JPS62289396A - セラミツクスの接合方法 - 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】 ３、発明の詳細な説用 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミックスの低温度接合方法に係り、特に、
セラミックス同士又はセラミックスと金属とを、不活性
雰囲気又は還元雰囲気中において接合する方法に関する
。

〔従来の技術〕

従来より、セラミ−７クス同士又は金属とセラミックス
とを接合する場合には、接合方法としてテレフンケン法
、活性金属法、銅化合物法等が利用されている。

しかしながら、テレフンケン法及び銅化合物法等にあっ
ては、複数の接合工程を必要とするものであり、また、
接合する際には１０００℃以上に加熱する必要があり、
低温度では接合できない、という欠点があった。一方、
上記活性金属法によれば一回のみの工程で接合可イをで
あるが、Ａ文２０３　　、ＺｒＯ２、又はＳｉＣ等のセ
ラミックスと、ＳＳ又はＳＵＳ等の金属とを一回の操作
により接合した場合には、接合温度が高くなる程、セラ
ミックスから成る。接合材と被接合材との熱膨張差によ
り発生した応力を緩和できず、確実に接合できない場合
がある、という欠点があった。

そこで、このような接合時における熱膨張差により発生
した応力を緩衝するために接合材と被接合材との間に緩
衝材をインサートする場合がある。そして、−回の工程
でセラミックスから成る接合材、緩衝材及び被接合材を
接合するためには、セラミックスから成る接合材と緩衝
材との接合温度及び緩衝材と被接合材との接合温度とを
同一にしておく必要があり、緩衝材として市販の銀ロウ
系ロウ材を使用する場合には、高温でろう接することは
好ましくなく、８５０℃以下で接合するのが好ましい、
一方、活性金属法において一般に用いられるロウ材とし
ては＾ｇ−Ｃｕ　−Ｔｉ　、　Ａｇ　−Ｎｉ　−Ｔｉ等
があり、Ｎ１ｃｈｏｌａｓ　（ＵＳＰ　Ｎｏ、　４，４
７１，０２８　）によりＣｕ−５ｎ−Ｔｉのロウ材も開
発されている。

しかしながら、これら３成分系ロウ材の一般的な接合温
度は８５０℃〜１０５０℃であり、接合温度が高く、被
接合材と接合する際の応力を充分に緩衝することができ
ず、セラミックスに亀裂が生じる場合や、接合後にはく
離が生ずる等の欠点があった。また、従来の接合方法に
あっては、＃触性に欠け、信頼性の点で劣るものであっ
た。

そこで本発明の技術的課題は、セラミックスと被接合材
とを低温度において単純な工程において接合することが
できると共に信頼性が高く耐蝕性に富むセラミックスの
接合方法を提供することにある。

〔本発明の技術的手段及び作用〕

かかる目的を達成するため、本発明にあっては、銀（Ａ
ｓ）と、銅（Ｃｕ）と、錫（Ｓｎ）と、チタニウム（Ｔ
ｉ）との４成分から成るロウ材を用いてセラミックスと
被接合材とを接合するように構成されている。

即ち、上記錫（Ｓｎ）はセラミックス接合層の濡れ性の
改善に寄与すると共にロウ材の低融点化に効果があり、
更に、銀ロウ等のロウ材との併用によりタングステンカ
ーバイド、窒化硼素等、超硬材料との接合をも回部にす
るものである。また、銅（Ｃｕ）については銀（Ａｇ）
との共晶により低融点化を助け、展延性の面においても
優れ、また、錫（Ｓｎ）との合金によって耐蝕性も高め
られるものである。さらに、チタニウムは活性金属の一
種でセラミックの界面に濃縮され確実な接合を回走とす
るものである。一方、銀（Ａｇ）は接合界面に近い部位
に濃縮されて接合層における緩衝層を形成し、膨張、収
縮に伴なう応力緩和に寄与するものである。また、銅（
Ｃｕ）と錫（Ａｇ）とを合金とした場合にはチタニウム
（Ｔｉ）中に固溶され、ロウ材の低融点化と濡れ性を高
めるものと考えられる。

上記４成分の各金属の状態については粉状、箔状もしく
はプレート状のいずれであっても良く、また、チタニウ
ムについては水素化物（Ｔｉ　Ｎ２　）であっても良い
。また、ｔｊ４（Ｃｕ）錫（Ｓｎ）については両者の合
金が好ましく重量組成比は銅（Ｃｕ）：錫（Ｓｎ）　＝
　（２０〜８０％）　：　（８０〜２０％）であること
が必要である。そして、このようなＣｕ−Ｓｎ合金にお
いて、重量組成比Ｃｕ　：　Ｓｎ＝　８０　：　２０の
場合の溶融温度は約９２０℃、重量組成比Ｃｕ　：　Ｓ
ｎ＝　２０　：　８０の場合の溶融温度は約５５０℃で
ある。また、その他、Ａｇ−Ｃｕ系、Ａｇ−５ｎ系、Ａ
ｇ　　Ｃｕ−３ｏｌ系の各種合金であっても良い。

また、緩衝材として上記ロウ材を構成する４成分の各金
属の単体か、又は、各金属の単体を含むものを用いる場
合、接合層における拡散によりロウ材の組成が影響を受
ける場合もありうるが、影響を受は組成に加わった部分
も４成分の各金属の状態の一つとして含まれる０例えば
、Ｃｕを接合母材としてのセラミックスと、被接合母材
の金属との間の緩衝材として用いる場合、温度及び時間
等の原因により表面からｌθ〜４０ＡＬの反応層が生成
し、Ｃｕが他の成分（３成分乃至４成分）中に溶出して
ロウ材成分の一部となる場合、溶出した部分についても
、上記粉状、箔状等と同様の金属の状態の一種と考えら
れるものであり、やはり本発明におけるロウ材の組成範
囲に含まれるものである。

尚、上記４成分以外の成分、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ。

Ｃｏ又はＣｒ′３を緩衝材に含めてもよい。また、４成
分の各金属の純度に関連し不可避不純物が加わることも
あり、さらに、接合母材であるセラミックスの成分又は
助剤成分の拡散により４次分が接合層において影響を受
けることもありうる。

加熱雰囲気については、Ｔｉは酸化し易いため１０−”
　ｔａｒｒ以上の真空中か、遺児雰囲気又は水素ガス、
窒素ガス、アルゴンガス等の不活性雰囲気であることが
必要となる。

加熱温度については、ロウ材の組成によっても異なるが
１本発明においては７５０〜１０００℃の範囲が好適で
ある。また、加熱速度及び冷却速度の条件は、本発明に
おいて特に制約はなく、急熱及び急冷（夫々、５０℃／
ｗｉｎ以上）であっても是し支えない、但し、脱詣及び
脱気のため５００〜６００℃の温度において１０〜２０
分間加熱する工程を設けることが望ましい。

本発明において、セラミックスから成る被接合材として
は、アルミナセラミックス等の金属酸化物系のセラミッ
クス、窒化珪素等の窒化物セラミックス、炭化物、硼化
物、スピネル類、フォルステライト類等が該当する。ま
た、金属から成る被接合材としては、ｓｓ　、　ｓｃ　
、　ＳＫ　、　ＳＯＳ等の鋼鉄もしくは特殊鋼類、また
、Ｘｉ　−Ｃｒ　、　Ｆｅ　　−Ｎｉ、　Ｆｅ　−Ｎｉ
−Ｇｏ、超硬材料（例えばＷＣ）等の合金も広く対象と
なる。また、上記セラミックス同士の接合においては、
銀ロウ等の他のロウ材と併用する必要はなく、本発明に
おけるロウ材のみを使用すればよいものであり、上記４
次分中の一つである銅の緩衝材を使用してもよい。

以上を基にして、各種実験を行い、その結果を総括し、
ロウ材の重量組成としてＡｇ：１０〜４０％、Ｃｕ：　
　８〜５８％、Ｓｎ：　　８〜５８％、Ｔｉ：５〜２５
％が最適である、という結果が得られた。

〔実施例〕

以下、添付図面に示す実施例に基づき本発明の詳細な説
明する。

１回の操作でセラミックス板と金属との接合を行った。

第１図に示すように、セラミックス板として３０Ｘ　１
５Ｘ　５■／１のアルミナ板（純度３３．５％、表面粗
さ１〜２　ｇＲａ）　ｌ、金属は５　ｍ／ｍ厚の５４５
Ｃ板２を使用し、またインサート材として２腸１１１厚
のＣｕ板３を使用した。まず、銀、銅、錫、チタニウム
の金属粉末（２４０層ｅｓｈ全通）を所定の配合割合に
秤取し、十分混合した後、混合粉末１００　ｉｉ部に対
し、スクリーンオイル１０２３，１部を混合してペース
ト状とした０次に、アルミナ板１の表面をエタノールで
法外、乾燥した後、この表面にペーストを６０ｇｍ厚に
塗布した。これを真空乾燥器でインサート材としてＣｕ
板３をはさみ、真空中（約９５０℃の場合はＣｕ−３ｎ
ロウ、８００℃の場合には銀ロウ（ＢＡｇ−８）のロウ
材４を使用した。その時の接合の状態を第１図に示し、
接合層の断面のＥＰＭＡによる結果を第２図に示した。

尚、図中符号５はＴｉ　、　Ｓｎ濃集部、６はＴｉ　、
　Ａｇ　、　Ｓｎ濃集部、７はＣｕ−リ 主速度は０．５１■／ｗｉｎである。

〔発明の効果〕

本発明の以上のような構成を有することから、セラミッ
クスと被接合材とを低温度において接合することが可能
となった。また、従来必要であったメッキ工程を省略す
ることが必要であったメッキ工程を省略することが可能
となり、−回のみの工程により接合することができ、従
来より少ない工程で接合できるものである。さらに、窒
化珪素等の非酸化物セラミックスをも接合することが可
使となり、より多種類の被接合部材を接合できるように
なった。また、バラツキが少なく信頼性及び耐蝕性に富
む接合が可使となる、という効果を奏する。

ｚ１久

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミックスの接合方法を用いて
セラミックスと金属とを接合した状態を示す断面図、第
２図は第１図に示す断面図におけるセラミックスと緩衝
材との間の接合層の結晶の構造を示すＥＰＭＡによる組
成像であり、各成分元素の分布状態を示した写真である
。 、ｌ・・・セラミックス ２・・・被接合材（５４５Ｃ板） ４・・・ロウ材 特許出願人　　住友セメント株式会社 第１図 １・・・・セラミックス ２・−・−板１（８科（Ｓ４５Ｃ） ３・−・緩を材（Ｃｕ版） ４−・・・ロウ材 （巨糸売滓甫正書（方式） ％式％ １、事件の表示　　昭和６０年特許願第２５７２６５号
２、発明の錫　　セラミックスの接合方法代麩今用彦二 氏名　　　　（７５１９）　　弁理士土橋皓５、補正命
令の日付　　昭和６２年３月３１日（発送旧）６、補正
により増加する発明の数　　なし７、補正の対象　　　
明細書の「図面の簡単な説明」の欄補正の内容 明細書第１１ページ第４行乃至第７行に「示す断面図、
第２図は第１図に示す断面図におけるセラミックスと緩
衝材との間の接合層の結晶の構造を示すＥＰＭＡによる
組成像であり、各成分元素の分布状態を示した写真であ
る。」とあるのを「示す断面図である。」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）銀（Ａｇ）と、銅（Ｃｕ）と、錫（Ｓｎ）と、チタ
   ニウム（Ｔｉ）との４成分から成るロウ材を用いてセラ
   ミックスと被接合材とを接合するセラミックスの接合方
   法。 ２）上記ロウ材を構成する４成分の重量組成は、銀（Ａ
   ｇ）１０〜４０％、銅（Ｃｕ）８〜５８％、錫（Ｓｎ）
   ８〜５６％、チタニウム（Ｔｉ）５〜２５％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ス
   の接合方法。 ３）上記ロウ材を構成する４成分のうち銅（Ｃｕ）と錫
   （Ｓｎ）とが、銅（Ｃｕ）２０〜８０％であって錫（Ｓ
   ｎ）８．０〜２０％の重量組成比から成るＣｕ−Ｓｎ合
   金を用いてセラミックスと被接材とを接合する特許請求
   の範囲第１項記載のセラミックスの接合方法。