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JPH0674191B2 - 非酸化物系セラミツクのメタライズ層 - Google Patents

非酸化物系セラミツクのメタライズ層

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Publication number
JPH0674191B2
JPH0674191B2 JP8736786A JP8736786A JPH0674191B2 JP H0674191 B2 JPH0674191 B2 JP H0674191B2 JP 8736786 A JP8736786 A JP 8736786A JP 8736786 A JP8736786 A JP 8736786A JP H0674191 B2 JPH0674191 B2 JP H0674191B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coating layer
layer
ceramic
oxide ceramic
metallized layer
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
Application number
JP8736786A
Other languages
English (en)
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JPS62246890A (ja
Inventor
博紀 星崎
鈴木  博文
一夫 及部
準 丹羽
照高 影山
Original Assignee
日本電装株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電装株式会社 filed Critical 日本電装株式会社
Priority to JP8736786A priority Critical patent/JPH0674191B2/ja
Publication of JPS62246890A publication Critical patent/JPS62246890A/ja
Publication of JPH0674191B2 publication Critical patent/JPH0674191B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば非酸化物系セラミックよりなるセラミッ
クヒータの電極部の接合や、非酸化物系セラミック基板
上への導電路の形成等に有効に用いられる非酸化物系セ
ラミックのメタライズ層に関する。
〔従来の技術〕
一般にセラミックは金属に比べ強度,耐熱性,耐蝕性に
すぐれ、なかでも窒化ケイ素,炭化ケイ素をはじめとす
る非酸化物系セラミックは上記特性に加えて耐熱衝撃性
も高いために近年その応用が広く期待されている。その
一例としてこれらの特性を生かしたTiN−Si3N4系の複合
非酸化物系セラミックヒータや、さらに高熱伝導性を生
かしたSiC,AlN等のセラミック基板が知られている。
上記セラミックヒータやセラミック基板においては、ヒ
ータへの電極の接続、基板上への導電路の形成のために
非酸化物系セラミック表面にメタライズ層を形成するこ
とが不可欠である。また一般に非酸化物系セラミック部
品と金属部品とを接合する場合にもメタライズ層を形成
させることも多い。
このようなメタライズ層としては,例えば特開昭59−91
684号公報に開示されているようなNIメッキを施した後
エージングする等の方法が知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら上記公報に記載の方法をはじめとして従来
のメタライズ層では、非酸化物系セラミックとの付着強
度が十分でなく、はがれが発生し易いという問題があっ
た。さらに従来のメタライズ層においては特に高温時に
表面が酸化され易く、例えばセラミックヒータの電極部
にメタライズ層を施し、金属電極を圧接して導電性を保
つ構造においては、この酸化は導電性阻害の原因となり
長期間の使用のうちに徐々にセラミックヒータへの通電
が困難になるという問題を生じる。
そこで本発明は上記の如き従来のメタライズ層を問題を
解消し、付着強度が大きいとともに、導電性にすぐれた
新規なメタライズ層を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明は、少くともPt,Pd,R
h,Ir,Ru,Osから選ばれた1以上の金属と、Cr,Ni,Fe,Co
から選ばれた1以上の金属と、C,B,Si,Pから選ばれた1
以上の元素とを含んでなり、非酸化物系セラミック上に
被覆された第1被覆層と、 前記第1被覆層上に被覆され、Au,Ag,Cu,Alから選ばれ
た1以上の金属を含んでなる第2被覆層とを備えたメタ
ライズ層を技術的手段として採用するものである。
〔作用〕
上記手段によれば非酸化物系セラミック上に被覆された
第1被覆層は、主にその組成中に含まれるPt,Pd,Rh,Ir,
Ru,Osから選ばれた1以上の金属の触媒〔作用〕により
非酸化物系セラミックと濡れ性よく結合するとともに、
上記第1被覆層上に被覆された第2被覆層が大きな導電
性を確保する。
〔発明の効果〕
従って本発明よれば、非酸化物系セラミックに対して大
きな付着強度と導電性を有するメタライズ層を形成させ
ることができる。
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。第
1図は、本発明による非酸化物系セラミックのメタライ
ズ層を説明する断面図で、1は窒化ケイ素(Si3N4),
窒化チタン(TiN)を主成分とする非酸化物系の導電性
のセラミック試験片で、この試験片は以下に説明する工
程で製作した。
平均粒径0.8μの窒化ケイ素,平均粒径0.5μの窒化チタ
ンの所要量を秤量し、窒化ケイ素41mol%,窒化チタン5
5.4mol%の組成の混合粉末を調整した。またこの混合粉
末は、MgAl2O42.2mol%,Y2O31.4mol%の焼結助剤を含
む。この混合粉末を溶媒としての水に投入して、12時間
混合した。このように組成混合された混合粉末を乾燥
し、造粒した。次に所定の大きさにプレス成形し、その
後1750℃で4時間窒素雰囲気中で焼成して焼結体を形成
した。しかる後に焼結体の表面研摩を行い、メタライズ
用の非酸化物系セラミック試験片1とした。
第1図における2は本発明のメタライズ層4を構成する
第1被覆層で以下の工程により製作した。
Pt,Pd,Rh,Ir,Ru,Osよりなる遷移金属群(以下元素群I
と称する)からはPtを、Cr,Ni,Fe,Coよりなる遷移金属
群(以下元素群IIと称する)からはNi−Crを、B,C,Si,P
からなる元素群(以下元素群IIIと称する)からはPを
選んで、第1表に示した配合割合で秤量し、3wt%のエ
チルセルロースを溶解したテレピン油に混合してペース
ト状にした。次にこのペーストを試験片の一方の面にス
クリーン印刷し、乾燥後10-4〜10-3Torrの減圧下で1200
℃10分間保持して熱処理を行ない第1被覆層2を形成し
た。
第1図における3は、本発明のメタライズ層4を構成す
る第2被覆層でこの第2被覆層を第1被覆層上に形成さ
せるには、試験片1の第1被覆層2形成箇所以外の部分
をテープでマスクした後通常用いられる公知の化学メッ
キ法にてAgよりなる第2被覆層3を形成した。
なお上記第1被覆層2,第2被覆層3の膜厚はともに10μ
である。
次に以上のようにして形成したメタライズ層4の付着強
度及び比抵抗の測定結果を第1表に示す。付着強度は第
2図に示すように直径3mmのコバール(Fe−Co−Ni合
金)棒5を銀ロー6を用いて前記メタライズ層4上に接
合し図中矢印方向に引張り力を加え、破断した時の力を
測定した。
またメタライズ層4の比抵抗測定には第3図に示すよう
にメタライズ層4上に50mmの間隔で設けた接点7,8間の
抵抗値を測定した。ここで基板であるセラミック試験片
1の比抵抗は約2×10-3Ωcmで、メタライズ層4の比抵
抗に較べれば十分に大きいため、この場合には抵抗値
は、試験片1に形成したメタライズ層4の値とみなすこ
とができる。
また第1表には本実施例と比較するため、本発明の第2
被覆層3を欠くものを比較例として示した(サンプルN
o.2,4,8,10,13)。
上記実験により得られた第1表の結果に基づいて本発明
による二層構造メタライズ層4における各構成要素間の
作用効果を説明する。
本発明の第1被覆層2の役割は、主に非酸化物系セラミ
ックとの強固な接合を確保することにある。その接合原
理は、以下のようなものと考えれれる。例えば窒化ケイ
素のような非酸化物系セラミックは一般に強固な共有結
合を持っており、他の物質と結合するためにはこの共有
結合を切断しなければ接合剤の充分な融合がおこらず、
接合強度が上らないということが本発明者らの研究によ
って明らかになっている。本発明においては、金属群I
から選ばれたPtがまず非酸化物系セラミックの共有結合
に対して触媒的に働き、この共有係合を切断する役割り
を果す。次に元素群IIから選ばれた金属元素であるNr−
Ciは共有結合が切れ分解したセラミック中に拡散し拡散
層を形づくる。さらに元素群IIIより選ばれた元素Pは
金属組成物の融点降下及び金属元素が溶融した時の流動
性を増すように、粘度を低下させる働きをする。以上の
3者の効果が奏合して第1表のサンプルNo.2,4,8,10,13
に実証されるような非酸化物セラミックと金属の強固な
接合に基づく付着力の大きいメタライズ層4を形づくる
ことができる。
このようにして形成した第1被覆層2の比抵抗値は、サ
ンプルNo.2,4,8,10,13からもわかるように最も低いもの
で1.3×10-5Ωcm、高いもので9.5×10-5Ωcmと10-5のオ
ーダーの値を持っている。この比抵抗値は試験片1の比
抵抗2×10-3Ωcmと比較すればかなり低い値ではあるが
後述の応用例で詳しく示すように圧接型のヒータ電極と
して使用するためにはまだ十分に低い値ではない。
一方、Au,Ag,Cu,Al等は金属元素中でも最も低い比抵抗
値を持ち、それぞれ2.2×10-6,1.62×10-6,1.72×10-6,
2.65×10-6Ωcmである。しかしながら、サンプルNo.16
の実験でも明らかなようにこれのみでは非酸化物系セラ
ミック上にほとんど付着させることができず:Agを用い
てメッキあるいはペースト焼付け等の他の方法で行って
も簡単にはがれてしまう。またそればかりではなく、た
とえ付着しているように見えてもその比抵抗値は1.5×1
0-4Ωcmで、Ag自体の比抵抗を2ケタ上ってしまう。こ
れはAgとセラミックの濡れ性が悪いためで、このため形
成したAgのメタライズ層が多孔質となることに起因して
いる。
これに対して第1表のサンプルNo.3,5,9,11,14に示すよ
うに第1被覆層2の上にAgの第2被覆層3を設けること
で、メタライズ層4の付着強度をあまり下げることな
く、メタライズ層の比抵抗値を10-6Ωcmオーダーまで1
ケタ近く大幅に下げることができることが明らかとなっ
た。特にサンプルNo.9においては、Ag自体の比抵抗の約
2倍程度にまで低下させることができた。
このように10-6Ωcmオーダーという低い比抵抗値を得る
ためには、第1被覆層2の組成範囲が重要で、元素群I
のPtは5〜60mol%、元素群IIのNi,Crは38〜93mol%、
元素群IIIのPは2〜24mol%の範囲で10-6Ωcm台の低い
比抵抗値を得ることができる(サンプルNo.3,5,9,11,1
4)。これは、特に上記組成範囲で形成される第1被覆
層2の非酸化物系セラミックに対する濡れ性及び付着性
が良好なため第1被覆層2自体が緻密なものとなり、そ
の結果その上に形成される第2被覆層3もそれにともな
って同様に緻密なものとなった結果であると考えられ
る。第1被覆層2が上記組成の範囲外にある場合はサン
プルNo.1,6,7,12,15のように緻密なAgの層が形成され
ず、比抵抗は下がらない。
上記実施例に使用したTiN−Si3N4系複合セラミックは適
度の導電性を有し、セラミックヒータとして使用でき、
また上記実施例のメタライズ層4はこのヒータの電極と
して用いられて有効である。第4図は自動車排ガス浄化
用フィルタの再生用ヒータとして用いたセラミックヒー
タを示すもので、TiN−Si3N4セラミックヒータ10の両端
の電極部11,12に上記実施例におけるサンプル9の組成
を用い、第1被覆層2,第2被覆層3を形成させ、表面に
銀メッキしたコバール電極13を第4図のA−A断面であ
る第5図に示す構造で圧接したものである。すなわち、
セラミックヒータ10の貫通穴10aにボルト状電極13aを挿
通し、反対側からスペーサ14を介してナット15を溶接し
両側から押え付けるように電極13が保持されている。
本発明によるメタライズ層4の比抵抗低減効果をさらに
確認するため前記ヒータと、第2被覆層3を持たないも
のとで、図中Raの接触抵抗を測定したところ第2表のよ
うにAg第2被覆層2を設けることで、初期の接触抵抗を
1/3まで下げることができた。この接触抵抗の下がる理
由は次のように考えられる。すなわち金属どうしの接触
面における導電性は、接触している互いの金属の比抵抗
と、それぞれの接触表面が凹凸であるためその接触面積
とに関係しており、表面をAgの層にすることにより接触
部の比抵抗が下ると共にさらに表面のAgは軟らかいた
め、電極を圧接した場合に接触面積が増大するためと考
えられる。
さらにこのメタライズ層4の耐熱性をみるため、800℃
の炉内で耐久試験を行った。結果は第2表のように第2
被覆層3のないものでは表面が黒く酸化していき抵抗が
大きく上昇してしまうのに対し、第2被覆層3を有する
ものではほとんど抵抗上昇は起きなかった。これは第2
被覆層3なしでは、接触面である第1被覆層2表面が酸
化され易く次第に内部まで酸化が進んでいくのに対し、
第2被覆層3を有するものではAgが酸化されにくく保護
層の役割りを果し第1被覆層2の酸化を防ぐとともに、
またAgの層は酸化が進行し酸化銀となってもかなりの導
電性を保っているためであると考えられる。
以上のように本発明のメタライズ層4は極めて高い耐熱
性を有し、従って本発明は例えばディーゼル機関から排
出される排ガス中の炭素微粒子を取り除くディーゼルパ
ティキュレートフィルタの再生用ヒータの電極部に用い
られてきわめて有効である。すなわち、この種のヒータ
には窒化ケイ素と窒化チタンとを含有する非酸化物系セ
ラミックが用いられ、また排気ガスにされされ非常に高
温になる部位に用いられるためである。
次に本発明による非酸化物系セラミックはTiN−Si3N4
合セラミックに限らず、SiC,AlN等の共有結合を有する
他の非酸化物系セラミックに対しても適用できる。また
第2被覆層3はAgの他にCu,Au,Alであっても同様に比抵
抗低減効果が得られる。第3表にこれらの実験結果を示
す。なお第3表の実験においてAl層の付着強度試験には
Alロー材を使用した。以上のように導電性の非酸化物系
セラミックスばかりでなく絶縁性のAlN等への低比抵抗
メタライズ層の形成が可能で、これらは非酸化物系セラ
ミックを電気回路用基板として利用した場合の導電回路
形成に適している。
また、本発明の第1被覆層2の第1表のものに限らず、
元素群IとしてはPtの他にPd,Rh,Ir,Ru,Osが使用可能で
あり、元素群IIとしてはNi−Cr合金の他に、Ni,Cr,Fe,C
oが使用可能であり、元素群IIIとしてはPの他にSi,B,C
が使用可能である。これらの実験結果を第4表に示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のメタライズ層の構造を示す断面模式
図、第2図,第3図は、それぞれこのメタライズ層の付
着強度,比抵抗の測定方法を示す模式図、第4図は本発
明のメタライズ層を適用したセラミックヒータの形状を
説明する正面図、第5図は第4図におけるA−A断面図
である。 1……非酸化物系セラミック,2……第1被覆層,3……第
2被覆層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 準 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 影山 照高 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少くともPt,Pd,Rh,Ir,Ru,Osから選ばれた
    1以上の金属と、Cr,Ni,Fe,Coから選ばれた1以上の金
    属と、C,B,Si,Pから選ばれた1以上の元素とを含んでな
    り、非酸化物系セラミック上に被覆された第1被覆層
    と、 前記第1被覆層上に被覆され、Au,Ag,Cu,Alから選ばれ
    た1以上の金属を含んでなる第2被覆層とを備えたこと
    を特徴とする非酸化物系セラミックのメタライズ層。
  2. 【請求項2】前記Pt,Pd,Rh,Ir,Ru,Osより選ばれた1以
    上の金属の含有量が5〜60mol%、前記Cr,Ni,Fe,Coより
    選ばれた1以上の金属の含有量が38〜93mol%、前記B,
    C,Si,Pより選ばれた1以上の元素の含有量が2〜24mol
    %の範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の非酸化物系セラミックのメタライズ層。
JP8736786A 1986-04-16 1986-04-16 非酸化物系セラミツクのメタライズ層 Expired - Lifetime JPH0674191B2 (ja)

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