JP2745538B2 - セラミックス同士の電気接合方法及び接合用インサート材 - Google Patents
セラミックス同士の電気接合方法及び接合用インサート材Info
- Publication number
- JP2745538B2 JP2745538B2 JP63155567A JP15556788A JP2745538B2 JP 2745538 B2 JP2745538 B2 JP 2745538B2 JP 63155567 A JP63155567 A JP 63155567A JP 15556788 A JP15556788 A JP 15556788A JP 2745538 B2 JP2745538 B2 JP 2745538B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramics
- ceramic
- joining
- insulating
- conductive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 211
- 238000005304 joining Methods 0.000 title claims description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 claims description 42
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 37
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 7
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 for example Substances 0.000 description 4
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910016006 MoSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017563 LaCrO Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/003—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
- C04B37/005—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of glass or ceramic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
- C04B2235/666—Applying a current during sintering, e.g. plasma sintering [SPS], electrical resistance heating or pulse electric current sintering [PECS]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/04—Ceramic interlayers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、セラミツクス同士の電気接合方法及びその
接合用インサート材に関するものである。
接合用インサート材に関するものである。
被接合セラミツクス同士を接合する場合、本発明者
は、第５図に示すように、被接合セラミツクス１の接合
面に、第１の接合剤２を介して導電性セラミツクス３を
取着させ、さらにこの導電性セラミツクス３のもう一方
の面に、第２の接合剤５を介して被接合セラミツクス
１′を取着させた後、電極7a,7bを導電性セラミツクス
３の両端部に対向配置して接合する方法で、先に提案し
た（特願63−52345号）。
は、第５図に示すように、被接合セラミツクス１の接合
面に、第１の接合剤２を介して導電性セラミツクス３を
取着させ、さらにこの導電性セラミツクス３のもう一方
の面に、第２の接合剤５を介して被接合セラミツクス
１′を取着させた後、電極7a,7bを導電性セラミツクス
３の両端部に対向配置して接合する方法で、先に提案し
た（特願63−52345号）。
接合時は、電極間に電圧を印加すると、導電性セラミ
ツクス３中に電流が流れてジユール熱が発生し、この熱
によって第１及び第２の接合剤2,5が溶融して、それぞ
れ被接合セラミツクス１と導電性セラミツクス３及び被
接合セラミツクス１′と導電性セラミツクス３とに反応
することにより、被接合セラミツクス1,1′が強固に接
合される。
ツクス３中に電流が流れてジユール熱が発生し、この熱
によって第１及び第２の接合剤2,5が溶融して、それぞ
れ被接合セラミツクス１と導電性セラミツクス３及び被
接合セラミツクス１′と導電性セラミツクス３とに反応
することにより、被接合セラミツクス1,1′が強固に接
合される。
ところが、被接合セラミツクスの片方が導電性を有
し、かつこの被接合セラミツクス１′，第２の接合剤５
及び導電性セラミツクス３の抵抗値を各々A,B及びＣと
し、Ａ≦Ｂ＜＜Ｃなる関係である場合、または被接合セ
ラミツクスの両方が導電性を有し、かつこの第１の被接
合セラミツクス1,第１の接合剤2,導電性セラミツクス3,
第２の接合剤５及び第２の被接合セラミツクス１′の抵
抗値を各々A,B,C,D及びＥとし、Ａ≦Ｂ＜＜Ｃ及びＣ＞
＞Ｄ≧Ｅなる関係にある場合、接合長が大になると、導
電性セラミツクス３中を流れる電流は、接合中央部に行
くにしたがつて、導電性の被接合セラミツクス中へ広が
つて分流するために、電極が接触する接合部の両端は加
熱されて、第１及び第２の接合剤2,5が溶融するが、接
合中央部では十分に加熱されないために、接合できない
という重大な問題が生じる。
し、かつこの被接合セラミツクス１′，第２の接合剤５
及び導電性セラミツクス３の抵抗値を各々A,B及びＣと
し、Ａ≦Ｂ＜＜Ｃなる関係である場合、または被接合セ
ラミツクスの両方が導電性を有し、かつこの第１の被接
合セラミツクス1,第１の接合剤2,導電性セラミツクス3,
第２の接合剤５及び第２の被接合セラミツクス１′の抵
抗値を各々A,B,C,D及びＥとし、Ａ≦Ｂ＜＜Ｃ及びＣ＞
＞Ｄ≧Ｅなる関係にある場合、接合長が大になると、導
電性セラミツクス３中を流れる電流は、接合中央部に行
くにしたがつて、導電性の被接合セラミツクス中へ広が
つて分流するために、電極が接触する接合部の両端は加
熱されて、第１及び第２の接合剤2,5が溶融するが、接
合中央部では十分に加熱されないために、接合できない
という重大な問題が生じる。
本発明は、上記の問題点を解決するために、請求項１
においては、被接合セラミツクス間に、導電性セラミツ
クスの片面に絶縁性セラミツクスを設けた層状複合セラ
ミツクスを介在させ、第１の接合剤を第１の被接合セラ
ミツクスと複合セラミツクス内の導電性セラミツクスと
に挾着させるとともに、第２の接合剤を複合セラミツク
ス内の絶縁性セラミツクスと第２の被接合セラミツクス
とに挾着させて、複合セラミツクス内の導電性セラミツ
クスの両端部に少なくとも一対の電極を当接させて通電
し、導電性セラミツクス中に生じるジユール熱によつ
て、第１の接合剤、第１の被接合セラミツクスを順次
に、また絶縁性セラミツクス、第２の接合剤、第２の被
接合セラミツクスを順次に加熱して接合することを特徴
としている。
においては、被接合セラミツクス間に、導電性セラミツ
クスの片面に絶縁性セラミツクスを設けた層状複合セラ
ミツクスを介在させ、第１の接合剤を第１の被接合セラ
ミツクスと複合セラミツクス内の導電性セラミツクスと
に挾着させるとともに、第２の接合剤を複合セラミツク
ス内の絶縁性セラミツクスと第２の被接合セラミツクス
とに挾着させて、複合セラミツクス内の導電性セラミツ
クスの両端部に少なくとも一対の電極を当接させて通電
し、導電性セラミツクス中に生じるジユール熱によつ
て、第１の接合剤、第１の被接合セラミツクスを順次
に、また絶縁性セラミツクス、第２の接合剤、第２の被
接合セラミツクスを順次に加熱して接合することを特徴
としている。
また請求項２においては、被接合セラミツクス間に、
導電性セラミツクスの両面に絶縁性セラミツクスを設け
た層状複合セラミツクスを介在させ、第１の接合剤を第
１の被接合セラミツクスと複合セラミツクス内の第１の
絶縁性セラミツクスとに挾着させるとともに、第２の接
合剤を複合セラミツクス内の第２の絶縁性セラミツクス
と第２の被接合セラミツクスとに挾着させて、複合セラ
ミツクス内の導電性セラミツクスの両端部に少なくとも
一対の電極を当接させて通電し、導電性セラミツクス中
に生じるジユール熱によつて、第１の絶縁性セラミツク
ス、第１の接合剤、第１の被接合セラミツクスを順次
に、また第２の絶縁性セラミツクス、第２の接合剤、第
２の被接合セラミツクスを順次に加熱して接合すること
を特徴としている。
導電性セラミツクスの両面に絶縁性セラミツクスを設け
た層状複合セラミツクスを介在させ、第１の接合剤を第
１の被接合セラミツクスと複合セラミツクス内の第１の
絶縁性セラミツクスとに挾着させるとともに、第２の接
合剤を複合セラミツクス内の第２の絶縁性セラミツクス
と第２の被接合セラミツクスとに挾着させて、複合セラ
ミツクス内の導電性セラミツクスの両端部に少なくとも
一対の電極を当接させて通電し、導電性セラミツクス中
に生じるジユール熱によつて、第１の絶縁性セラミツク
ス、第１の接合剤、第１の被接合セラミツクスを順次
に、また第２の絶縁性セラミツクス、第２の接合剤、第
２の被接合セラミツクスを順次に加熱して接合すること
を特徴としている。
さらに請求項３においては、被接合セラミツクス同士
の接合用インサート材を、導電性セラミツクスの片面ま
たは両面に絶縁性セラミツクスを設けた層状複合セラミ
ツクスであつて、複合セラミツクスの両接合面に接合剤
を取着させた構成にしたことを特徴としている。
の接合用インサート材を、導電性セラミツクスの片面ま
たは両面に絶縁性セラミツクスを設けた層状複合セラミ
ツクスであつて、複合セラミツクスの両接合面に接合剤
を取着させた構成にしたことを特徴としている。
以上のような方法及びインサート材とすることによ
り、接合長の大小に拘らず、層状複合セラミツクスの導
電性セラミツクス中に流れる加熱用電流が、導電性を有
する被接合セラミツクスへ分流することが防止されるの
で、特に接合長が大きい場合、接合中央部も十分に加熱
させることができる。
り、接合長の大小に拘らず、層状複合セラミツクスの導
電性セラミツクス中に流れる加熱用電流が、導電性を有
する被接合セラミツクスへ分流することが防止されるの
で、特に接合長が大きい場合、接合中央部も十分に加熱
させることができる。
以下、本発明について説明する。
第１の実施例は、本発明の請求項１に対応する。第１
図は本発明の方法を適用した第１の実施例を示す要部断
面図であつて、例えば角柱状の絶縁性の被接合セラミツ
クスと導電性の被接合セラミツクスとを上下に配置して
接合する場合を示している。まず、絶縁性の被接合セラ
ミツクス1aの接合面側に、第１の接合剤２を介して導電
性セラミツクス３と絶縁性セラミツクス4bとからなる薄
板の層状複合セラミツクスの導電性セラミツクス３の方
を取着させ、さらにこの絶縁性セラミツクス4bの方に第
２の接合剤５を介して導電性の被接合セラミツクス1bを
取着させた後、被接合セラミツクス1aを接合方向に圧力
を加えて固定する。つぎに、図示しない電源装置に接続
された一対の電極7a,7bを、導電性セラミツクス３の両
端部に配設し、かつこの電極の先端は両端部に緊密に当
接した状態になつている。電極としては、耐熱性が要求
されるので、タングステン，カーボン，モリブデン，ハ
フニウム，ジルコニウム等が適用できる。つづいて、接
合部の加熱効率をよくするために、被接合セラミツクス
1a,1bの接合部近傍の外周を反射板８及び断熱材９で覆
う。
図は本発明の方法を適用した第１の実施例を示す要部断
面図であつて、例えば角柱状の絶縁性の被接合セラミツ
クスと導電性の被接合セラミツクスとを上下に配置して
接合する場合を示している。まず、絶縁性の被接合セラ
ミツクス1aの接合面側に、第１の接合剤２を介して導電
性セラミツクス３と絶縁性セラミツクス4bとからなる薄
板の層状複合セラミツクスの導電性セラミツクス３の方
を取着させ、さらにこの絶縁性セラミツクス4bの方に第
２の接合剤５を介して導電性の被接合セラミツクス1bを
取着させた後、被接合セラミツクス1aを接合方向に圧力
を加えて固定する。つぎに、図示しない電源装置に接続
された一対の電極7a,7bを、導電性セラミツクス３の両
端部に配設し、かつこの電極の先端は両端部に緊密に当
接した状態になつている。電極としては、耐熱性が要求
されるので、タングステン，カーボン，モリブデン，ハ
フニウム，ジルコニウム等が適用できる。つづいて、接
合部の加熱効率をよくするために、被接合セラミツクス
1a,1bの接合部近傍の外周を反射板８及び断熱材９で覆
う。
このような構成において、各部材の厚み及び接合温度
などを考慮した組合せの典型例の一つを例示すると、被
接合セラミツクス1aをSi3Si4とし、第１の接合剤２をCa
F2/Al2O3/SiO2/Si3N4の混合物とし、導電性セラミツク
ス３と絶縁性セラミツクス4bとからなる複合セラミツク
スは、絶縁性Si3N4の一部に導電性を付与するTiNを添加
して一体焼結させ、接合面を平滑に研削したもので、厚
さを25mm、2mmとする。また、第２の接合剤５を活性金
属ろうのTi/Cu/Ag合金の150μｍ箔とし、被接合セラミ
ツクス1bを導電性SiCとし、前述した第１の接合剤２を
ペースト状にして、被接合セラミツクス1aまたは複合セ
ラミツクスの導電性セラミツクス３に約100μｍ塗布す
る。
などを考慮した組合せの典型例の一つを例示すると、被
接合セラミツクス1aをSi3Si4とし、第１の接合剤２をCa
F2/Al2O3/SiO2/Si3N4の混合物とし、導電性セラミツク
ス３と絶縁性セラミツクス4bとからなる複合セラミツク
スは、絶縁性Si3N4の一部に導電性を付与するTiNを添加
して一体焼結させ、接合面を平滑に研削したもので、厚
さを25mm、2mmとする。また、第２の接合剤５を活性金
属ろうのTi/Cu/Ag合金の150μｍ箔とし、被接合セラミ
ツクス1bを導電性SiCとし、前述した第１の接合剤２を
ペースト状にして、被接合セラミツクス1aまたは複合セ
ラミツクスの導電性セラミツクス３に約100μｍ塗布す
る。
今、被接合セラミツクス1aを接合方向に約0.1MPaの圧
力を加えて、電極7a,7b間に電圧を印加すると、暫くし
て高温時に第１の接合剤２に若干の分流する電流がある
ものの、低効率が1013Ω・cm以上である絶縁性セラミツ
クス4bにより被接合セラミツクス1bに分流することな
く、低効率が約10-2Ω・cmである導電性セラミツクス３
中に大部分の電流が流れて、その部分に集中して接合面
方向に略均一にジユール熱が発生する。その熱が第１の
接合剤２、被接合セラミツクス1a及び絶縁性セラミツク
ス4b、第２の接合剤５、被接合剤セラミツクス1bへと順
次に伝導し、その結果、第１の接合剤２が約1450℃で、
被接合セラミツクス1aと導電性セラミツクス３とに反応
ことにより、両者が強固に結合する。また、第２の接合
剤５が温度勾配差により生じた温度、すなわち約1050℃
で、絶縁性セラミツクス4bと被接合セラミツクス1bとに
反応することによる、両者が強固に結合して、被接合セ
ラミツクス1a,1bの接合が完了する。この場合の雰囲気
は、約10-5Torrの真空とした。
力を加えて、電極7a,7b間に電圧を印加すると、暫くし
て高温時に第１の接合剤２に若干の分流する電流がある
ものの、低効率が1013Ω・cm以上である絶縁性セラミツ
クス4bにより被接合セラミツクス1bに分流することな
く、低効率が約10-2Ω・cmである導電性セラミツクス３
中に大部分の電流が流れて、その部分に集中して接合面
方向に略均一にジユール熱が発生する。その熱が第１の
接合剤２、被接合セラミツクス1a及び絶縁性セラミツク
ス4b、第２の接合剤５、被接合剤セラミツクス1bへと順
次に伝導し、その結果、第１の接合剤２が約1450℃で、
被接合セラミツクス1aと導電性セラミツクス３とに反応
ことにより、両者が強固に結合する。また、第２の接合
剤５が温度勾配差により生じた温度、すなわち約1050℃
で、絶縁性セラミツクス4bと被接合セラミツクス1bとに
反応することによる、両者が強固に結合して、被接合セ
ラミツクス1a,1bの接合が完了する。この場合の雰囲気
は、約10-5Torrの真空とした。
第２の実施例は、本発明の請求項２に対応する。第２
図は本発明の方法を適用した第２の実施例を示す要部断
面図であつて、導電性の被接合セラミツクス同士を接合
する場合を示している。まず、第１の被接合セラミツク
ス1bの接合面側に、第１の接合剤２を介して第１及び第
２の絶縁性セラミツクス4a,4bに導電性セラミツクス３
を介装した薄板の層状複合セラミツクスを取着させ、さ
らにこの複合セラミツクスに第２の接合剤５を介して第
２の被接合セラミツクス1b′を取着させた後、被接合セ
ラミツクス1bを接合方向に圧力を加えて固定する。つぎ
に、電極7a,7b反射板８及び断熱材９を実施例１と同様
に配設する。
図は本発明の方法を適用した第２の実施例を示す要部断
面図であつて、導電性の被接合セラミツクス同士を接合
する場合を示している。まず、第１の被接合セラミツク
ス1bの接合面側に、第１の接合剤２を介して第１及び第
２の絶縁性セラミツクス4a,4bに導電性セラミツクス３
を介装した薄板の層状複合セラミツクスを取着させ、さ
らにこの複合セラミツクスに第２の接合剤５を介して第
２の被接合セラミツクス1b′を取着させた後、被接合セ
ラミツクス1bを接合方向に圧力を加えて固定する。つぎ
に、電極7a,7b反射板８及び断熱材９を実施例１と同様
に配設する。
このような構成において、各部材の厚み及び接合温度
などを考慮した組合せの典型例を一つ例示すると、第１
及び第２の被接合セラミツクス1b,1b′を各々導電性SiC
とし、第１及び第２の接合剤2.5を活性金属ろうのTi/Cu
の合金の150μｍ箔とし、導電性セラミツクス３と絶縁
性セラミツクス4a,4bとからなる複合セラミツクスは、
導電性SiCの厚さ5mmの薄板の両側に溶射によりAl2O3の
絶縁層を形成し、その面を平滑に研削したもので、Al2O
3層の厚さは約0.5mmとする。
などを考慮した組合せの典型例を一つ例示すると、第１
及び第２の被接合セラミツクス1b,1b′を各々導電性SiC
とし、第１及び第２の接合剤2.5を活性金属ろうのTi/Cu
の合金の150μｍ箔とし、導電性セラミツクス３と絶縁
性セラミツクス4a,4bとからなる複合セラミツクスは、
導電性SiCの厚さ5mmの薄板の両側に溶射によりAl2O3の
絶縁層を形成し、その面を平滑に研削したもので、Al2O
3層の厚さは約0.5mmとする。
今、第１の被接合セラミツクス1bを接合方向に約0.1M
Paの圧力を加えて、電極7a,7b間に電圧を印加すると、
導電性セラミツクス３中に流れる電流は、第１の絶縁性
セラミツクス4aにより被接合セラミツクス1bに分流にな
くなり、また第２の絶縁性セラミツクス4bにより第２の
被接合セラミツクス1b′に分流しなくなる。したがつ
て、導電性セラミツクス３中にのみ電流が流れてジユー
ル熱が発生し、その熱が第１及び第２の被接合セラミツ
クス1b,1b′に伝導して、第１及び第２の接合剤2,5が約
950℃で溶融する。その結果、第１の被接合セラミツク
ス1bと第１の絶縁性セラミツクス4a及び第２の絶縁性セ
ラミツクス4bと第２の被接合セラミツクス1b′とに各々
反応することにより、両者が各々強固に接合して、第１
及び第２の被接合セラミツクス1b,1b′の接合が完了す
る。この場合の雰囲気は、10-5Torrの真空とした。
Paの圧力を加えて、電極7a,7b間に電圧を印加すると、
導電性セラミツクス３中に流れる電流は、第１の絶縁性
セラミツクス4aにより被接合セラミツクス1bに分流にな
くなり、また第２の絶縁性セラミツクス4bにより第２の
被接合セラミツクス1b′に分流しなくなる。したがつ
て、導電性セラミツクス３中にのみ電流が流れてジユー
ル熱が発生し、その熱が第１及び第２の被接合セラミツ
クス1b,1b′に伝導して、第１及び第２の接合剤2,5が約
950℃で溶融する。その結果、第１の被接合セラミツク
ス1bと第１の絶縁性セラミツクス4a及び第２の絶縁性セ
ラミツクス4bと第２の被接合セラミツクス1b′とに各々
反応することにより、両者が各々強固に接合して、第１
及び第２の被接合セラミツクス1b,1b′の接合が完了す
る。この場合の雰囲気は、10-5Torrの真空とした。
なお、第１の実施例のように、２種の接合剤を用いる
場合、最適接合温度に調整するのに、絶縁性セラミツク
スの厚みを選ぶことによる温度勾配差を利用している
が、温度勾配差を利用できない各部材の組合せについて
は、１回目の接合工程として、例えば接合温度のより高
い第１の接合剤により被接合セラミツクスと複合セラミ
ツクスとを通電加熱して接合する。その後、２回目の接
合工程として、再通電しより低温の所望の接合温度で第
２の接合剤を反応させることにより、接合を行つてもよ
い。
場合、最適接合温度に調整するのに、絶縁性セラミツク
スの厚みを選ぶことによる温度勾配差を利用している
が、温度勾配差を利用できない各部材の組合せについて
は、１回目の接合工程として、例えば接合温度のより高
い第１の接合剤により被接合セラミツクスと複合セラミ
ツクスとを通電加熱して接合する。その後、２回目の接
合工程として、再通電しより低温の所望の接合温度で第
２の接合剤を反応させることにより、接合を行つてもよ
い。
また、複合セラミツクスの絶縁性セラミツクスを一層
としたが、この絶縁性セラミツクスと被接合体との熱膨
張差が大きい場合は、その間に複数の熱応力緩和層を段
階的に形成してもよい。
としたが、この絶縁性セラミツクスと被接合体との熱膨
張差が大きい場合は、その間に複数の熱応力緩和層を段
階的に形成してもよい。
さらに、接合面積が大きい場合には、電極を適当に移
動できる移動手段を設けるか、複数対の電極を設ける
か、帯状の電極を設ければよい。
動できる移動手段を設けるか、複数対の電極を設ける
か、帯状の電極を設ければよい。
第３の実施例は、本発明の請求項３に対応する。第３
図（ａ），（ｂ）は、各々本発明のインサート材の第１
の実施例を示す断面図及び上面図であつて、例えば角柱
状の絶縁性及び導電性の被接合セラミツクス間に、本発
明のインサート材を挟装して接合する好適例を示してい
る。まず、高絶縁性を有するSi3N4,サイアロン,Al2O3な
どの粉体と、この粉体に導電性付与剤例えばTiN,TaN,P
t,SiCなどを添加した粉体とを、各々バインダーと共に
順次型に入れ、加圧成形して一体焼結を行い、導電性セ
ラミツクス３と絶縁性セラミツクス4bとからなる薄板の
層状複合セラミツクスを製作する。その後、寸法調整、
接合面を平滑する目的で研削する。つぎに、この複合セ
ラミツクスの導電性セラミツクス３の接合面に、第１の
接合剤２として、例えばCaF2/Al2O3/SiO2の混合物をペ
ースト状にしたものを、スクリーン印刷により塗布す
る。また、絶縁性セラミツクス4bの接合面を、第２の接
合剤として、例えばTi/Cu/Ag合金を、CVD,真空蒸着，溶
射などによりコーテイングする。ここで、Si3N4とTiNと
の組み合せで、導電性セラミツクス３及び絶縁性セラミ
ツクス4bの抵抗率は前者で約10-2Ω・cm、後者で1013Ω
・cm以上のインサート材が製作される。
図（ａ），（ｂ）は、各々本発明のインサート材の第１
の実施例を示す断面図及び上面図であつて、例えば角柱
状の絶縁性及び導電性の被接合セラミツクス間に、本発
明のインサート材を挟装して接合する好適例を示してい
る。まず、高絶縁性を有するSi3N4,サイアロン,Al2O3な
どの粉体と、この粉体に導電性付与剤例えばTiN,TaN,P
t,SiCなどを添加した粉体とを、各々バインダーと共に
順次型に入れ、加圧成形して一体焼結を行い、導電性セ
ラミツクス３と絶縁性セラミツクス4bとからなる薄板の
層状複合セラミツクスを製作する。その後、寸法調整、
接合面を平滑する目的で研削する。つぎに、この複合セ
ラミツクスの導電性セラミツクス３の接合面に、第１の
接合剤２として、例えばCaF2/Al2O3/SiO2の混合物をペ
ースト状にしたものを、スクリーン印刷により塗布す
る。また、絶縁性セラミツクス4bの接合面を、第２の接
合剤として、例えばTi/Cu/Ag合金を、CVD,真空蒸着，溶
射などによりコーテイングする。ここで、Si3N4とTiNと
の組み合せで、導電性セラミツクス３及び絶縁性セラミ
ツクス4bの抵抗率は前者で約10-2Ω・cm、後者で1013Ω
・cm以上のインサート材が製作される。
第４の実施例は、本発明の請求項３に対応する。第４
図（ａ），（ｂ）は、各々本発明のインサート材の２の
実施例を示す断面図及び上面図であつて、例えばパイプ
状の導電性の被接合セラミツクス同士間に、本発明のイ
ンサート材を挟装して接合する好適例を示している。ま
ず、高絶縁性を有するSi3N4,サイアロン,Al2O3などの粉
体と、この粉体に導電性付与剤例えばTiN,TaN,Pt,SiCな
どを添加した粉体と、Si3N4,サイアロンなどの粉体と
を、各々バインダーと共に順次型に入れ、加圧成形して
一体焼結を行い、絶縁性セラミツクス4a,4bに導電性セ
ラミツクス３を介装した薄板の層状複合セラミツクスを
製作する。その後、寸法調整、接合面を平滑する目的で
研削する。つぎに、この複合セラミツクスの絶縁性セラ
ミツクス4aの接合面に、第１の接合剤２として、例えば
CaF2/Al2O3/SiO2の混合物をペースト状にしたものを、
スクリーン印刷により塗布する。また、絶縁性セラミツ
クス4bの接合面を、第２の接合剤として、例えばTi/Cu/
Ag合金を、CVD,真空蒸着，溶射などによりコーテイング
する。ここで、Si3N4とTiNとの組み合せで、導電性セラ
ミツクス３及び絶縁性セラミツクス4a,4bの抵抗率は前
者で約10-2Ω・cm、後者で1013Ω・cm以上のインサート
材が製作される。
図（ａ），（ｂ）は、各々本発明のインサート材の２の
実施例を示す断面図及び上面図であつて、例えばパイプ
状の導電性の被接合セラミツクス同士間に、本発明のイ
ンサート材を挟装して接合する好適例を示している。ま
ず、高絶縁性を有するSi3N4,サイアロン,Al2O3などの粉
体と、この粉体に導電性付与剤例えばTiN,TaN,Pt,SiCな
どを添加した粉体と、Si3N4,サイアロンなどの粉体と
を、各々バインダーと共に順次型に入れ、加圧成形して
一体焼結を行い、絶縁性セラミツクス4a,4bに導電性セ
ラミツクス３を介装した薄板の層状複合セラミツクスを
製作する。その後、寸法調整、接合面を平滑する目的で
研削する。つぎに、この複合セラミツクスの絶縁性セラ
ミツクス4aの接合面に、第１の接合剤２として、例えば
CaF2/Al2O3/SiO2の混合物をペースト状にしたものを、
スクリーン印刷により塗布する。また、絶縁性セラミツ
クス4bの接合面を、第２の接合剤として、例えばTi/Cu/
Ag合金を、CVD,真空蒸着，溶射などによりコーテイング
する。ここで、Si3N4とTiNとの組み合せで、導電性セラ
ミツクス３及び絶縁性セラミツクス4a,4bの抵抗率は前
者で約10-2Ω・cm、後者で1013Ω・cm以上のインサート
材が製作される。
以上の第１乃至第４の実施例において、導電性セラミ
ツクスと絶縁性セラミツクスとからなる層状複合セラミ
ツクスとして、一体焼結させる例を示したが、この他に
薄板の導電性及び絶縁性セラミツクスを、後に使用する
接合温度で変化しない接合剤により予め接合させるか、
または導電性セラミツクスの薄板に絶縁性セラミツクス
を、CVD,真空蒸着，溶射などによりコーテイングする。
この場合の導電性セラミツクスとしては、SiC,WCなどの
炭化物、TiN,TaNなどの窒化物、ZrO2,LaCrO2などの酸化
物、MoSi2,MoSiなどのケイ化物、TiB2などのホウ化物、
TiN,SiCなどの導電性付与物質を含むSi2N4、サイアロン
などの複合セラミツクス、セラミツクスと金属とからな
るサーメツトが例示できる。
ツクスと絶縁性セラミツクスとからなる層状複合セラミ
ツクスとして、一体焼結させる例を示したが、この他に
薄板の導電性及び絶縁性セラミツクスを、後に使用する
接合温度で変化しない接合剤により予め接合させるか、
または導電性セラミツクスの薄板に絶縁性セラミツクス
を、CVD,真空蒸着，溶射などによりコーテイングする。
この場合の導電性セラミツクスとしては、SiC,WCなどの
炭化物、TiN,TaNなどの窒化物、ZrO2,LaCrO2などの酸化
物、MoSi2,MoSiなどのケイ化物、TiB2などのホウ化物、
TiN,SiCなどの導電性付与物質を含むSi2N4、サイアロン
などの複合セラミツクス、セラミツクスと金属とからな
るサーメツトが例示できる。
また、絶縁性セラミツクスとしては、Al2O3,SiO2など
の酸化物、AlN,Si3N44,サイアロンなどの窒化物が使用
でき、その形状・寸法は使用電圧に対して絶縁性を保持
できること、及び使用接合温度に調整できることなどを
考慮して適宜に選ぶ必要がある。
の酸化物、AlN,Si3N44,サイアロンなどの窒化物が使用
でき、その形状・寸法は使用電圧に対して絶縁性を保持
できること、及び使用接合温度に調整できることなどを
考慮して適宜に選ぶ必要がある。
さらに、これら絶縁性及び導電性セラミツクスの種類
の選択は、被接合体の仕様、例えば必要な耐熱性、必要
な強度、必要な耐薬品性などを考慮して行う。
の選択は、被接合体の仕様、例えば必要な耐熱性、必要
な強度、必要な耐薬品性などを考慮して行う。
本発明の請求項１及び２の効果は、被接合セラミツク
スの接合部近傍に電流を集中して流すことができるの
で、特に接合長が大きい場合、接合中央部も十分に加熱
させることができ、したがつて接合強度を大にすること
ができる。また、接合部近傍のみを直接加熱するように
したので、被接合セラミツクス全体の劣化を最小限にと
どめることができ、かつ加熱効率が高く、短時間接合、
設備費の低減、ランニングコストの低減が可能であると
いう実用上の価値が大である。
スの接合部近傍に電流を集中して流すことができるの
で、特に接合長が大きい場合、接合中央部も十分に加熱
させることができ、したがつて接合強度を大にすること
ができる。また、接合部近傍のみを直接加熱するように
したので、被接合セラミツクス全体の劣化を最小限にと
どめることができ、かつ加熱効率が高く、短時間接合、
設備費の低減、ランニングコストの低減が可能であると
いう実用上の価値が大である。
請求項３の効果は、接合剤と複合セラミツクスとを一
体化することにより、取扱い及び接合時の位置合せが容
易になり、接合工程を簡略することができ、また現場作
業が容易となる。
体化することにより、取扱い及び接合時の位置合せが容
易になり、接合工程を簡略することができ、また現場作
業が容易となる。
第１図及び第２図はそれぞれ本発明の方法を適用した第
１及び第２の実施例を示す要部断面図、第３図（ａ），
（ｂ）は本発明のインサート材の第１の実施例を示す断
面図及び上面図、第４図（ａ），（ｂ）は本発明のイン
サート材の第２の実施例を示す断面図及び上面図、第５
図は従来の接合状態を示す概略断面図である。 1a,1b,1b′……被接合セラミツクス、２……第１の接合
剤、３……層状複合セラミツクスの導電性セラミツク
ス、4a,4b……層状複合セラミツクスの第１及び第２の
絶縁性セラミツクス、５……第２の接合剤、7a,7b……
電極。
１及び第２の実施例を示す要部断面図、第３図（ａ），
（ｂ）は本発明のインサート材の第１の実施例を示す断
面図及び上面図、第４図（ａ），（ｂ）は本発明のイン
サート材の第２の実施例を示す断面図及び上面図、第５
図は従来の接合状態を示す概略断面図である。 1a,1b,1b′……被接合セラミツクス、２……第１の接合
剤、３……層状複合セラミツクスの導電性セラミツク
ス、4a,4b……層状複合セラミツクスの第１及び第２の
絶縁性セラミツクス、５……第２の接合剤、7a,7b……
電極。
Claims (3)
- 【請求項１】被接合セラミツクス同士の接合方法におい
て、前記セラミツクス間に、導電性セラミツクスの片面
に絶縁性セラミツクスを設けた層状複合セラミツクスを
介在させ、第１の接合剤を前記第１の被接合セラミツク
スと複合セラミツクス内の導電性セラミツクスとに挾着
させるとともに、第２の接合剤を前記複合セラミツクス
内の絶縁性セラミツクスと第２の被接合セラミツクスと
に挾着させて、前記複合セラミツクス内の導電性セラミ
ツクスの両端部に少なくとも一対の電極を当接させて通
電し、前記導電性セラミツクス中に生じるジユール熱に
よつて、前記第１の接合剤、第１の被接合セラミツクス
を順次に、また前記絶縁性セラミツクス、第２の接合
剤、第２の被接合セラミツクスを順次に加熱して接合す
るセラミツクス同士の電気接合方法。 - 【請求項２】被接合セラミツクス同士の接合方法におい
て、前記セラミツクス間に、導電性セラミツクスの両面
に絶縁性セラミツクスを設けた層状複合セラミツクスを
介在させ、第１の接合剤を前記第１の被接合セラミツク
スと複合セラミツクス内の第１の絶縁性セラミツクスと
に挾着させるとともに、第２の接合剤を前記複合セラミ
ツクス内の第２の絶縁性セラミツクスと第２の被接合セ
ラミツクスとに挾着させて、前記複合セラミツクス内の
導電性セラミツクスの両端部に少なくとも一対の電極を
当接させて通電し、前記導電性セラミツクス中に生じる
ジユール熱によつて、前記第１の絶縁性セラミツクス、
第１の接合剤、第１の被接合セラミツクスを順次に、ま
た前記第２の絶縁性セラミツクス、第２の接合剤、第２
の被接合セラミツクスを順次に加熱して接合するセラミ
ツクス同士の電気接合方法。 - 【請求項３】被接合セラミツクス同士の接合用インサー
ト材において、導電性セラミツクスの片面または両面に
絶縁性セラミツクスを設けた層状複合セラミツクスであ
つて、前記複合セラミツクスの両接合面に接合剤を取着
させた接合用インサート材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155567A JP2745538B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | セラミックス同士の電気接合方法及び接合用インサート材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63155567A JP2745538B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | セラミックス同士の電気接合方法及び接合用インサート材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01320273A JPH01320273A (ja) | 1989-12-26 |
| JP2745538B2 true JP2745538B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=15608869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63155567A Expired - Lifetime JP2745538B2 (ja) | 1988-06-23 | 1988-06-23 | セラミックス同士の電気接合方法及び接合用インサート材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2745538B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5368673A (en) | 1990-06-28 | 1994-11-29 | Daihen Corporation | Joining method for joining electrically ceramic bodies and a joining apparatus and joining agent for use in the joining method |
| US8758887B2 (en) | 2004-12-22 | 2014-06-24 | Entegris, Inc. | Multilayer porous membrane and process |
-
1988
- 1988-06-23 JP JP63155567A patent/JP2745538B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01320273A (ja) | 1989-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101952985B (zh) | 用于生产热电部件的方法和热电部件 | |
| KR100295145B1 (ko) | 서셉터 | |
| SE459172B (sv) | Foerfarande foer att genom foerening av flera grafitplattor aastadkomma laagt oeverfoeringsmotstaand | |
| TW201004003A (en) | Thermoelectric conversion module and method of manufacturing the same | |
| JPH09213455A (ja) | ウエハ保持装置の給電構造 | |
| JPH1012935A (ja) | 熱電変換素子の電極接合構造、熱電変換素子の電極接合方法、熱電変換モジュール、及び熱電変換モジュールの製造方法 | |
| US5534091A (en) | Joining method of ceramics and insertion member for heating and joining for use in the method | |
| WO2010007729A1 (ja) | 熱発電デバイスの製造方法 | |
| JP2745538B2 (ja) | セラミックス同士の電気接合方法及び接合用インサート材 | |
| JPH09243201A (ja) | 熱電変換装置およびその製造方法 | |
| JP2745539B2 (ja) | セラミックスと金属との電気接合方法及び接合用インサート材 | |
| JP2000091649A (ja) | 熱電素子、熱電変換モジュールコア、熱電変換モジュールおよびその製造方法 | |
| JPH10144459A (ja) | 通電発熱体 | |
| JPH0870036A (ja) | 静電チャック | |
| JPH09172057A (ja) | 静電チャック | |
| JP3451456B2 (ja) | 熱電発電素子とその製造方法，及び熱電発電装置 | |
| JP2841598B2 (ja) | セラミックスの電気接合方法及び電気接合用インサート材 | |
| JP3060536B2 (ja) | セラミックスの電気接合方法 | |
| JP2706726B2 (ja) | セラミックスの電気接合方法 | |
| JPH03193675A (ja) | セラミックスの電気接合方法及び電気接合用インサート材 | |
| JP2745522B2 (ja) | セラミックスの電気接合方法および接合用発熱部材 | |
| JPH08255679A (ja) | 板状セラミックヒータ及びその製造方法 | |
| JPH0383870A (ja) | 金属Ｓｉ含有炭化ケイ素セラミックスの電気接合方法 | |
| JPH01176283A (ja) | セラミックスの電気接合方法 | |
| JPH09245943A (ja) | 発熱体の絶縁構造 |