JPS6126573A - 窒化ケイ素焼結体と金属との接合方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、窒化ケイ素焼結体と金属との接合方法に関す
るものである。

従来の技術 セラミックスは、その耐熱性、耐食性等の点で金属材料
に比し優れｆｃ％性を有することから、構造用材料とし
ての使用が広い分野で試みられれている。

しかしながら、反面、セラミックスは脆弱であり、構造
用材料として使用する場合、構造全体をセラミックス一
体品とすることは、その後の加工費が高くなシ、なによ
υも信頼性に乏しくなるという問題がある。そこで、こ
れらの問題を解決する方策として、セラミックスと金属
とを接合することにより、セラミックスの体積を最小に
し、加工費を少なくすることが有効と考えられる。

このような観点から、最近、マンガンの融点より低い温
度でマンカンとケイ素との反応を起こ（７得るケイ素化
合物を含有する焼結セラミックの表面に、マンガン含有
金属融液層を緊密に密着させ、上記ケイ素化合物とマン
カンとをマンガンの融点よシ低い温度で反応させて焼結
セラミックを金属化する方法が提案されている（特開昭
５８−２０４８８５号）。しかし、この方法は、炭化ケ
イ素焼結体又ｔｉ酸化ケイ素含有アルミナ焼結体を対象
とするものであシ、また適用可能である。

ところて、セラミックスには酸化物系と非酸化物系がち
シ、それぞれ一長一短を有しているが、最近は蟹化物あ
るいは炭化物等の非酸化物系セラミックス、と９わけ窒
化ケイ累焼結体に強い関心が寄せられている。

この窒化ケイ素焼結体は、一般に溶融物に対する１ぬれ
”が悪く、共有結合性が強いため、アルミナ、マグネシ
ア等駿化物系セラミックスと異なり、他の化合物との反
応性が低い。

発明が解決しょうとする問題点 従って１本発明は、このような窒化ケイ素焼結体のぬれ
や反応性の悪さを改善して、金属との艮好な接合状態全
形成できる接合方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段及び作用 本発明に係る窒化ケイ素焼結体と金属との接合方法は、
予め窒化ケイ素焼結体表面を改質し、該改質ｊ−と接合
されるべき金属との間にいわゆる金属ソルダを配して接
合を行なうものである。

すなわち、表面を改質した窒化ケイ紫焼結体と金属との
間にマンガンを含む金属層を設け、非酸化性雰囲気中で
望ましくは加圧しながらマンガン合金系の液相生成温度
以上に加熱して反応させることＶ％徴とするものでｈＤ
％窒化ケイ素焼結体の表面を予め改質してぬれの悪さや
反応性の低さを改善し、かつ金属との接合性に優れるマ
ンガンを含む金属層、いわゆる金属ソルダと上記改質層
との反応を利用して、窒化ケイ素焼結体と金属との間に
良好な接合状態を形成するものである。

窒化ケイ素焼結体狭面の改質法としては種々の処理が考
えられるが、例えは大気中で加熱することによシ窒化ケ
イ素焼結体表面に酸化ケイ素層を形成することが簡便で
あシ、しかも有効である。

マンガンを含む金属層、いわゆる金属ソルダは、合金粉
または各金属粉の混θ物を含むペースト状、おるいは合
金または各金属ｔ−ｔｉ層したシート状など、種々の形
態金とりうる。金属ソルダマンガン含有量は、他の金属
との関係で最適範囲が若干異な、！７、例えばマンガン
とニッケルとの金に層の場合はマンガンは４０〜８０重
量％、マンガンと銅の場合はマンガンは１０〜５０重ｉ
％、マンガンとニッケルと銅の場合はマンガン１０〜８
０重ｉチ、ニッケル＋ＯＸｔデ以上が好□ましい。

非酸化性雰囲気としては、例えば真空または不活性ガス
などがある。

また、窒化ケイ素焼結体と接合させる金属とし５ては各
種金属が使用できるが、％に有用なのは銅である。

実　　施　　例 以下、爽施例を示して本発明について具体的に説明する
。なお、本発明による金属ソルダとしてはマンカン合金
が使用されるが、酸化物と金属との接合において従来よ
シ用いられているＴｉ　−Ｎｉ　　系及びＺｒ−Ｎｉ系
を使用した比較例も併せて示す。

実施例 接合すべき面が５簡Ｘ１５ｏ＋で厚さが３陣の窒化ケイ
素焼結体を、大気中において１２５０℃で１時間加熱し
た。その結果、表面層は酸化ケイ素から成ることが確認
された。

次いで、このように表面改質した焼結体とやはり同じ寸
法のＳＣＭ　４３５材との間に厚さ約０．０５−の３９
．５重量−Ｎｉ−Ｍｎ　會配し、密着させた後、約ｌＸ
ｌ０　　Ｐａの真空中で１１２０℃で０．５時間加熱し
た後、冷却い１この接合物の断面を調べたところ、値化
ケイ素／Ｎ１−Ｍｎの界面はよくぬれており、良好な接
合状態であった。

比較例　１ 金属ソルダとして厚さ約０．０５簡の２８．５重量％　
Ｎｉ　−Ｔｉ　　を用い、実施例１と同様に１０６０℃
で加熱した。接合物の断面ｔ−＋ｇべたところ、クラッ
ク、ボア等が存在し、窒化ケイ累焼結体と鋼材とは容易
に剥離した。

比較例　２ 窒化ケイ素焼結体をアルミナ焼結体に代え、実施例１と
同様に接合を行なった。冷却後、アルミナ焼結体と金属
ソルダとの界面で剥離しでいることが確認された。

実施例　２ 金属ソルダとして厚さ約０．０５鰭の６５重量％Ｃｕ−
ｕｎ　　″ｆ：使用し、実施例１と同様に９７０℃で０
．５時間加熱後、冷却した。接合物の断面を調べたとこ
ろ、良好な接合状態であった。

上記各実施例及び比較例から明らかなように、本発明の
接合方法は極めて有効である。仁の良好な接合状態の原
因’を調査すべく、実施例１で得られた接合体について
Ｘ線回折、ＥＰＭＡ　分析を行なったところ、酸化ケイ
素、マンガン並びにニッケルが反応した生成物が認めら
れた。類似構造物質が複数生成しているため断定は困難
であるが、酸化ケイ素、マンガン−ニッケルＭ外に、Ｍ
ｎ５ｉＯ，、Ｍｎ、Ｏｘ　、　　（Ｍｎ　、　Ｎｉ　）
ｘ　Ｓｉｙ等があると推察された。

力お、金属ソルダとしてのマンガン合金の組成、形状、
並びに接置温度、雰囲気等が上起各実施例に記載のもの
あるいは数値に限足されるものでないことは、言うまで
もない。

発明の効果 以上のように、本発明に係る窒化ケイ素焼結体と金属と
の接合方法は、予め窒化ケイ素焼結体表面を例えば酸化
物系など金属との接合性の良好な改質層に改質し、該改
質層と接合されるべき金属との間にマンガンを含むいわ
ゆる金属ソルダを配して接合を行なうものであるから、
窒化ケイ素焼結体と金属との間に良好な接合状態を形成
できる。これによって、セラミックエンジン部品等広範
な用途を有し、また加工費が安くかつ信頼性の高い優れ
た特性を具備する窒化ケイ素焼結体−金属接合体が提供
される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面を改質した窒化ケイ素焼結体と金属との間にマ
   ンガンを含む金属層を設け、非酸化性雰囲気中でマガジ
   ン合金系の液相生成温度以上に加熱して反応させること
   を特徴とする窒化ケイ素焼結体と金属との接合方法。 ２、非酸化性雰囲気中でかつ加圧しながら加熱する特許
   請求の範囲第１項に記載の接合方法。 ３、窒化ケイ素焼結体の改質層が、酸化ケイ素を含むセ
   ラミックス層である特許請求の範囲第１項または第２項
   に記載の接合方法。 ４、マンガンを含む金属層が、マンガンを４０〜８０重
   量％含むニッケルとの金属層、またはマンガンを１０〜
   ５０重量％含む銅との金属層、またはマンガンを１０〜
   ８０重量％、ニッケルを１０重量％以上含む銅との金属
   層である特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに
   記載の接合方法。 ５、マンガンを含む金属層が、合金粉または各金属粉の
   混合物を含むペースト状あるいは合金または各金属を積
   層したシート状である特許請求の範囲第１項乃至第４項
   のいずれかに記載の接合方法。 ６、非酸化性雰囲気が、真空または不活性ガスである特
   許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載の接合
   方法。 ７、窒化ケイ素焼結体と接合する金属が銅である特許請
   求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の接合方法
   。