JPS60108376A - 窒化物セラミツクスと金属の接合体 - Google Patents
窒化物セラミツクスと金属の接合体Info
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- JPS60108376A JPS60108376A JP21351183A JP21351183A JPS60108376A JP S60108376 A JPS60108376 A JP S60108376A JP 21351183 A JP21351183 A JP 21351183A JP 21351183 A JP21351183 A JP 21351183A JP S60108376 A JPS60108376 A JP S60108376A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は窒化物セラミックスと金１萬の接合体の改良に
関する。
関する。
最近、セラミックス梠料がその俊れた諸的性から構造材
料１機能材料等広い分野で利用されている。その多くの
場合はセラミックス１１ｉ体で部品を構成しているが、
より多くの分野でセラミックスを利用するためには、金
属と接合可能であることが必要である。この場合、構造
部品であれば十分な接合強度が要求され、一方機能部品
であれば接合界面で連続性等が要求される。
料１機能材料等広い分野で利用されている。その多くの
場合はセラミックス１１ｉ体で部品を構成しているが、
より多くの分野でセラミックスを利用するためには、金
属と接合可能であることが必要である。この場合、構造
部品であれば十分な接合強度が要求され、一方機能部品
であれば接合界面で連続性等が要求される。
しかしながら、セラミックスと金属は夫々異なった原子
結合状態を有し、このだめ金属とセラミックスを接合す
る場合、それらの反応性などの化学的性質、熱膨張率、
電気伝専度などの物理的性質は大きく異なる。したがっ
て１両部材を良好にｒ、７．＋らし、イ＾頼性の高い
金的な接合を行なうことは相当困ρ准である。
結合状態を有し、このだめ金属とセラミックスを接合す
る場合、それらの反応性などの化学的性質、熱膨張率、
電気伝専度などの物理的性質は大きく異なる。したがっ
て１両部材を良好にｒ、７．＋らし、イ＾頼性の高い
金的な接合を行なうことは相当困ρ准である。
ところで、従来よりセラミックスと金属を接合する方法
の一つとして活性金属を用いる方法（米国特約２，８５
７，６６３）が知られている。この方法はＴ ｉ 、
Ｚｒなどの活性金属がＣｕ 、 Ｎ ＋などの九移金鴇
との合金におい足、その融点を数百Ｃ１も低下する４ｆ
実を利用して金属とアルミナ、フォルステライト、ベリ
リア。
の一つとして活性金属を用いる方法（米国特約２，８５
７，６６３）が知られている。この方法はＴ ｉ 、
Ｚｒなどの活性金属がＣｕ 、 Ｎ ＋などの九移金鴇
との合金におい足、その融点を数百Ｃ１も低下する４ｆ
実を利用して金属とアルミナ、フォルステライト、ベリ
リア。
ヅルコニアなどの酸化物セラミックスを接合する方法で
ある。
ある。
しかしながら、上述した方法にょシセラミックスー金属
の接合体、特にＡ７！ＮやＳ輸Ｎ４などの窒化物セラミ
ックスとＣｕやＮＩなどの金属の接合体を造った場合、
その接合体に熱衝撃を加えると、それらの熱膨張差に起
因する熱応力が発生し、窒化物セラミックスにクランク
が発生するという欠点があった。即ち、下記表に示す如
く通常の酸化物セラミックスの熱膨張係数は８．６ Ｘ
１０−’／’Ｃ，〜ｌ ３．５Ｘ１０ ”６／’Ｃ，
−Ｃ’ｌ＞ 、ｕ 。
の接合体、特にＡ７！ＮやＳ輸Ｎ４などの窒化物セラミ
ックスとＣｕやＮＩなどの金属の接合体を造った場合、
その接合体に熱衝撃を加えると、それらの熱膨張差に起
因する熱応力が発生し、窒化物セラミックスにクランク
が発生するという欠点があった。即ち、下記表に示す如
く通常の酸化物セラミックスの熱膨張係数は８．６ Ｘ
１０−’／’Ｃ，〜ｌ ３．５Ｘ１０ ”６／’Ｃ，
−Ｃ’ｌ＞ 、ｕ 。
Ａ Ｉ ＮＩＳ ｉ、Ｎ４ＣＤ熱膨張係数が夫々約５Ｘ
１０−’／ ’Ｃ，，２，５Ｘ ｌ Ｏ−’／Ｃ，と比
較シテ大きく。
１０−’／ ’Ｃ，，２，５Ｘ ｌ Ｏ−’／Ｃ，と比
較シテ大きく。
Ｃｕ＋Ｆｅの熱膨張係数に近い値を示す。このため、窒
化物セラミックスとＣｕやＦＣなどの接合体には酸化物
セラミックスと金属の接合体に比べて大きな熱応力が発
生し、セラミックスにクランクが発生し易くなる。
化物セラミックスとＣｕやＦＣなどの接合体には酸化物
セラミックスと金属の接合体に比べて大きな熱応力が発
生し、セラミックスにクランクが発生し易くなる。
このようなことから、活性金１１為を含むろう松とろう
祠の間に延性に冨む（、ｌ ｕ、 Ｃｕ合金。
祠の間に延性に冨む（、ｌ ｕ、 Ｃｕ合金。
Ａｌなどの金１ｉ４ Ｒ仮を介在させ、該ろう＋ａと金
属薄板を点溶接して一体化した接合（す科を用いて窒化
物セラミックスと合鴨を接合する方法（特開昭５６−１
６３０９３）か提案されでいる。また、活性金属を含む
ろシ材をセラミックス及び金属の母相に拡散してなる接
合体も開発され又いる。しかしながら、これらの方法等
は複雑な工程や長時間の熱処理を伴なう問題があった。
属薄板を点溶接して一体化した接合（す科を用いて窒化
物セラミックスと合鴨を接合する方法（特開昭５６−１
６３０９３）か提案されでいる。また、活性金属を含む
ろシ材をセラミックス及び金属の母相に拡散してなる接
合体も開発され又いる。しかしながら、これらの方法等
は複雑な工程や長時間の熱処理を伴なう問題があった。
このため、より簡略化された工程で製造でき、かつ接合
強度か市〈熱応力を緩和し得る窒化物セラミックスと遷
移金属との接合体が切望されている。
強度か市〈熱応力を緩和し得る窒化物セラミックスと遷
移金属との接合体が切望されている。
本発明は尚早な工程で製造でき、かつ接合強度が高く熱
応力の緩和作用が高く窒化物セラミックスのクランク発
生を防止し得る窒化物セラミックスと金属の接合体を提
供しようとするものである。
応力の緩和作用が高く窒化物セラミックスのクランク発
生を防止し得る窒化物セラミックスと金属の接合体を提
供しようとするものである。
本発明者らは以下に説明ブる点に４６目し−ＣＣ窒化物
セラミックス金属の接合体の開発に成功した。
セラミックス金属の接合体の開発に成功した。
即ち、Ｔｉ＋Ｚｒなどの活性金属を含むろう材は窒化物
セラミックスとの濡れ性が良好である。これはＴｉ、Ｚ
ｒが窒化物セラミックスと反応して窒化物（ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ など）を形成するためであることを既に確認して
いる。
セラミックスとの濡れ性が良好である。これはＴｉ、Ｚ
ｒが窒化物セラミックスと反応して窒化物（ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ など）を形成するためであることを既に確認して
いる。
また、’ｌ” ｉ 、 ’ｌ、 ｒはＡｌｌ！Ｎ＋５ｉ
ＳＮ４ ノ窒化物セラミックスとＣｕや１ＱｉｖＪ金属
の熱膨張係数の中日的な値ｔ′１大々３．９ Ｘ ｌ
ｏ−’／’Ｃ，。
ＳＮ４ ノ窒化物セラミックスとＣｕや１ＱｉｖＪ金属
の熱膨張係数の中日的な値ｔ′１大々３．９ Ｘ ｌ
ｏ−’／’Ｃ，。
５ＸｌＯ−’／’Ｃ，を有する。
更に、金属Ａ、Ｂからなる合金の熱膨張係数は一般に次
式の如く αａｌｌｏｙ−αＡＭＡ＋αＢＭＢ 張係数が比例関係を有する。
式の如く αａｌｌｏｙ−αＡＭＡ＋αＢＭＢ 張係数が比例関係を有する。
しかして、上述した究明結果よりＡＩＮやＳｔ ｍ Ｎ
ａ などの熱膨張係数が比較的小さい留化物セラミッ
クスとＣｕやＮｉなど■金属との接合体において、接合
部を、窒化物セラミックス側から活性金属の窒化物ＩＯ
と、少なくともｌｊ曽の活性金属に冨む（９９〜５０重
ｔ＋ｔ ’％）λ゛ム杉金金属の合金属と、少なくとも
１層の込移金属に富む（９９〜５０重量％）活性金属と
の合金属とを順次配置した多層構造にて形成することに
よって、９化物セラミツクスと遷移金ＩＩ属の間の熱膨
張係数の差を接合部で段ｌｙｈ的に晶少でき。
ａ などの熱膨張係数が比較的小さい留化物セラミッ
クスとＣｕやＮｉなど■金属との接合体において、接合
部を、窒化物セラミックス側から活性金属の窒化物ＩＯ
と、少なくともｌｊ曽の活性金属に冨む（９９〜５０重
ｔ＋ｔ ’％）λ゛ム杉金金属の合金属と、少なくとも
１層の込移金属に富む（９９〜５０重量％）活性金属と
の合金属とを順次配置した多層構造にて形成することに
よって、９化物セラミツクスと遷移金ＩＩ属の間の熱膨
張係数の差を接合部で段ｌｙｈ的に晶少でき。
それらの間の熱応力を小さくして黄化物セラミックスの
クラック発生を防止できると共に窒化物セラミックスと
遷移金１萬とを強し１に接合した接合体を見い出した。
クラック発生を防止できると共に窒化物セラミックスと
遷移金１萬とを強し１に接合した接合体を見い出した。
こうした接合体の熱応力の緩第１」作用は以下の説明か
らも明らかでるる。
らも明らかでるる。
即ち、セラミックスと金１風の接合体に弁１生ずる応力
をσとすると１次式の如く 〔但し、式中のΔαはセラミックス、金属間の熱膨瘉係
数の差、ΔＴは成形温度と室Ｎｉ＋Ａとの温段差、Ｅｄ
、ヤング率、ｔは厚さ、ｃ、ｍは夫々セフミックス、金
属を示す）にて表わされる。
をσとすると１次式の如く 〔但し、式中のΔαはセラミックス、金属間の熱膨瘉係
数の差、ΔＴは成形温度と室Ｎｉ＋Ａとの温段差、Ｅｄ
、ヤング率、ｔは厚さ、ｃ、ｍは夫々セフミックス、金
属を示す）にて表わされる。
この式より、Δα以外の糸件刀）等しい接合体におい王
、Δαが小３い烏合、発生する応力σが小さくなること
かわかる。
、Δαが小３い烏合、発生する応力σが小さくなること
かわかる。
なお、本発明の接合体ｉｌ：ｆり１１えは次のような方
法により製造される。
法により製造される。
まり、ちり化物セラミックスと金属の接合部に１００１
ｊ’ｏ又はｔ８ｉ、はｉｏｏ％に近い活性金属ンｉと同
様な糾、度の遷移金１ｒ１：・、箔を該活性金１出箔か
セラミックス側に、１該遷移金属箔が金１萬側に位１６
するように介でＩ［さぜる。θ（いで、９００’Ｃ，以
上、好左しくは９２（ン〜ｌ ０５０ ’Ｃ，でｌ〜２
０分間ｑ−ｒ４Ｈ度の短１１、１間の熱処理を行なうこ
とにより窒化物セラミックスと金１．．＋：ｉの間に活
性金属の屋化物層、活性金属に冨む造移金１萬との合金
１υ及び３：３移金１萬に冨む活性合鴨との合金層から
なる接合部か形成され、既述した良好な特性を有する接
合体が造られる。
ｊ’ｏ又はｔ８ｉ、はｉｏｏ％に近い活性金属ンｉと同
様な糾、度の遷移金１ｒ１：・、箔を該活性金１出箔か
セラミックス側に、１該遷移金属箔が金１萬側に位１６
するように介でＩ［さぜる。θ（いで、９００’Ｃ，以
上、好左しくは９２（ン〜ｌ ０５０ ’Ｃ，でｌ〜２
０分間ｑ−ｒ４Ｈ度の短１１、１間の熱処理を行なうこ
とにより窒化物セラミックスと金１．．＋：ｉの間に活
性金属の屋化物層、活性金属に冨む造移金１萬との合金
１υ及び３：３移金１萬に冨む活性合鴨との合金層から
なる接合部か形成され、既述した良好な特性を有する接
合体が造られる。
次に本発明の詳細な説明する。
実施例１
まず、ＡｄＮ部材とＣｕ部材の間に厚さ５０μｍのＺｒ
箔を介在させ、史にＺ ｒ ９自とＣ１１部材の間に厚
さ５０μｍのＣｕ箔を介在させた。
箔を介在させ、史にＺ ｒ ９自とＣ１１部材の間に厚
さ５０μｍのＣｕ箔を介在させた。
次いで、９２０’Ｃ，で５分間熱処Ｊｌｌ ｊ、てｈｅ
Ｎ？グＩＳ柵とＣｕ部材の接合体を製造した。
Ｎ？グＩＳ柵とＣｕ部材の接合体を製造した。
得られた接合体はＡｅＮ部伺とＣｕ ＢＩＳ伺の間に該
ＡｇＮ部伺側からｚｒＮｆＵ、９５〜９８原子％Ｚｒ−
残部Ｃｕの合金層及び７５片子％Ｃｕ−残部ｚｒの合金
層がＪＩ［１次配ｆｆ、＞ｔされ）Ｃ多層構造の接合部
が形成芒れていた。こうした接合体について断面を光学
顕微鏡にて１００倍の倍率で観察したところ、ＡｌＮ部
梠へのクランク発生は全く５忍められｌかった。
ＡｇＮ部伺側からｚｒＮｆＵ、９５〜９８原子％Ｚｒ−
残部Ｃｕの合金層及び７５片子％Ｃｕ−残部ｚｒの合金
層がＪＩ［１次配ｆｆ、＞ｔされ）Ｃ多層構造の接合部
が形成芒れていた。こうした接合体について断面を光学
顕微鏡にて１００倍の倍率で観察したところ、ＡｌＮ部
梠へのクランク発生は全く５忍められｌかった。
また、得られた］を合体のＣｕ部伺にＣ１ｌ製の引張試
験用治具をｐｂ−８ｎ半田で半田イ（」けし。
験用治具をｐｂ−８ｎ半田で半田イ（」けし。
常温にて短連引張試験を災施した。その結果。
破断は常に半田付は部で生じ、接合体が的８部多層構造
の接合部で強固に接合されていることか１ｉ（ｊｉ認さ
れた。
の接合部で強固に接合されていることか１ｉ（ｊｉ認さ
れた。
実施【ンリ２
ＡｇＮ部伺とＣ、ｕ部材の間に厚さ１０μｍのＩｌｌ
ｉ Ｆ＾を介在ネぜ、更にＴＩ箔とＣ１１部（号の間Ｖ
Ｃ，Ｉｌ；Ｉ：すｌ ＯＯ７４ｍ１７）Ｃｕ箔を介在さ
せた。欠いて実施ｆａｌｌ ｌと同４．１（な熱処理を
施して接合体を製造した。
ｉ Ｆ＾を介在ネぜ、更にＴＩ箔とＣ１１部（号の間Ｖ
Ｃ，Ｉｌ；Ｉ：すｌ ＯＯ７４ｍ１７）Ｃｕ箔を介在さ
せた。欠いて実施ｆａｌｌ ｌと同４．１（な熱処理を
施して接合体を製造した。
イ」、トられた１に合体はＡｄＮ部伺とＣｕ部材の咳に
該Ａ／Ｎ部（」側から’ｆ’ ｉ Ｎｌ１３．９５〜９
８原子％′１゛１−残ＦＸｔＳＣｕの合金層及び７５
ＩＱ子１％Ｃｕ−残ごＩ、Ｉ’ｆｌの合金層が順次配置
された多１Ｂ＜ｉｌｌす、造の接合部が形成されていた
。こうした接合体について実施例１と同様、その断面を
観察Ｌ７たどころ、Ａ６Ｎ６部へのクランク発生は全く
１志めらＪ］、なかった。丑だ、接合部）廿も柿−め１
商いものであった。
該Ａ／Ｎ部（」側から’ｆ’ ｉ Ｎｌ１３．９５〜９
８原子％′１゛１−残ＦＸｔＳＣｕの合金層及び７５
ＩＱ子１％Ｃｕ−残ごＩ、Ｉ’ｆｌの合金層が順次配置
された多１Ｂ＜ｉｌｌす、造の接合部が形成されていた
。こうした接合体について実施例１と同様、その断面を
観察Ｌ７たどころ、Ａ６Ｎ６部へのクランク発生は全く
１志めらＪ］、なかった。丑だ、接合部）廿も柿−め１
商いものであった。
以上詳述した如く２本発明によれは間Ｉ１４！な工程で
製造でき、しかも接合強度が市く、かつ熱影響を受けた
時の熱応力の緩和作用か６モぐ屋化物セラミックスのク
ランク発生を防止できる各種の機能部品等に有効な窒化
物セラミックスと金属の接合体を提供できる。
製造でき、しかも接合強度が市く、かつ熱影響を受けた
時の熱応力の緩和作用か６モぐ屋化物セラミックスのク
ランク発生を防止できる各種の機能部品等に有効な窒化
物セラミックスと金属の接合体を提供できる。
図はｚｒ−Ｃｕ合金における組成と熱膨張係数の関係を
示す特性図である。 出願人代理人 弁理士 鈴 圧式 ｂ Ｚｒ＞）ｌ 、Ｌ ／ｗｔ％ 第１頁の続き ０発 明 者 白 兼 誠 用崎市幸区小向東芝町１番地 東京芝浦電気株式会社総
合研究所内
示す特性図である。 出願人代理人 弁理士 鈴 圧式 ｂ Ｚｒ＞）ｌ 、Ｌ ／ｗｔ％ 第１頁の続き ０発 明 者 白 兼 誠 用崎市幸区小向東芝町１番地 東京芝浦電気株式会社総
合研究所内
Claims (1)
- 窒化物セラミックスと金属の接合部が、該セラミックス
側から活性金属の窒化物層と、少なくとも１層の活性金
属に富む遷移金属との合金属と少なくとも１層の遷移金
属に冨む活性金１戊との合金叫とを順次配置した多層構
造にて形成されてなる窒化物セラミックスと金属の接合
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21351183A JPS60108376A (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | 窒化物セラミツクスと金属の接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21351183A JPS60108376A (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | 窒化物セラミツクスと金属の接合体 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4161664A Division JPH0822785B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 窒化物セラミックスと金属の接合処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60108376A true JPS60108376A (ja) | 1985-06-13 |
| JPH0357070B2 JPH0357070B2 (ja) | 1991-08-30 |
Family
ID=16640399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21351183A Granted JPS60108376A (ja) | 1983-11-14 | 1983-11-14 | 窒化物セラミツクスと金属の接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60108376A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63274673A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-11 | Nec Corp | 高熱伝導性セラミックス基板 |
| JPS63274678A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-11 | Nec Corp | 高熱伝導性セラミックス基板 |
| JPS63274674A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-11 | Nec Corp | 高熱伝導性セラミックス基板 |
| JP2594475B2 (ja) * | 1990-04-16 | 1997-03-26 | 電気化学工業株式会社 | セラミックス回路基板 |
| JPH09181423A (ja) * | 1990-04-16 | 1997-07-11 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミックス回路基板 |
| WO2025202754A1 (ja) * | 2024-03-29 | 2025-10-02 | 日本発條株式会社 | 接合体および接合体の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58125673A (ja) * | 1982-01-12 | 1983-07-26 | 新明和工業株式会社 | 拡散接合方法 |
-
1983
- 1983-11-14 JP JP21351183A patent/JPS60108376A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58125673A (ja) * | 1982-01-12 | 1983-07-26 | 新明和工業株式会社 | 拡散接合方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63274673A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-11 | Nec Corp | 高熱伝導性セラミックス基板 |
| JPS63274678A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-11 | Nec Corp | 高熱伝導性セラミックス基板 |
| JPS63274674A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-11 | Nec Corp | 高熱伝導性セラミックス基板 |
| JP2594475B2 (ja) * | 1990-04-16 | 1997-03-26 | 電気化学工業株式会社 | セラミックス回路基板 |
| JPH09181423A (ja) * | 1990-04-16 | 1997-07-11 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミックス回路基板 |
| WO2025202754A1 (ja) * | 2024-03-29 | 2025-10-02 | 日本発條株式会社 | 接合体および接合体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0357070B2 (ja) | 1991-08-30 |
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