JPS59174582A - 金属とセラミツクスとの接合方法 - Google Patents
金属とセラミツクスとの接合方法Info
- Publication number
- JPS59174582A JPS59174582A JP4595483A JP4595483A JPS59174582A JP S59174582 A JPS59174582 A JP S59174582A JP 4595483 A JP4595483 A JP 4595483A JP 4595483 A JP4595483 A JP 4595483A JP S59174582 A JPS59174582 A JP S59174582A
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- JP
- Japan
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- metal
- joining
- ceramics
- bonding
- temperature
- Prior art date
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は金属とセラミックスとの接合方法の改良に係
る。
る。
近時、電子部品或いは真空機器にセラミックスが広く用
いられるようになって来ており、そのためセラミックス
と金属との接合技術について種々の研究が行われている
。
いられるようになって来ており、そのためセラミックス
と金属との接合技術について種々の研究が行われている
。
その代表的な方法として例えばセラミックスの表面をＭ
ｏ −Ｍ ｎ法で処理し、これに金属をろう付けする
方法がある。これを第１図について説明すると大きさ３
μｍ以下のＭｏ粉に同じく３μｍ以下のＭｎ粉を１５〜
２０％混合し、有機バインダを加えて練り合わせ、セラ
ミックス１の表面に塗布し、これを水蒸気を含む水素気
流中で１３００〜１５００℃で焼くとガラス質の中間層
２が形成される。次ぎにこの表面にＮｉめっき３を施し
、濡れ性を良くしてから適当なろ゛う材４を挟んで相手
金属５と水素気流中でろう付けする。
ｏ −Ｍ ｎ法で処理し、これに金属をろう付けする
方法がある。これを第１図について説明すると大きさ３
μｍ以下のＭｏ粉に同じく３μｍ以下のＭｎ粉を１５〜
２０％混合し、有機バインダを加えて練り合わせ、セラ
ミックス１の表面に塗布し、これを水蒸気を含む水素気
流中で１３００〜１５００℃で焼くとガラス質の中間層
２が形成される。次ぎにこの表面にＮｉめっき３を施し
、濡れ性を良くしてから適当なろ゛う材４を挟んで相手
金属５と水素気流中でろう付けする。
このようにセラミックスは一般にろうの濡れ性が悪いの
で直接金属をろう付けすることができず、中間層を設け
てろう付けするため手間がかかる上に、熟練を要する。
で直接金属をろう付けすることができず、中間層を設け
てろう付けするため手間がかかる上に、熟練を要する。
また低融点のろうでろう付けした場合は使用中に温度が
上昇すると接合用のろうがとりて接合部が離れるとか、
ろうが揮発して真空度を悪くする等の問題がある。
上昇すると接合用のろうがとりて接合部が離れるとか、
ろうが揮発して真空度を悪くする等の問題がある。
本発明は上記の如き問題点を解決するセラミ・ノクスに
直接金属を接合させる方法を提供することを目的とし、
金属とセラミックスとを接合する方法において、金属と
セラミックスとを重ね、その間に該金属の酸化層をおい
て真空または不活性ガス雰囲気中で該金属の融点以下の
温度に加圧保持することを特徴とする金属とセラミック
スとの接合方法に係る。
直接金属を接合させる方法を提供することを目的とし、
金属とセラミックスとを接合する方法において、金属と
セラミックスとを重ね、その間に該金属の酸化層をおい
て真空または不活性ガス雰囲気中で該金属の融点以下の
温度に加圧保持することを特徴とする金属とセラミック
スとの接合方法に係る。
本発明者は金属の圧接について種々研究して来ているが
、その知識をセラミックスと金属の接合に応用すること
を試み、例えば銅とアルミナとを高真空中または高純度
アルゴンガス雰囲気中で加熱しながら加圧してみたが、
如何なる温度でも接合しなかった。しかしながら此の雰
囲気中に空気を混合して、その中で加熱したところ両者
はよく接合し、継手強度も大きいことを見出した。
、その知識をセラミックスと金属の接合に応用すること
を試み、例えば銅とアルミナとを高真空中または高純度
アルゴンガス雰囲気中で加熱しながら加圧してみたが、
如何なる温度でも接合しなかった。しかしながら此の雰
囲気中に空気を混合して、その中で加熱したところ両者
はよく接合し、継手強度も大きいことを見出した。
次に第２図に示す装置を使用して本発明を実施する態様
を銅とアルミナの接合を例として説明する。
を銅とアルミナの接合を例として説明する。
試験材としてアルミナ１１は純度９９．０％のＡＤＳ−
２０の１０丸×１０龍長、銅１２は無酸素銅（純度９９
．９８％）を使用し、加熱炉１３は不活性ガス供給管１
４から一アルゴンガス（純度９９．９７％）吹き込んで
アルゴンガス雰囲気とし、その中で加熱して、第１表に
示す各指定温度に達したときに空気を炉内に導入し、銅
表面を酸化させ、同時に接合面にＯ，Ｉ ｋｇｆ ／
ｍｍ ２の力を加え、１０第１表 分間保持したのち、加圧を止め、炉内を再び高純度アル
ゴンガス雰囲気として炉冷した。
２０の１０丸×１０龍長、銅１２は無酸素銅（純度９９
．９８％）を使用し、加熱炉１３は不活性ガス供給管１
４から一アルゴンガス（純度９９．９７％）吹き込んで
アルゴンガス雰囲気とし、その中で加熱して、第１表に
示す各指定温度に達したときに空気を炉内に導入し、銅
表面を酸化させ、同時に接合面にＯ，Ｉ ｋｇｆ ／
ｍｍ ２の力を加え、１０第１表 分間保持したのち、加圧を止め、炉内を再び高純度アル
ゴンガス雰囲気として炉冷した。
加熱温度が９００℃以上では接合可能となり、接合部の
剪断強さは第１表に示すように加熱温度が高くなるにつ
れて大きくなることが判った。
剪断強さは第１表に示すように加熱温度が高くなるにつ
れて大きくなることが判った。
加熱雰囲気の酸素濃度について述べれば、真空中または
アルゴンガス中の酸素を除去した高純度アルゴンガス雰
囲気中で加熱したのでは如何なる温度でも接合しなかっ
た。加圧の際アルゴンガス中に空気を混合して酸素濃度
を０〜２１％の範囲に変え、１０３０℃、０．１ｋｇｆ
／額２．１０分間酸化しながら加圧した場合、酸素濃度
０の場合を除き継手の剪断強さは３〜８ｋｇｆ ７ｍ”
であった。酸素Ｏでは接合せず、０．２ ｐｐｍ程度に
なると接合は可能になるが、継手強さはばらついていた
。酸素濃度を３％以上とすると完全に接合し、継手強度
にも大きな差が認められないことから見て、接 合に必
要な酸化銅の量は僅かで良いものと判断される。
アルゴンガス中の酸素を除去した高純度アルゴンガス雰
囲気中で加熱したのでは如何なる温度でも接合しなかっ
た。加圧の際アルゴンガス中に空気を混合して酸素濃度
を０〜２１％の範囲に変え、１０３０℃、０．１ｋｇｆ
／額２．１０分間酸化しながら加圧した場合、酸素濃度
０の場合を除き継手の剪断強さは３〜８ｋｇｆ ７ｍ”
であった。酸素Ｏでは接合せず、０．２ ｐｐｍ程度に
なると接合は可能になるが、継手強さはばらついていた
。酸素濃度を３％以上とすると完全に接合し、継手強度
にも大きな差が認められないことから見て、接 合に必
要な酸化銅の量は僅かで良いものと判断される。
Ｘ線マイクロアナライザによる接合面近くの元素の線分
析によれば原子の数ミクロンの移動が認められたが、接
合のメカニズムについては明らかではない。
析によれば原子の数ミクロンの移動が認められたが、接
合のメカニズムについては明らかではない。
銅の表面の酸化物としてはＣｕ２０３ 、ＣｕＯが認め
られた。
られた。
接合部の顕微鏡組織の例は第２図に示すとおりであって
、此の場合銅表面の酸化層の厚さは約３０μｍであった
。
、此の場合銅表面の酸化層の厚さは約３０μｍであった
。
加圧の影響についていえば、アルゴンガス雰囲気中で１
０３０°Ｃに１０分間酸化させて接合させた場合、加圧
力Ｏでは接合せず、加圧すると接合、することが確めら
れた。加圧力を大きくしても銅の変形が大きくなるだけ
で、継手強度には殆ど変化はない。１０００℃では０．
２ ｋｇｆ ／ ｔｍ ”で充分であって、金属とセラ
ミックスとの接着面を密着させるに必要な大きさであれ
ばよい。
０３０°Ｃに１０分間酸化させて接合させた場合、加圧
力Ｏでは接合せず、加圧すると接合、することが確めら
れた。加圧力を大きくしても銅の変形が大きくなるだけ
で、継手強度には殆ど変化はない。１０００℃では０．
２ ｋｇｆ ／ ｔｍ ”で充分であって、金属とセラ
ミックスとの接着面を密着させるに必要な大きさであれ
ばよい。
予備酸化について述べれば、本発明においては加圧に際
して接着させる金属の表面が酸化しており、該酸化金属
層を金属とセラミックスとの間に介在させて加圧するこ
とが要件である。酸化金属層は上記の実験のように所定
温度で加圧の際に形成させてもよいし、加圧前に形成さ
せておいてもよい。或いは金属を別の炉を用いて表面を
予め酸化させたものを用いてもよい。
して接着させる金属の表面が酸化しており、該酸化金属
層を金属とセラミックスとの間に介在させて加圧するこ
とが要件である。酸化金属層は上記の実験のように所定
温度で加圧の際に形成させてもよいし、加圧前に形成さ
せておいてもよい。或いは金属を別の炉を用いて表面を
予め酸化させたものを用いてもよい。
加圧前の酸化金属層の形成手段としては例えば當温から
加熱する場合加熱途中の成る温度までは空気中で加熱し
て金属表面を酸化させ、それから上の温度はアルゴンガ
ス雰囲気中で加熱して酸化物の形成を止めて加圧温度で
加圧してもよい。
加熱する場合加熱途中の成る温度までは空気中で加熱し
て金属表面を酸化させ、それから上の温度はアルゴンガ
ス雰囲気中で加熱して酸化物の形成を止めて加圧温度で
加圧してもよい。
その−例を示せば、當温から４８５°Ｃまで空気中加熱
で銅表面を酸化させ、次いで炉内雰囲気をアルゴンガス
で置換し、１０６０°Ｃ，０，１ｋｇｆ ／ｆ１２、
１０分間保持で接合した場合剪断強さは１４．４ｋｇｆ
／顛２であった。
で銅表面を酸化させ、次いで炉内雰囲気をアルゴンガス
で置換し、１０６０°Ｃ，０，１ｋｇｆ ／ｆ１２、
１０分間保持で接合した場合剪断強さは１４．４ｋｇｆ
／顛２であった。
上記は銅とアルミナとの接合を例にして説明したが、銅
合金（市販のクロム銅合金）とムライト（酸化珪素５２
％、アルミナ４２％）とを６００℃までは空気中で加熱
し、６００°Ｃ以上で炉内雰囲気をアルゴンガスに置換
して加熱を続け、１０６０°Ｃで０．２ ｋｇ ｆ ／
ｖｍ ２の力を２０分間加えたのち冷却し、充分な剪
断強さを有する継手を得ることが出来たように、一般の
金属とセラミックスの接合、例えば銅やアルミナのほか
に、金属としてアルミニウムとその合金や鉄とその合金
等とセラミックスとしてムライト、シリコンカーバイト
、シリコンナイトライド等との組合わせの接合にも本方
法を適用することが出来る。
合金（市販のクロム銅合金）とムライト（酸化珪素５２
％、アルミナ４２％）とを６００℃までは空気中で加熱
し、６００°Ｃ以上で炉内雰囲気をアルゴンガスに置換
して加熱を続け、１０６０°Ｃで０．２ ｋｇ ｆ ／
ｖｍ ２の力を２０分間加えたのち冷却し、充分な剪
断強さを有する継手を得ることが出来たように、一般の
金属とセラミックスの接合、例えば銅やアルミナのほか
に、金属としてアルミニウムとその合金や鉄とその合金
等とセラミックスとしてムライト、シリコンカーバイト
、シリコンナイトライド等との組合わせの接合にも本方
法を適用することが出来る。
或いはアルミナ同士を接合する場合中間に銅を挟み、本
発明の方法で銅の表面に酸化銅の薄層を形成させて、加
圧接合させればアルミナ同士を容易に接合できるように
、セラミックス同士を適当な金属薄層を挟んで接合出来
るなどその適用範囲は広い。
発明の方法で銅の表面に酸化銅の薄層を形成させて、加
圧接合させればアルミナ同士を容易に接合できるように
、セラミックス同士を適当な金属薄層を挟んで接合出来
るなどその適用範囲は広い。
以」二述べたように本発明の方法によれば金属とセラミ
ックスとを接合するのに従来方法と異なって酸化金属の
薄層を介在させて簡単な操作で一度の加熱で直接に接合
させることができる。そして直接接合であるから高価な
ろうを必要とせず、接合部の強度も大きい。また、ろう
を使用しないのでろうが融りて接合部が剥がれるおそれ
がない上に、低融点ろう材の揮発もないので高真空機器
部品に適用して効果が大きい。
ックスとを接合するのに従来方法と異なって酸化金属の
薄層を介在させて簡単な操作で一度の加熱で直接に接合
させることができる。そして直接接合であるから高価な
ろうを必要とせず、接合部の強度も大きい。また、ろう
を使用しないのでろうが融りて接合部が剥がれるおそれ
がない上に、低融点ろう材の揮発もないので高真空機器
部品に適用して効果が大きい。
また、接合方法は一度接合条件が決まれば一定の加熱方
法で接合できるので特別の熟練を要しないなど、その実
用上の効果は極めて大きい。
法で接合できるので特別の熟練を要しないなど、その実
用上の効果は極めて大きい。
第１図は従来の接合方法の一例を示す断面図、第２図は
本発明の方法の実施に適当な装置の一例を図解的に示す
立面図、第３図は本発明の方法による銅とアルミナとの
接合面近傍の顕微鏡組織を示す写真（Ｘ１００）である
。 １１・・・アルミナ、１２・−・銅、１３・・・加熱炉
、１７・・・酸化銅薄層
本発明の方法の実施に適当な装置の一例を図解的に示す
立面図、第３図は本発明の方法による銅とアルミナとの
接合面近傍の顕微鏡組織を示す写真（Ｘ１００）である
。 １１・・・アルミナ、１２・−・銅、１３・・・加熱炉
、１７・・・酸化銅薄層
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ｊ、金属とセラミックスとを接合する方法において、金
属とセラミックスとを重ね、その間に該金属の酸化層を
おいて真空または不活性ガス雰囲気中で該金属の融点以
下の温度に加圧保持することを特徴とする金属とセラミ
ックスとの接合方法２、金属の酸化層が加圧温度に加熱
昇温する過程で金属表面に形成された酸化物の薄層であ
る特許請求の範囲第１項記載の金属とセラミックスとの
接合方法 ３、金属の酸化層が加圧温度において空気または酸素を
含むガス雰囲気中に保持された金属に形成された酸化物
の薄層である特許請求の範囲第１項記載の金属とセラミ
ックスとの接合方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4595483A JPS59174582A (ja) | 1983-03-22 | 1983-03-22 | 金属とセラミツクスとの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4595483A JPS59174582A (ja) | 1983-03-22 | 1983-03-22 | 金属とセラミツクスとの接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59174582A true JPS59174582A (ja) | 1984-10-03 |
Family
ID=12733665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4595483A Pending JPS59174582A (ja) | 1983-03-22 | 1983-03-22 | 金属とセラミツクスとの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59174582A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0497966A (ja) * | 1990-08-09 | 1992-03-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミック摺動部品の製造方法 |
| WO1996009266A1 (fr) * | 1994-09-22 | 1996-03-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Corps d'aluminium et d'azoture de silicium lies et son procede de production |
-
1983
- 1983-03-22 JP JP4595483A patent/JPS59174582A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0497966A (ja) * | 1990-08-09 | 1992-03-30 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミック摺動部品の製造方法 |
| WO1996009266A1 (fr) * | 1994-09-22 | 1996-03-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Corps d'aluminium et d'azoture de silicium lies et son procede de production |
| US5904993A (en) * | 1994-09-22 | 1999-05-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Joint body of aluminum and silicon nitride and method of preparing the same |
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