１
〜５／ｉ＜ヒＮｏ　、　１０．１１（７）試験ｊ″Ｉは
他の試１′！１に比してヒラミックスに金属膜及び金属
板が非常（、二強固にｆ」盾していることがわかり、熱
ｆｆｉ　Ｊ！Ｊ、！に幻しＣｔ）高い耐久ｔ！１を示し
た。
父、第２表に示された結果の如く、第２発明の実施例の
試１１Ｎ０．２１〜２６の試験片はヒラミックスに金属
膜及び金属板が非常に強固にイ」着している。又、実＃
ｉｌｉ例−１に比べ−Ｃ熱処］！ｌ！に幻りる耐久性が
更に高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
第１図Ｌｔ　ＩＪ名強度試験の試験片の正面図を表ねＩ
Ｊ。 １・・・ヒラミックス ２・・・金属膜 ３．５）・・・ＩＪつ付部分 ４・・・金属板 Ｏ・・・ステンレス鋼 代理人　弁理ｉＴ　　定立　勉 第１図 −”、Ｆ＝続ンｎ】正μ４ 昭和５７汗１０月１４日 特許庁長官　若杉和大１股 ２、、ｙｅ明の名称 金属・レラミックス複合体 ３、　　　ン＋ｌｉ’＋ｒをＪる石 車イ′１どの関係　　’Ｈ１ｉｉ’ｌ出願人住　所　　
　　名古屋山瑞ＰＪ１区高辻町１４番１８号氏　名（名
称）　　　（／１５／′Ｉ）Ｄ本’ｌ？ｊ殊陶業株式会
社代表者小川修次 ４、代理人〒４６０ 住　所　　　名占屋１１川１区錦二丁［１９番２７号５
．１１絶理由通知の［１１ＫＩ 自発 ０、　　補正のス・ｊ象 明ＩＩ山の１発明のＦＪｌ１１１Ｋｔ説明」の欄及び「
図面の簡単な説明」の欄（１）　明ＩＭＩｌ再第１５頁
の第１表を別紙〈１）の通り補正する。 （２）　同第１６頁の第２表を別紙（２）の通り補正づ
る。 （３）　同第１７頁第１８行「１に１ス）ンレス鋼」ど
あるを「ニッケル板Ｊと？ＩＩｉ正づる。 以、１

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　ｅラミックスの表面に物理蒸着法ににり形成された
    ＩＶ　ａ族）Ｃ素から選ばれた１種又は２種板−１から
    ４ｒる第１金属層、該第１金属層の土に物理蒸も法にＪ
    、り形成されたＶｉａ族元素から選ばれた１種又は２種
    以上からなる第２金属層及び該第２金属層の上に物理蒸
    着法あるいは化学メッキ法ににり形成された］’　ｉ＋
    族元素から選ばれた１種又は２種板」、、かうなる第３
    ３金属層より構成される金属膜に銅、金、銀又は白金製
    部４Ａを積層したことを特徴とする金属・セラミックス
    複合体。 ２Ｌ／ラミツクスの表面に物理蒸着法ににり形成された
    ｌｖａ族元素から選ばれた１種又は２種板ｊ−から４「
    る第１金ｒＦＳ層、該第１金属層の上に物理蒸ｒｉ法に
    より形成されたＶｉａ族元素から選ばれた１種又は２種
    以上からなる第２金属層、該第２金属層の１・に物Ｉ！
    ｐ蒸着法により形成されｌζ■族元累から選ばれた１秒
    又は２種以上からなる第３３金属層及び該第３金属層の
    上に物理蒸着法あるいは化学メッキ法により形成され１
    ＝　Ｉ　ａ　７１Ｘ元県から選ばれた１種又は２種以上
    からなる第４金属層より構成される金属膜に銅、金、銀
    又は白金製部材を積層したこと４−特徴と覆る金属・し
    ラミックス複合体。
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