(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスと銅との間に、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｈｆのうち少なくとも１種を１０〜５０ａｔ％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるアモルファス合金を介在させて、用いるアモルファス合金の融点以上、かつ該銅の融点以下の温度で、１０ｋＰａ以上５ＭＰａ以下の圧力で加圧（セラミックス又は銅の自重のみによる加圧を除く。）をしながら、３分以上２時間以下の範囲内加熱することを特徴とするセラミックスと銅のクラッド材製造方法。
【請求項２】
セラミックスと銅との間に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆのうち少なくとも１種を１０〜５０ａｔ％含有し、かつＶ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｎｉのうち少なくとも1種を０．１〜１０ａｔ％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるアモルファス合金を介在させて、用いるアモルファス合金の融点以上、かつ該銅の融点以下の温度で、１０ｋＰａ以上５ＭＰａ以下の圧力で加圧（セラミックス又は銅の自重のみによる加圧を除く。）をしながら、３分以上２時間以下の範囲内加熱することを特徴とするセラミックスと銅のクラッド材製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスと銅からなるクラッド材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスは各種の特徴を有し、広く工業材料として使用されているが、機械加工性に劣り、精密な加工を要する用途にはそれほど普及していない。このセラミックスの加工性を補うために、良好な加工性を有する金属を張り合わせることが考案されている。そして、これまでのところ蒸着などの金属を気相状態で付着させることが可能となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法では極めて薄く、例えば１ｍｍ以上に厚く金属を張り合わせることが不可能であり、加工量が大きい分野への応用は困難であった。
本発明は、上記のような問題を解決するために考案されたものであり、例えば１ｍｍ以上の厚い金属とでもセラミックスに張り合わせることを可能とし、十分な接合強度を有するクラッド材を製造可能にすることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の要旨は、次の通りである。
（１）  セラミックスと銅との間に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆのうち少なくとも１種を１０〜５０ａｔ％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるアモルファス合金を介在させて、用いるアモルファス合金の融点以上、かつ該銅の融点以下の温度で、１０ｋＰａ以上５ＭＰａ以下の圧力で加圧（セラミックス又は銅の自重のみによる加圧を除く。）をしながら、３分以上２時間以下の範囲内加熱することを特徴とするセラミックスと銅のクラッド材製造方法。
（２）  セラミックスと銅との間に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆのうち少なくとも１種を１０〜５０ａｔ％含有し、かつＶ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｎｉのうち少なくとも１種を０．１〜１０ａｔ％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるアモルファス合金を介在させて、用いるアモルファス合金の融点以上、かつ該銅の融点以下の温度で、１０ｋＰａ以上５ＭＰａ以下の圧力で加圧（セラミックス又は銅の自重のみによる加圧を除く。）をしながら、３分以上２時間以下の範囲内加熱することを特徴とするセラミックスと銅のクラッド材製造方法。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の方法は、セラミックスに張り合わせる金属として銅を採用し、かつ中間材として所定のアモルファス合金をセラミックスと銅の間に介在させて積層し、この積層材を加熱してアモルファス合金だけを溶融させて液相拡散接合させることによりクラッド材とする方法で、このようなクラッド材を製造することにより、セラミックスに厚い金属を張り合わせることを実現させる。
【０００６】
アモルファス合金による液相拡散接合を実現するためには、セラミックと銅からなる該積層材を加熱し、アモルファス合金が溶ける温度以上に加熱する必要がある。但し、加熱温度はセラミックスと銅のいずれもが溶解しないようにするために、低い融点側である銅の融点を加熱温度の上限とする。
【０００７】
さらに、十分な強度を有する液相拡散接合を得るためには、上記加熱温度の領域においてある程度保持する必要がある。アモルファス合金による液相拡散接合は、アモルファス合金中の溶質元素が被接合材中に拡散し、アモルファス合金自体の融点が上昇して凝固を起こすことにより接合が発現するため、溶質元素の拡散にある程度の時間を要するからである。本発明においては、この時間を３分以上２時間以下とする。
【０００８】
この保持時間限定の理由について説明すると、保持温度が高いほど保持時間を短くできるが、安定した接合強度を得るには最低でも３分は必要である。逆に、保持時間は長くする程良いが、過度の保持時間は時間、製造コストの点から不利である。その点本発明で用いるアモルファス合金の場合は、融点直上の温度で保持したとしても２時間保持すれば充分である。
【０００９】
本発明において中間材として用いるアモルファス合金は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆのうち少なくとも１種を１０〜５０at％含有し、又はそれらの合金に加えてＶ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｎｉのうち少なくとも１種を０．１〜１０at％含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるアモルファス合金である。
ここで、残部をＣｕとしたのは、アモルファス形成及び接合強度を得るためであり、不可避的不純物とはごく微量のＦｅや窒素、酸素等のガス成分等である。
これらのアモルファス合金を用いることにより、安定して充分な接合強度が得られる。
【００１０】
これらの合金において、それぞれの構成元素の含有量を限定した理由は、以下の通りである。
基本的に液相拡散接合に用いる中間材は融点が低く、均一な組成であることが望ましいから、本発明においてはアモルファス合金を用いることが好ましい。よって、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆのうち少なくとも１種の含有量を１０〜５０at％の範囲とした。
また、アモルファス合金の融点は合金成分によるが、このアモルファス合金の一層の低融点化はＶ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｎｉのうち少なくとも１種を０．１〜１０at％の範囲で含有することで達成できる。
【００１１】
このようなアモルファス合金を用いれば、セラミックスと銅を液相拡散接合により、各種機械加工に十分耐えられる程の高い接合強度を有するクラッド材が製造でき、セラミックスに厚い金属を張り合わせることが可能となる。銅の厚さは任意に変えられるから、任意の厚さの金属をセラミックスに張り合わせることができる。
【００１２】
また、セラミックスと銅からなる積層材を本発明の加熱条件範囲で保持する際は、１０ｋＰａ以上５ＭＰａ以下の圧力で加圧をする。アモルファス合金中の溶質元素が拡散するためには、被接合材同士が接触していなければならず、これを実現するためにはある程度の加圧が必要なためである。
【００１３】
なお、本発明の方法によれば、セラミックスおよび銅は板形状の他、管や任意の形状とすることができ、その表面形状に合わせた形状の両者を、アモルファス合金を介在させて液相拡散接合できる。しかも、得られたクラッド材は強固な接合強度を有し、そのままの形状で製品とすることができる。
【００１４】
本発明の方法において加熱は大気中で行うことができ、従来のような真空排気装置や非酸化性雰囲気とするための雰囲気調整装置を有しない汎用の加熱装置を使用できる。
さらに、本発明の方法で用いるセラミックスとしては、アルミナやマグネシア、さらには窒化珪素などの各種定形型セラミックスを使用できる。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの丸棒形状のアルミナ１本と径３０ｍｍ、長さ１００ｍｍの丸棒形状の純銅２本を用い、図１のようにアルミナを中央に上下に純銅を突き合わせ、アルミナと純銅との２ヶ所の突き合わせ部に、中間材として表１中のＮｏ．１〜６に示すアモルファス合金箔を介在させて、２ヶ所の突き合わせ部を加熱した。突き合わせ時の圧力は５ＭＰａとした。
また、加熱は図１に示すように高周波誘導方式により、大気中で行った。加熱時の昇温速度は約５℃／分で、所定の温度まで加熱し、該温度で所定時間保持した後、放冷してクラッド材とした。なお、保持温度および保持時間を併せて表１に示す。
【００１６】
得られたクラッド材について、インストロン方式の引張試験機により引張試験を行った。得られた結果を表１に示すが、すべてのサンプルともアルミナにおける母材破断で、その強度は２０ＭＰａ程度であった。
本発明の方法により、高い接合強度を示すクラッド材が得られることがわかった。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
（実施例２）
径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの丸棒形状の窒化珪素１本と径３０ｍｍ、長さ１００ｍｍの丸棒形状の純銅２本を用い、実施例−１と同様の条件で接合実験を行った。中間材としては、表１中のＮｏ．７〜１２に示すアモルファス合金を用いた。
得られたクラッド材について、実施例１と同様の方法で引張試験を行った。その結果を表１に示すが、全てのサンプルとも窒化珪素における母材破断であり、その強度は１５ＭＰａ程度であった。
本発明の方法により、高い接合強度を示すクラッド材が得られることがわかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、厚い金属を張り付けたセラミックスを安価かつ容易に製造可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明法の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：セラミックス
２：銅
３：中間材
４：加熱用コイル
【図１】
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