JPS6121985A - シリコン窒化物系セラミツク融着性合金 - 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〉 本発明はシリコン窒化物系セラミック融着性合金、更に
詳しく言えば、窒化ケイ素、サイアロン等のセラミック
のメタライジング、これらのセラミック同志の接合、金
属とのロー接あるいは、これらのセラミックを使ったサ
ーメットの結合相用金属としても使用できる合金に係わ
るものである〈従来の技術〉 セラミック材料が今後汎用化されて行くためには、金属
材料や他のセラミックとうまく複合させて行くことが必
要になってくる。特にセラミックの脆性を補ういみにお
いても金属との接合は重要なテーマである。この様なこ
とからセラミックと異種材との複合にかんする研究は非
常に盛んであり、酸化物系材料については既にいくつか
の優れた方法が発表されており、実用化もなされている
。しかしながら、窒化物系セラミックと金属を直接接合
づることは非常に勤しく、一部実用化されているにづぎ
ない。

これは、Ｔｉ、Ｔｉ−Ｎｉ、Ｔｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−ＡＱ合
金をロー４Ｊとして使用する方法であるが、これらは濡
れ角（接触角）が大きく、接合強度も小さい欠点がある
。

また本発明者はＳｉが濡れ性を持つことを見出だしたが
、これも、接触角は１５〜２０度であり完全な濡れ性は
得られない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、以上の様な問題点に鑑みて為されたものであ
り、窒化ケイ素、サイアロン等のシリコン窒化物と実質
的に完全な濡れ性（接触角零度）、融着性を有づる新規
な融着合金を提供せんとするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者はこの問題にかんして鋭意研究を行なった結果
、次のような合金組成にすると完全な濡れ性と融着が得
られることをみいだした。

即ち、上記セラミック融着合金として、チタン族元素（
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、バナジン族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ
＞の中から選ばれた１種あるいは２種以上の元素とシリ
コン（Ｓｉ）を基本的な成分元素とする合金を使用する
ことによって、濡れ性の問題は完全に解決される。

〈作用〉 上記合金は、次の様な作用を有する。

（１）Ｓｉ単独、あるいはＴｉ、Ｔｉ−Ｎｉ。

１’−ｉ　−ＣＵ等単独では濡れ性は完全なものではな
いが３ｉにＴ１が添加されて初めて完全な濡れが得られ
るようになる。つまり合金の複合添加効果が存在する。

（２）この傾向は３ｉとチタン族、バナジン族元素全般
の組合わせに共通しで言える。

（３）　Ｆｅ、Ｎ　ｉ、ｃｏ、ｃｒ、ｃｕ等の元素はＳ
ｌに添加されて濡れ性改善に全く効果が無いか、あるい
は阻害作用が有るが、この合金にチタン族、バナジン族
元素が添加されるとこれらの元素の阻害作用は打ち消さ
れて、再び濡れ性が元の状態（接触角零度）まで回復で
きる。

〈実施例〉 実施例１（各種シリコン合金の濡れ性テスト）シリコン
窒化物として　サイアロンを使用して、このセラミック
の上に各種組成のシリコン合金を載せ、減圧下で加熱溶
融し、冷却後それぞれの接触角（濡れ角）を測定した。

結果を第１表に示１°。

第１表 本発明の合金は、第１表の結果からも判る様に、比較的
低い温度でも、サイアロンにたいして完全な融着性を有
し、しかもＦｅ、　Ｎ　ｉ　、　ｃ′ｕ等の濡れ性阻害
元素の悪影響を打消して、接触角を実質的に零まで回復
させることが出来た。

また、Ｓｌとチタン族、バナジン族元素との間の成分比
率も、とりらを主にしても濡れ性に差異はなく、例えば
、５ｉ−Ｔｉでも−［ｉ　−８ｉでも接触角零度で完全
に融着した。

実施例２（各神シリ刀ン合金の濡れ性テスト）基材とし
て実施例１と同しサイアロンを使用し、これに予めＳ　
１−２０丁１合金（第１層）を融着被覆した後、このう
えにＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＣＵ等の阻害元素（第２層）を
載せて減圧下で加熱溶融し、実施例１と同じ方法で接触
角を測定した結果を第２表に承り。

第２表 第２表の結果も、Ｆｅ、Ｎ　：、ｃｏ、ｃｒ等の阻害元
素の悪影響も、チタン族、ハチ。シン族元素の存在によ
って打消され、濡れ性が完全に回復することを示してい
る。

実施例３（メタライジングへの応用〉 ２０ｍｍｘ２０ｍｍｘ５ｍｍのサイアロンの板の上にＳ
ｉ　−２０１ｉ、ｓｉ　−５０Ｔ−ｉ　、　３　ｉ　−
９０Ｔ１になる様に、シリコンの小粒、塊状チタンを配
合したものを載せ（板の中央部に集めて置き）、１０　
　Ｔｏｒｒの減圧下で、１３５０，１４００．１４５０
’Ｃに３０秒加熱して、融着させた。

Ｍ着層は、接触角零度で全面に平滑均等に広がり、一部
側面まで濡れが及んでいた。

この結果より、本発明合金は、予め合金化したものでは
なく、各元素を別々に配合して、混合した丈のものでも
、溶融過程で均等に合金化が行われ、完全な濡れ面が得
られることが確認出来た。

実施例４（窒化ケイ素とサイアロンの接合）１０Ｘ　１
　Ｏｘ５ｍｍ１７１）−窒化ケイ素とサイアロンの焼結
体の間にＳ　ｉ　−２０Ｔ　ｉ組成のスラリー状の混合
粉末を約ｉｍｍの厚さに塗付し、５×１０ＴＯｒｒの減
圧下Ｆ１５００’Ｃ１５分加熱シ接合を行なった。

接合試片をインストロンを用いてせん断試験を。

行なったところ、約９ｋｇ／ｍｒｎ’　　のゼん断強度
が得られた。

実施例５（サーメットの結合相） 反応焼結法によって作った多孔質Ｓ　ｉ、Ｎ４のチップ
（１５Ｘ１５ｘ３ｍｍ＞の上にＳ　ｉ　−５０％ｌｉ合
金の小粒を載せ、５Ｘ１０　　Ｔｏｒｒの減圧下で、１
４５０°Ｃに５分間加熱し、反応焼結５ｉＪＮやの空孔
部に完全に含浸することができた尚ここで、本発明のシ
リコン窒化物系セラミックとは、 （イ）　窒化ケイ素 （ロ）　サイアロン （ハ）　　（イ）、（ロ）に他のセラミック（Ｍ化物、
炭化物、窒化物、およびホウ化物）が混合されたものを
意味するものである。

〈発明の効果〉 本発明合金は、次のような効果を有する。

（１）シリコン窒化物セラミックに完全に濡れて融着す
ることができる。

〈２）微小間隙、空孔にも浸透出来る。

（３）濡れ性を阻害層ることなく多元系合金に調整でき
る。

（４）界面での融着強度が高い。

（５）線膨張係数が比較的近いので、界面での熱応力が
小さい。

（６）融着に関するあらゆる用途に利用できる（メタラ
イジング、ロー接、含浸、結合相として）。

（７）共晶成分が存在する為に、融点が低く、比較的低
い温度でもａ＠できる。、。

（８）原料が安価である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタン族元素、バナジン族元素の中から選ばれた
   １種あるいは２種以上の元素とシリコン（Ｓｉ）を基本
   的な成分としてなることを特徴とするシリコン窒化物系
   セラミック融着性合金。
2. （２）上記合金がＳｉ−Ｔｉ系合金であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のシリコン窒化物系セ
   ラミック融着性合金。