(57)【要約】【目的】  耐酸化性に優れたセラミックスの接合用金属組成物を提供すること。【構成】各種セラミックスに対して活性なＴｉやＺｒを含み、さらに酸化による劣化が少なく、溶融温度を低下させる元素としてＡｌを含み、残部実質的に耐酸化性に優れたＡｇよりなるセラミックスの接合用組成物の発明。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｉ或いはＺｒを単独或いは合計で２．０以上１０．０重量％以下、さらにＡｌを１．０以上３０．０重量％以下含み、残部実質的にＡｇ及び不可避的不純物よりなることを特徴とするセラミックスの接合用組成物。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【００１】本発明は、セラミックスと金属、或いはセラミックス同志を接合して部品を製造する産業分野において利用するものである。
【背景技術】
【００２】従来より、セラミックス同志、或いはセラミックスと金属とを接合する際には、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系の合金ろう材或いはセラミックスの表面を金属化する為の組成物として、即ちメタライズ用の組成物としてこの同じ系の金属組成物を用いたり、或いはアルミナの場合にはＭｏ−Ｍｎ−ＳｉＯ２系のメタライズ組成物を用いて実施されてきた。
しかし、これらの組成物中のＣｕやＭｏはいずれも耐酸化性が極めて低く、４００℃以上の高温の酸化性の雰囲気では全く使用することが出来なかった。
【本発明が解決しようとする課題】
【００３】本発明はこのようなセラミックスの接合用組成物の耐酸化性を向上させて、高温の環境下でも使用できるセラミックスの接合部品を製造可能にするものである。
【課題を解決する手段】
【００４】本発明においては、従来の活性金属の接合用組成物であるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｒ或いはＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ−Ｚｒなどの系において、全く耐酸化性の無いＣｕの替わりにＡｌを含有させる。Ａｌは酸化しし易い金属であるが、かえってＴｉやＺｒなどの酸化の進行をくい止めるように作用することが出来る。
【００５】本発明とは、Ｔｉ或いはＺｒを単独或いは合計で２．０以上１０．０重量％以下含み、さらにＡｌを１．０以上３０．０重量％以下含み、残部実質的にＡｇ及び不可避的不純物よりなることを特徴とするセラミックスの接合用組成物である。
【００６】本発明におけるセラミックスとは、アルミナ、炭化珪素、ジルコニア，窒化珪素、ムライト、炭化硼素、サイアロン、窒化アルミ等の酸化物、炭化物、窒化物である。
【００７】本発明における、ＴｉやＺｒは元来セラミックスに対して活性な元素であり、セラミックスの表面層においてセラミックスを構成している元素、例えばＯ，Ｎ，Ｃ或いはＳｉやＢなどと結合して強固な接合を達成させるための元素である。これらの元素は単独或いは合計で２．０重量％未満であれば接合力が弱く、１０．０％を超えて含有すれば接合層が硬く脆くなり易いので２．０以上１０．０重量％以下を請求の範囲とする。
【００８】ＡｌはＡｇの溶融温度を下げるとともに、主成分であるＡｇの層に固容体として取り込まれて、接合した後の酸化雰囲気の使用環境下では酸化し易いので、表面に強固な保護膜を作ったり、分散して酸素の吸収相となったり、さらにはセラミックスとも反応して一部結合の役割も果たしたりするのでＴｉやＺｒの酸化による悪影響を軽減するものと思われる。
Ａｌは１．０重量％未満であればＡｇ層の溶融温度を殆んど下げることが出来ず、３０．０重量％を超えて含有する場合には硬く脆くなるので１．０以上３０．０重量％以下を請求の範囲とする。好ましくは１．５以上２５．０重量％の範囲が望ましい。
【００９】Ａｇは高温でも酸化しない金属であり、又柔軟であるので接合時に発生する残留応力を緩和し易く、接合用の金属の主成分として好ましい。Ａｇとしての残部は実質的に不純物を含む以外に、当然のことながら、さらにＰｔ，Ａｕ，Ｒｈ，Ｉｒ等の高価であるが耐酸化性に優れた元素を５．０重量％以下含有させることも可能である。又、Ａｇに広い固容範囲を有するＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎ或いはＣｄなどの元素を３．０重量％以下程度であれば耐酸化性にそれ程悪影響を与えないのでその範囲内で含有させることも出来る。
【０１０】本発明においてこれらの組成物はろう材として合金の膜板や、線などの形状で或いはメタライズ組成物や粉末ろう材として、元素の粉末の混合物や或いは合金紛や一部合金紛と混合紛の混合物の形で使用することが出来る。粉末の場合にはバインダーを加えて材料の表面に塗布或いは印刷した後に乾燥させてから使用する。当該組成物を、真空中、不活性ガス、或いはＨ２ガスなどの還元性ガスの雰囲気下で前記のセラミックス部品の表面や、或いはセラミックス部品と金属部品との間に配置させて７００℃〜１０００℃の温度範囲で溶融させて被膜したり、接合力を生じさせたりすることが出来る。
【０１１】本発明の優れた耐酸化性を有するセラミックス接合用組成物を用いて製造されるセラミックス或いはセラミックスと金属とを組み合わせた部品は５００〜６００℃程度の高温の酸化雰囲気中でも使用可能なヒーターや気密性を要する部品、熱発電用の部品素子やその他の高熱伝導電気絶縁性を有する耐熱部品として使用可能である。
【発明の実施例】
【実施例１】
【０１２】Ｔｉ５．０重量％、Ａｌ２０．０重量％およびＡｇ７５．０重量％の３５０メッシュ以下の混合粉末に主成分がエチルセルロースのバインダーを加えてペースト状とした後、図１中の１の常圧焼結炭化珪素の５０ｍｍ角厚さ２ｍｍの板の表面にスクリーンで塗布し、１０−５Ｔｏｒｒ程度の真空中、９６０℃で１０分程度焼成してメタライズ膜２を形成させて同図の基板を作成した。その後、２４０番のサンドペーパー上で表面より研削して接合強度を調べたところ研削途中に膜がはがれることなく強固な接合力を有していることが判った。
又、ガスバーナー炎中弱酸化雰囲気中で、耐酸化性を試したところ赤熱６００℃程度では５分程何ら変化なく銀白色のままであり、その後鋭利な刃物を用いて剥離引かきテストを試みたところメタライズ表面が削られてゆき、セラミックスの地肌が容易に出現することはなかった。その結果接合力の著しい低下はないと判明した。Ａｇ６８．０重量％、Ｃｕ２７．０重量％およびＴｉ５．０重量％の系の組成物を用いて同様な赤熱加熱の試験を試みたところ、メタライズ層が完全に黒色の粉末状となって酸化してしまい、容易に剥がれ落ちたので本発明の優れていることが立証された。
【実施例２】図２に示す如く５０ｍｍ角、厚さ０．６４ｍｍのアルミナの基板３上に、Ｚｒ：３．０重量％、Ａｌ３．５重量％、およびＡｇ９３．５重量％の３２５メッシュ以下の粉末を混合し、エチルセルロースをバインダーとして加えて作製したペーストをスクリーンを用いて全面に塗布し乾燥後さらにその上に５のＡｇの０．２ｍｍ厚さの薄板を重ねて配置した。その後真空中で９３５℃で浮き上がらないように若干加圧しながら焼成してＡｇ板をろう付けした基板を作製した。その接合層の強さを評価するために鋭利なカッターナイフの刃先で引き剥がそうとしたが剥がしにくく、充分な強度を保有していることが判った。前記実施例同様に赤熱加熱試験を試みたところ、何ら変化せずその強度を維持した。
【実施例３】同様に図２に示す如くＴｉ５．０重量％、Ａｌ２０．０重量％、Ａｇ７５．０重量％よりなる前記実施例１に記載のペーストを実施例２に記載の如くアルミナ基板３に塗布し、同様にさらにＡｇ板５を重ねて配置し、同様に真空中で軽い加圧を加えながら、８７０℃で１０分焼成してアルミナ基板にＡｇ板をろう付けした。同様に接合層４の接合力を調べる為に、ナイフの刃による引きはがしを試みたが全く刃が間隙に入らず刃が立たないのでかなり大きな強度があることが判った。前記実施例同様な耐酸化テストしたところ何ら変化なくその強度を維持した。
【実施例４】２５ｍｍ角、厚さ５．０ｍｍ、９９．５％純度のアルミナの角片の片側平面の中心部にＺｒ５．０重量％、Ａｌ２．０重量％、及び残部実績的にＡｇよりなる、−３２５メッシュの混合紛にバインダーを加えペースト状として塗布し、９９０℃で１０分間２×１０−５Ｔｏｒｒの真空中で焼成した。しかる後、Ｎｉメッキを数ミクロン施し、コバールの直径９ｍｍ長さ２０ｍｍの端面をアルミナのメタライズ面に接して立て、周囲にφ０．８ＢＡｇ−８の銀ろうのリングを配置して真空中で８３０℃で５分保持してろう付けを行った。その後、剪断試験を実施したところ２２．１Ｋｇ／ｍｍ２の剪断強度の値を得た。
本発見以外のメタライズ方法である、Ｍｏ−Ｍｎ法やＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金を用いるメタライズ方法による場合は剪断強度は１０〜２０Ｋｇ／ｍｍ２であるので
それらと比較しても何ら遜色なく同程度の高い強度を示したので充分に実用に耐え得ることが判った。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組成物を用いた実施例１のメタライズ炭化珪素基板の模式図
【図２】本発明の組成物を用いた実施例２および３の銀板貼り合せアルミナ基板の模式図
【符号の説明】      １は炭化珪素の基板
２は本発明の組成物のメタライズ膜
３はアルミナの基板
４は本発明の組成物である接合ろうの層
５は銀の薄板
【図１】
2017113803.tif 000002
【図２】
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