JPH0122237B2

JPH0122237B2 -

Info

Publication number: JPH0122237B2
Application number: JP20768584A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Ehata; Minoru Kinoshita; Ryozo Hayamizu
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1984-10-02
Filing date: 1984-10-02
Publication date: 1989-04-25
Also published as: JPS6186488A

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野本発明は、セラミツクスの簡便なメタライズ法
に関する。発明の背景一般に、セラミツクスは、耐熱性、耐磨耗性、
絶縁性等に優れる反面脆く衝撃に弱いため、構造
材料として用いられるときには、金属との接合体
にして使用されることが多い。金属とセラミツク
スを接合する場合には、先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が、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
ものである。しかし、この方法には、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。本発明者は、上記欠点が解消されたセラミツク
スのメタライズ法を開発するため鋭意研究した結
果、炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、酸化銅及び塩化銅
の少くとも１種とSiO₂又はカオリンとの混合物
を被覆層として用いる場合には空気等の酸化性雰
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、SiO₂又はカオリンの併用によりメ
タライズ層の均一性特に表面の平滑性及び光沢が
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、これら
の知見に基づく発明については別途特許出願した
（特願昭58−83721号及び特願昭58−131575号）。而して、本発明者は、引き続く研究において、
上記混合物に更に酸化スズを併用することにより
メタライズ層の接着強度が顕著に向上することを
見出し、本発明を完成するに至つた。発明の構成及び効果本発明は、炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、酸化銅及
び塩化銅の少くとも１種、SiO₂又は（及び）カ
オリン及び酸化スズの混合物を、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法に係る。本発明においては、被覆層としてSiO₂又は
（及び）カオリンを併用したことにより、焼付け
被膜のむらが防止でき、メタライズ層の均一性特
に表面の平滑性及び光沢が向上しているのみなら
ず、被覆層として更に酸化スズを併用したことに
より、メタライズ層の接着強度が顕著に向上して
いる。本発明において被覆層として用いる炭酸銅、硫
酸銅、硫化銅、酸化銅及び塩化銅は、いずれも通
常粉末状のものを使用する。粉末の粒度として
は、特に限定されないが、通常100μｍ以下程度
好ましくは50μｍ以下程度が適当である。また、SiO₂、カオリン及び酸化スズも、通常
粉末状のものを使用する。粒度は上記と同様であ
る。各成分の使用割合は炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、
酸化銅及び塩化銅の少くとも１種80〜30重量％程
度に対してSiO₂又は（及び）カオリンを５〜30
重量％程度好ましくは５〜20重量％、酸化スズを
10〜60重量％程度好ましくは20〜50重量％とする
のが適当である。SiO₂又は（及び）カオリンが
５重量％未満の場合にはメタライズ層表面の平滑
性及び光沢が不充分になることがあり、30重量％
を越えた場合にはメタライズ層の導電性が低下す
る傾向があるので好ましくない。又、酸化スズが
10重量％未満の場合及び60重量％を越えた場合に
は、いずれもメタライズ層の接着強度の向上が不
充分な傾向にあるので好ましくない。本発明においては、炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、
酸化銅及び塩化銅の少くとも１種、SiO₂又は
（及び）カオリン及び酸化スズの混合物を粉末状
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混合物をメタライズが
必要なセラミツクス表面に撤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。この加熱により炭酸銅、
硫酸銅、硫化銅又は塩化銅は、酸化されて酸化銅
になり、酸化銅及び酸化スズを主体とする被膜が
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ことにより接着
強度が高められる。又、酸化スズを併用したこと
によつても接着強度が顕著に向上している。更
に、SiO₂又は（及び）カオリンを使用したこと
によりメタライズ層の均一性、表面の平滑性及び
光沢が著しく高められる。加熱温度が900℃より
低い場合は上記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、酸化銅及び酸化スズが金属銅及びスズ
に還元されるならばどんな方法でも良く、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類、ベンジン、ホルマリン等
の還元性溶媒への浸漬、ジメチルアミンボラン水
溶液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。また、ジメチルアミンボラン水溶液への浸漬
による場合は、セラミツクスを通常40〜60℃程度
に加熱後、該水溶液に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−スズメタライズ層がセラミツクス表面に
形成される。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
物系セラミツクス、アルミナ、ジルコニア、ムラ
イト、ベリリア、マグネシア、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。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、得ら
れたメタライズ層は導電性に優れ且つ接着強度が
極めて高く、またメタライズ層の均一性、特に表
面の平滑性及び光沢に優れているので商品価値が
高い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。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酸化銅粉末（粒度5μｍ）45重量％と酸化スズ
粉末（粒度5μｍ）45重量％とSiO₂粉末（粒度5μ
ｍ）10重量％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とし、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塗布した。次に、電
気炉を用い空気中にて1100℃で20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50℃に加熱した後、ジメチルアミンボラ
ンの５％水溶液中に浸漬した。これによつて焼付
け被覆層が還元され、金属銅−スズのメタライズ
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つた。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の引張試験器を用い
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、得られたメタライズ層は均一性特に表面
の平滑性及び光沢が優れており、商品価値の高い
ものであつた。比較例１酸化銅粉末（粒度5μｍ）90重量％とSiO₂（粒度
5μｍ）10重量％との混合粉末100重量部を使用す
る以外は実施例１と同様にしてペーストを調製
し、実施例１と同様にして各種セラミツクスのメ
タライズを行なつた。次いで、得られ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、メタライズ層の接着強度を測定した。結果を
第２表に示す。第２表セラミツクス接着強度（Kg／cm²）窒化珪素 420 サイアロン 440 炭化珪素 425 アルミナ 610 ジルコニア 645 第１表と第２表とを対比すれば、本発明方法に
に従つて酸化スズを配合することにより、メタラ
イズ層の接着強度が大巾に改善されることが明ら
かである。

Claims

【特許請求の範囲】

１炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、酸化銅及び塩化銅
の少くとも１種、SiO₂又は（及び）カオリン及
び酸化スズの混合物を、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法。