JPS6278171A - セラミツク体と金属部材の接合方法及びその接合構造 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はセラミック体、特に炭化物系及び窒化物系セラ
ミック体と金属部材の接合方法及びその接合構造に関す
るものである。

（従来の技術） 従来、セラミック体と金属部材の接合は生もしくは焼結
セラミック体表面にタングステン（Ｗ）、モリブデン−
マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）等の高融点金属粉末に有機バイ
ンダー及び溶剤を添加し、ペースト状となしたものをス
クリーン印刷により塗布し、これを還元雰囲気中で焼成
して高融点金属とセラミック体とを焼結一体化させメタ
ライズ金属層を被着させるとともに該メタライズ金属層
上に金属部材をロウ材を介しロウ付けすることによって
行われている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし乍ら、この従来のセラミック体と金属部材の接合
は、セラミック体表面に予めメタライズ金属層を被着さ
せておかなければならず、メタライズ金属層を被着する
ための複雑な工程が必要で最終製品を高コストとする欠
点を有していた。

また、前記タングステン（Ｗ）、モリブデン−マンガン
（Ｍｏ−Ｍｎ）を使用したメタライズ金属層はアルミナ
（Ｉｊｌｚ（ｈ）に代表される酸化物系セラミ、。

り体にしか被着せず、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化珪素（
ＳｉＪ４）に代表される炭化物系、窒化物系セラミック
体には被着しないことからセラミック体と金属部材の接
合において、セラミック体側の材質に大きな制約を受け
るという欠点も有していた。

（発明の目的） 本発明者等は上記欠点に鑑み種々の実験の結果、ジルコ
ニウムもしくはその水素化物に鋼材を接触させ、真空中
で加熱するとジルコニウム中に鋼材の一部が拡散して共
晶物を作り、ジルコニウムと鋼材とが接合一体化すると
ともに該共晶物は酸化物系、炭化物系及び窒化物系のす
べてのセラミックに対し活性を有し、セラミック体にも
強固に接合することを知見した。

本発明は上記知見に基づき酸化物系、炭化物系及び窒化
物系のすべてのセラミック体に金属部材としての銅材を
メタライズ金属層の被着形成を不要として直接接合する
ことができるセラミック体と金属部材の接合方法及びそ
の接合構造を提供することをその目的とするものである
。

（問題点を解決するための手段） 本発明はセラミック体に厚み１０．０乃至１５０．０μ
…のジルコニウムもしくはその水素化物を介して銅材を
積層し、次いでこれを真空中で焼成し、銅とジルコニウ
ムの共晶物を形成することによって銅材をセラミック体
に接合することを特徴とするものである。

本発明のセラミック体に金属部材を接合する際において
、セラミック体と銅材との間に介在されるジルコニウム
もしくはその水素化物の厚みは１０μ−未満であると銅
とジルコニウムの共晶物の絶対量が不足して鋼材とセラ
ミック体との接合強度が低下してしまい、また１５０．
０μｍ以上であると鋼材のジルコニウム中への拡散が悪
く、セラミック体との接触面に銅とジルコニウムの共晶
物が形成されなくなって鋼材とセラミック体との接合強
度が低下することからジルコニウムもしくはその水素化
物の厚みは１０．０乃至１５０．０μｌの範囲に特定さ
れる。

尚、本発明において、セラミック体と鋼材との間ニ介在
されるジルコニウムもしくはその水素化物は粒径１．０
乃至５．０μ−の粉末状、あるいは厚みｉｏ、ｏ乃至１
５０．０μ−の箔状をなしており、粉末状のものを使用
する場合には該粉末に有機バインダー及び溶剤を添加す
るとともに混練機で混練し、ペースト状となしてセラミ
ック体と鋼材との間に介在される。

また、ジルコニウムは酸素、窒素との親和力が大の材料
であり１、酸化もしくは窒化されたジルコニウムは銅と
共晶物を作らずセラミック体に対する活性もなくなるこ
とからセラミック体に鋼材をジルコニウムもしくはその
水素化物を介し接合させる際にはジルコニウムが酸化あ
るいは窒化しないよう真空中で焼成される。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づき説明する。

まずジルコニウム（Ｚｒ）もしくはその水素化物（Ｚｒ
Ｈｚ）の粉末及び箔を準備し、これをアルミナ（Ａｌｇ
Ｏａ）、炭化窒素（ＳｉＣ）　、窒化珪素（ＳｉＪ４）
から成るセラミック体表面に直径５．０ｍｍの円形状で
下表に示す所定厚みに載置する。次にジルコニウムもし
くはその水素化物に直径５．０ｍｍ　、長さ２０ｍｍの
鋼材の円柱体を載置するとともに真空炉中、約９００℃
の温度で焼成し、セラミック体表面に銅材の円柱体を接
合する。そして次に銅材を垂直方向に引っ張り、単位面
積当たりの接合強度を調べた。

尚、前記ジルコニウムもしくはその水素化物は粉末状の
ものを使用する場合は、その粒径を１．０乃至５．０μ
ｍに調整し、これに有機バインダー及び溶剤を添加する
とともに混練機で１０時間混練し、ペースト状となして
セラミック体表面に載置した。

また、試料番号１６〜１８は本発明品と比較するための
比較試料であり、セラミック体表面に従来一般に使用さ
れているモリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）から成る
メタライズ金属層（厚み１０．０乃至１５．０μｍ）を
形成するとともにニッケルめっきを行い、その後銀ロウ
材（Ａｇ　−Ｃｕ）を介し鋼材の円柱体をロウ付けした
ものである。

上記の結果を下表に示す。

（発明の効果） 上記実験結果からも判るように従来のセラミック体と金
属部材の接合においてはアルミナ（Ａｈ（ｈ）にはモリ
ブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）メタライズ金属層を被
着させておくことによって鋼材を接合することができる
ものの炭化珪素（ＳｉＣ）　、窒化珪素（ＳｉｚＮｎ）
にはメタライズ金属層をも被着することができない。よ
って従来のものは金属部材（鋼材）をセラミック体に接
合する場合、そのセラミック体の材質に大きな制約を受
けるとともに金属部材が接合される部位に工程が複雑な
メタライズ金属層を被着させておかなければならない。

これに対し本発明のセラミック体と金属部材の接合にお
いてはアルミナ（＾１ｘ（ｈ）　、炭化珪素（ＳｉＣ）
、窒化珪素（ＳｉａＮ＋）のいずれのセラミック体にも
メタライズ金属層を被着することなく直接鋼を５Ｋｇ／
ｍｍ”以上の強度で接合することができる。特にセラミ
ック体と銅材との間に介在されるジルコニウムもしくは
その水素化物の厚みを４０．０乃至１００゜０μｍとす
るセラミック体と金属部材（鋼材）と接合強度を７．０
にｇｒＩａｔｓ”以上となすことができ好適である。

したかて、本発明はセラミック体の材質に制約を受ける
ことなく、簡単な工程で金属部材を強固に接合でき、極
めて有用である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック体に厚み１０．０乃至１５０．０μｍ
   のジルコニウムもしくはその水素化物を介して銅材を積
   層し、次いでこれを真空中で焼成し、銅とジルコニウム
   の共晶物を形成することによって銅材をセラミック体に
   接合することを特徴とするセラミック体と金属部材の接
   合方法。
2. （２）前記セラミック体と銅材との間に介在されるジル
   コニウムもしくはその水素化物の厚みが４０．０乃至１
   ００．０μｍであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のセラミック体と金属部材の接合方法。
3. （３）セラミック体と鋼材とを銅とジルコニウムの共晶
   物を介し接合したことを特徴とするセラミック体と金属
   部材の接合構造。