JPS6410472B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、セラミツクスの簡便なメタライズ方
法に関する。 従来の技術とその問題点 一般に、セラミツクスは、耐熱性、耐磨耗性、
絶縁性等に優れている反面、脆く衝撃に弱いた
め、構造材料として用いる場合には、金属との接
合体にして使用されることが多く、この場合には
金属とセラミツクスを接合する前に、まずセラミ
ツクス表面をメタライズする必要がある。また、
セラミツクスを導電材料として用いる場合には、
セラミツクス表面にメタライズを行つて使用され
ている。 セラミツクスのメタライズ方法としては、テレ
フンケン法、活性金属法、水素化合物法、酸化物
ソルダー法、炭酸銀法等が知られている。これら
の内、テレフンケン法以外の方法には、工程が複
雑であるのに加えて、メタライズ層の接着強度、
耐熱衝撃性、耐化学薬品性等が充分でない場合が
あるため、現在のところテレフンケン法によるの
が一般的である。テレフンケン法は、セラミツク
ス表面にモリブデン−マンガンを被覆し、非酸化
性雰囲気中1400〜1700℃という高温で焼付け、そ
の上に金属メツキを行い、更に被膜の安定化のた
めに再度非酸化性雰囲気中で加熱することにより
メタライズし、次いで必要に応じて金属をロウ接
するものであり、作業工程が長く且つ煩雑である
という大きな欠点があるのに加えて、加熱温度が
高いという欠点もある。 問題点を解決するための手段 本発明者は、上記欠点が解消されたセラミツク
スのメタライズ方法を開発するため鋭意研究した
結果、酸化銅又は（及び）硫化銅を被覆層として
用いるときには空気等の酸化雰囲気中にて比較的
低温で焼付けができ、次いで焼付け層を還元処理
すれば極めて簡便にメタライズできること（尚、
被覆層として硫化銅を単独で用いる方法について
は、別途出願した。）、この際被覆層として酸化
鉄、酸化ニツケル及び酸化コバルト（以下単に遷
移金属酸化物という）の少なくとも１種を併用す
るとメタライズ層の耐摩耗性及び平滑性が向上す
ること、得られたメタライズ層は導電性に優れ且
つ接着強度が高いこと等を見出し、本発明を完成
するに至つた。 即ち本発明は、酸化銅又は（及び）硫化銅と遷
移金属酸化物の少なくとも１種との混合物を、セ
ラミツクス表面に被覆し、酸化性雰囲気中900〜
1300℃で加熱して焼付けた後、焼付け層を還元処
理することを特徴とするセラミツクスのメタライ
ズ方法に係る。 本発明において被覆層材料として用いる酸化銅
及び／又は硫化銅は、通常粉末状のものを使用す
る。酸化銅と硫化銅とを併用するときの両者の使
用割合は、任意で良い。 本発明においては、被覆層として酸化銅又は
（及び）硫化銅（以下、単に銅化合物という）に
遷移金属酸化物の少なくとも１種を併用すること
によりメタライズ層の強化及び安定化が達成され
て、耐摩耗性及び平滑性を向上させることができ
る。更に、得られたメタライズ層に各種金属をロ
ウ接する場合に、溶着部が強固となるという効果
も奏される。遷移金属酸化物としても、通常粉末
状のものを使用し、使用割合は、銅化合物との合
計重量の80％程度を上限とするのが適当である。
80重量％を越える場合には、メタライズ層の接着
強度が低下する傾向があるので、好ましくない。 本発明における被覆層形成材料としては、銅化
合物と遷移金属酸化物との混合物を粉末状のまま
使用しても良いし、適当なバインダー及びその溶
剤、例えばスクリーンオイル等の印刷用インキ、
バルサム等を適宜の量用いてペースト状にして使
用しても良い。 粉末状又はペースト状の銅化合物と遷移金属酸
化物との混合物をメタライズが必要なセラミツク
ス表面に撒布又は塗付して被覆する。被覆する量
は、特に限定されず、所望のメタライズ層の厚さ
に応じて、適宜決定される。次に、上記で被覆さ
れたセラミツクスを酸化性雰囲気中にて加熱して
被覆層を焼付ける。酸化性雰囲気としては、特殊
なものを使用する必要はなく、空気、空気と窒素
との混合気等を使用すれば充分である。また、加
熱条件としては、セラミツクスの形状、大きさや
用いた被覆層の種類、被覆量等により変化する
が、通常900〜1300℃の温度で５〜60分間程度加
熱する。この加熱によりは酸化銅（硫化銅は酸化
されて酸化銅となる）及び遷移金属酸化物を含有
してなる被覆がセラミツクスに密着する。この
際、酸化銅の融液がセラミツクス内に一部浸透す
る（硫化銅を用いたときには、酸化銅に酸化され
る際に発生する硫黄が、この浸透を更に助長す
る）ことにより接着強度が高められる。加熱温度
が900℃より低い場合は上記のような浸透が起こ
らず接着強度が不充分になり、又1300℃より高い
場合は被覆層の粘性が低下して流出することがあ
るので好ましくない。 次に、上記により焼付け層が施されたセラミツ
クスを還元処理する。還元方法としては、特に限
定されず、酸化銅及び遷移金属酸化物がこれらの
金属に還元されるならばどんな方法でもよく、例
えば水素雰囲気、一酸化炭素雰囲気等の還元性雰
囲気中での加熱、エタノール、メタノール、プロ
パノール等のアルコール、ベンジン、ホルマリン
等の還元性溶媒への浸漬等を挙げることができ
る。還元性雰囲気中で加熱する場合の温度は、焼
付け層の分解、変質等を防ぐために前記焼付け温
度よりも低いことが好ましく、通常200〜900℃程
度とし、時間は通常５〜60分間程度とする。また
還元性溶媒への浸漬による場合は、セラミツクス
を通常200〜500℃程度好ましくは300℃前後に加
熱後、上記還元性溶媒に10〜60秒間程度浸漬すれ
ば良い。 上記還元処理により、極めて優れた導電性を有
する銅系メタライズ層がセラミツクス表面に形成
される。 本発明においては、銅化合物と遷移金属酸化物
との混合物をセラミツクス表面に付与した後、酸
化性雰囲気中で焼成し、次いで還元処理すること
を必須とする。若し、酸化性雰囲気中での焼成を
行なうことなく直接還元処理を行なう場合には、
酸化銅の融液がセラミツクス内に深く浸透しない
ので、メタライズ層とセラミツクスとの接着強度
が極めて低くなり、実用に供し得ない。 かくしてメタライズされたセラミツクスには、
必要に応じて、常法例えばロウ接等により、各種
金属を容易に接合することができる。 本発明によりメタライズできるセラミツクスと
しては、特に限定されず、例えば窒化珪素、サイ
アロン、炭化珪素、窒化アルミニウム等の非酸化
物セラミツクス、アルミナ、ジルコニア、ムライ
ト、ベリリア、マゲネシア、コージーライト等の
酸化物系セラミツクスを挙げることができる。 発明の効果 本発明によれば、従来法に比べて低温で焼付け
後、還元処理するという極めて簡便な操作で、セ
ラミツクス表面にメタライズ層が形成できる。得
られたメタライズ層は、導電性に優れ且つ接着強
度が高く、メタライズ層の平滑性が向上するとい
う効果が得られる。 本発明によりメタライズされたセラミツクス
は、上記の如き性能を有するので、セラミツクス
パツケージ等の電子部品、セラミツクスを用いた
耐磨耗性部品、耐熱性部品等に好適に使用でき
る。 尚、本発明の方法は、ニツケル板、銅板等の金
属板にも応用でき、被覆層を還元すれば強固な保
護膜を得ることができる。 実施例 以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に
説明する。 実施例 １ 硫化銅粉末90重量％と酸化ニツケル粉末10重量
％とを混合したもの100重量部に対してバルサム
10重量部を混合して、ペースト状の混合物を得
た。これを平板正方形の窒化珪素（Si₃N₄）、サ
イアロン、炭化珪素（SiC）、アルミナ又はジル
コニアの焼結体の表面に0.1ｇ/cm²塗付した。次
に、電気炉を用い空気中にて1100℃で30分間焼成
して、焼付け被覆層を形成した。引続き焼成した
ものを乾燥器中で300℃に加熱した後、市販のエ
タノール中に浸漬した。これによつて焼付け被覆
層が還元され、金属銅と金属ニツケルからなるメ
タライズ層が形成された。下記第１表に還元前後
における、1000Vの電圧で測定した電気抵抗値を
示した。還元後のメタライズ層は、極めて優れた
導電性を有していることが判る。 かくして得たメタライズ層を有する各セラミツ
クスと銅片とを銀ロウを用いてロウ接し、秤量
2ton及び荷重速度５mm/minの引張試験機を用い
て、メタライズ層の接着強度を測定したところ、
いずれも極めて強く接着されていることが判つ
た。結果を下記第１表に併記した。

【表】 また、メタライズ層表面は凹凸が殆んどなく、
平滑性に優れており、サンドペーパーによる摩耗
試験においても、優れた耐摩耗性を示した。 比較例 １ 実施例１と同様にして得た硫化銅粉末と酸化ニ
ツケル粉末とを含むペースト状混合物を実施例１
と同様にして各種のセラミツクス焼結体に塗布し
た後、水素−窒素混合物からなる還元性雰囲気中
950℃で30分間焼成した。 かくして得たメタライズ層を有する各セラミツ
クスと銅片とを実施例１と同様にしてロウ接し、
メタライズ層とセラミツクスとの接着強度を測定
したところ、いずれの場合にも50Kg/cm²未満であ
り、実用に供し得ないものであつた。 実施例 ２ 硫化銅粉末90重量％と酸化鉄粉末10重量％とを
混合したもの100重量部に対してバルサム10重量
部を混合して、ペースト状の混合物を得た。これ
を用いて、実施例１と同様にして各セラミツクス
にメタライズ層を形成した。実施例１と同様にし
て測定した電気抵抗値及び接着強度を下記第２表
に示した。

【表】 また、メタライズ層表面は凹凸が殆んどなく、
平滑性に優れており、耐摩耗性も良好であつた。 実施例 ３ 酸化ニツケル粉末に代えて酸化コバルト粉末を
用いる以外は実施例１と同様にして下記第３表に
示した結果を得た。また、メタライズ層の耐摩耗
性及び平滑性も向上していた。

【表】 実施例 ４ 硫化銅粉末に代えて酸化銅粉末を用いる以外は
実施例１と同様にして下記第４表に示した結果を
得た。また、メタライズ層の耐摩耗性及び平滑性
も向上していた。

【表】 実施例 ５ 硫化銅粉末に代えて酸化銅粉末を、及び酸化ニ
ツケル粉末に代えて酸化鉄粉末を用いる以外は実
施例１と同様にして下記第５表に示した結果を得
た。また、メタライズ層の耐摩耗性及び平滑性も
向上していた。

【表】 実施例 ６ 硫化銅粉末に代えて酸化銅粉末を、及び酸化ニ
ツケル粉末に代えて酸化コバルト粉末を用いる以
外は実施例１と同様にして下記第６表に示した結
果を得た。また、メタライズ層の耐摩耗性及び平
滑性も向上していた。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸化銅又は（及び）硫化銅と酸化鉄、酸化ニ
   ツケル及び酸化コバルトの少なくとも１種との混
   合物を、セラミツクス表面に被覆し、酸化性雰囲
   気中900〜1300℃で加熱して焼付けた後、焼付け
   層を還元処理することを特徴とするセラミツクス
   のメタライズ方法。