JPS5992979A - セラミツクのメタライズ方法 - 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】 本発明は耐久性のある金属メタライズ層を簡単な工程で
セラミック表面に形成する方法に関する。

セラミックスは一般に優れた耐熱性、熱衝撃強度、高温
時の機械的強度、耐摩耗性あるいは高絶縁性を有するた
めに厳しい条件下で使用される部材として好適なもので
ある。しかじ規実にはセラミックス単独で用いられるこ
とは少なく、セラミックスを用いる機械部品などにおい
て他の材料例えば金属などと共に用いられて、その機能
を発揮する。

ところが、セラミックスと金属とを接合しようとする場
合、直接両者を接合することは困難である。それ故、一
旦セラミックスの表面をある種の方法で金属化し、その
後目的の金属部材を接合する方法が行われてきた。この
方法としてはメタライズペーストをセラミックスの表面
にスクリーン印刷した後、非酸化性雰囲気で加熱する高
融点金属法あるいは真空中で金属を強熱して、その時発
生する蒸気を付着させる方法等による物理蒸着法がなさ
れてきた。

これらの方法は工程が複雑であったり、多大な設備やエ
ネルギーを必要とした。その上、いかなるセラミックも
これらの方法でメタライズできるとは限らず又、いかな
る金属をも適用できるとは限らなかった。例えば高融点
金属法はメタライズペーストをスクリーン印刷した後非
酸化雰囲気で１３００〜１７００℃で焼き付けるといっ
た工程によりなされている。その設備は高温雰囲気炉が
必要である。用いられる金属もチタン、ジルコニウム、
モリブデン、タングステン等の高融点金属に限られてい
る。他の金属では焼付時の雰囲気が一般に水素ガスであ
るため水素脆化を生じ、メタライズ層が脆くなり耐久性
、接着強度に欠けるものとなった。他方、物理蒸着法は
１０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空中で金属を蒸発させてメ
タライズするといった行程によりなされている。その設
備は高真空蒸着装置を用い、量産ともなれば、高価な連
続式蒸着装置が必要となる。

上記方法においては窒化物系、炭化物系のヒラミックに
はメタライズ層の密着力は甘かった。又、物理蒸着法は
しラミック側が平面状などの比較的単純な形状でなくて
はならなかった。

本発明は上記の如く、従来技術の問題点に鑑み、特別な
設備を必要とせず、より簡便に、各種金属に適応できる
メタライズ方法を開発せんとしてなされたものである。

本発明者らはこれら問題点の解決のため鋭意検問の結果
、容易に入手可能な金属化合物を用いて、強固なメタラ
イス層をセラミック表面に簡単に形成できる方法を見い
出し、本発明を完成した。

即ら、本発明の要旨とするどころは、セラミックの表面
に金属化合物を含んだ焼付被覆層を設けた後、上記金属
化合物を還元することを特徴とするセラミックのメタラ
イズ方法にある。

ここで金属化合物とは銅、鉄、銀、ニッケル、チタン等
のあらゆる金属の化合物が該当する。この内でも特に還
元のし易さから、金属単体の酸化の標準自由エネルギー
の値が１００　Ｋ　ｃａｌ　／ｍｏｌａｔｏｍ０２以下
を示す金属化合物が好ましい。これにはＣｕ　２０．、
Ａ（１２０，Ｎｉ　ＯＷがｉ当する。

この内でもＣＩＪｚＯは特に還元され易く銅の金属層の
形成も良好であるので好ましい。

適用されるセラミックは窒化珪素、ジルコニア、アルミ
ナあるいは炭化珪素等の公知の全てのセラミックが含ま
れる。

焼付被覆層は金属化合物を単独で用いて形成することも
可能であるが、焼付被覆層の反応性を向上させるため、
金属化合物と他の物質との配合物を用いても良い。他の
物質とは、例えばセラミック原料、ガラス原料、バイン
ダ等である。セラミック原料としては、上述した如く、
窒化珪素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムあるい
は炭化珪素といつＩＣ一般的なセラミック原料の粉体が
用いられる。ガラス原料としては酸化珪素、酸化ホウ素
、酸化アルミニウム、酸化ナトリウムといった一般的な
ガラス原料の粉体が用いられる。バインダとしてはエチ
ルセルロース等が用いられる。

原料として塗布されるセラミックと同系の原料を用いる
ことは、セラミックとの接着力の向上の点から好ましい
。これらのものは主に水又はブチルカルビノール等の有
機溶剤を溶媒、分散媒として、混練され配合される。配
合物中の金属化合物の割合は金属化合物を酸化物に換算
して１０重Ｍ％〜１００重量％にすることが好ましい。

金属化合物の割合が１０重量％未満であるとメタライズ
層を形成するための金属成分が少なくなり、導電性が低
下する。

上記の配合物は一般的な方法を用いて、セラミック表面
の必要な箇所に塗布される。セラミックへの塗布方法は
例えばスクリーン印刷、ドクターブレード塗布、ハケ塗
布等一般的で簡便な方法で可能である。その塗布厚は十
分な導電性のメタライズ層が最終的に形成されるような
厚さに塗布されれば良い。

塗布層は焼き付けられて被覆層を形成する。この焼付方
法は、本発明においては特に雰囲気を選ばず、大気中に
て８００〜１５００℃で焼き（＝Ｉけることができる。

これは、酸化物以外の金属化合物が大気中で加熱され酸
化されても、後で還元処理するので問題ない。

被覆層は還元されてメタライズ層を形成する。

この還元方法は一般的還元剤との反応によりなされる。

還元剤としてはＨ２、Ｈ１１ト１２ｓ１ｃｏ、Ｈ２Ｓ０
ａ、Ｈ２Ｓ０ａ（７）塩、フルｊＪ’）ｉｌｔｍ、ＭＯ
、Ｃａ　、　Ｚｎ　、２価の鉄塩、Ｓｎあるいは炭化水
素、ギ酸、シュウ酸などの有機化合物が挙げられる。こ
の内、灯油等の常温で液体の炭化水素を用いれば、被覆
層を形成したセラミックを加熱して浸漬するたけで、還
元反応させることができるので、■程が簡素化されるの
で好ましい。この場合の加熱温度は２００〜６００℃が
好ましく、２ｏｏ’ｃ未満では還元反応が遅く、何度も
加熱浸漬しなおす場合があり、６００℃を越えると浸漬
時、セラミックが熱歪みで破壊される恐れが生じ、又、
炭化水素の蒸発による資源の無駄が多くなる。還元の程
度は使用目的によって異なるが０．５μ以上の金属層が
表面に形成されれば導電層として十分である。一方、金
属とセラミックとのロウ付等の接合のための金属層であ
れば、２μ以上の金属層が表面に形成されていれば、十
分な固着強度を発生させることができる。

以上詳述した如く、本発明のセラミックのメタライズ方
法は、セラミックの表面に金属化合物を含／υだ焼付被
覆層を設けた後、上記金属化合物を還元することにより
、あらゆる金属のメタライズ層をセラミック表面上に形
成することが可能となった。しかも極めて簡便になすこ
とかできる。又、金属層は焼付被覆層の一部が還元され
たもので、元来、一体であるので金属層の接着力は極め
て高い。その金属層が固着している被覆層も、金属化合
物以外の配合物を適当に選択することによりセラミック
に対して最高の接着力を発揮させることができる。この
ように金属層と被覆層が別々の機能を分担しているので
性能上まことに自由度が高い。又、何らかの原因で表面
のメタライズ層に傷がついて、金属層が剥れても、再度
還元剤で剥れた部分の被覆層を処理すれば再度その部分
に同一の金属層を形成させることができる。それ故、再
使用が可能となり、省資源がはかれる。上記金属層は還
元剤との反応により形成されているので、表面が粗い。

それ故、ロウ付等により、他の部材゛と接着する際、こ
の粗面において投Ｗ１効果を生じ、接着強度の向上に寄
与する。

本発明により製造されたメタライズ層を有するセラミッ
クは上述のごとくの性能を有するので変圧器用の絶縁性
放熱フィンの部品として変圧器本体と金属フィンとの中
間にあって両者を接合するのに用いたり、自動車用とし
て耐熱性、耐摩耗性部品に用いたり、その他各種機械の
軽量化、耐熱化、耐摩耗化にその部品として用い、又、
金属膜自体導電層として用いて効果的である。

次に本発明の実施例に基づいＣ更に具体的に説明する。

実施例−１ 金属化合物の粉末と次の組成の高融点ガラス粉末１００
重量部とを混合した。

酸化珪素（Ｓｉ０２）　　８１．４重量％酸化ホウ素（
Ｂ２０：ｌ）　　１１．８重量％酸化アルミニウム（Ａ
立ｚｏａ）　　２．８重量％酸化ナトリウム（Ｎａ　２
０）　　０．４型開％この混合物を蒸溜水と混練し、懸
濁物を得た。

この懸濁物を平板正方形状の９６％アルミナ磁器（１０
１１１ｍｘ　１０ｍｍｘ　５＋＋ｕｎ）に自動印刷機を
用いて塗布した。次に大気中で１１００〜１２００℃に
て焼成し、金属化合物を含む被覆層を形成した。

この状態での層の厚さ及びアルミナ磁器表面の１辺から
その対向辺間の電気抵抗値を測定した。

次に被覆層が形成されたアルミナ磁器を温度を変えて加
熱し、灯油に浸漬する。

このようにして製造されたメタライズ層の電気抵抗値を
上記と同様に測定した。、その結果を第１表に示す。比
較例として高融点金属法、物理蒸着法（ＰＶＤ法）ある
いは単に金属粉末を上記ガラス粉末と共に焼き付ける方
法によりメタライズ層をアルミナ表面に形成した場合を
示す。

接着力試験 実施例−１と同様にして製造したセラミック上のメタラ
イズ層に銀ロウ付にて１ｏ＋ｎｍｘ　１　ｏｍｍｘ５ｍ
ｍのニッケル板を接着し、剪断試験を行った。

その結果も第１表に示す。

以上の結果から従来のメタライズ法ではメタライズに手
間のかかる金属のメタライズ層も簡単な工程で容易に形
成できた。しかも十分な電導性を有していた。これらメ
タライズ層の形成は全て簡単な工程でなすことができた
。更に直接ハンダ付、銀ロウ付が可能で、十分な付着強
度を有していた。

代理人　弁理士　定立　勉 他１名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　セラミックの表面に金属化合物を含んだ焼イ」被覆
   層を設【プた後、上記金属化合物を還元することを特徴
   とするセラミックのメタライズ方法。 ２　金属化合物が銅化合物である特許請求の範囲第１項
   記載のセラミックのメタライズ方法。 ３　金属化合物の還元が、加熱したセラミックを炭化水
   素中に浸漬することによりなされる特許請求の範囲第１
   項あるいは第２項記載のセラミックのメタライズ方法。