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JP2780304B2 - Sintered body of ceramic and plating film - Google Patents
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JP2780304B2 - Sintered body of ceramic and plating film - Google Patents

Sintered body of ceramic and plating film

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JP2780304B2
JP2780304B2 JP3431689A JP3431689A JP2780304B2 JP 2780304 B2 JP2780304 B2 JP 2780304B2 JP 3431689 A JP3431689 A JP 3431689A JP 3431689 A JP3431689 A JP 3431689A JP 2780304 B2 JP2780304 B2 JP 2780304B2
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plating
ceramic
sintered body
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はセラミックと金属メッキ膜の焼結体に係わる
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a sintered body of a ceramic and a metal plating film.

<従来の技術> セラミックの表面にメッキによって金属膜を形成する
のは極めて容易である。
<Prior Art> It is extremely easy to form a metal film on a ceramic surface by plating.

メッキは本来極めて精密な膜形成ができる。 Plating can inherently form a very precise film.

しかしながら,このメッキの難点はセラミックに対す
る接着強度が小さく信頼性に欠けることである。
However, the disadvantage of this plating is that the bonding strength to the ceramic is low and the reliability is poor.

メッキ膜の接着強度を高くする方法として一般的には
次の二つの方法がある。
Generally, there are the following two methods for increasing the adhesion strength of the plating film.

一つは,エッチング法,つまりセラミックの表面をエ
ッチングによって粗面化して,アンカー効果を高めて物
理的に接着強度を高くする方法である。
One is an etching method, that is, a method in which the surface of the ceramic is roughened by etching to enhance the anchor effect and physically increase the adhesive strength.

この方法によると,約2Kg/mm2前後の接着強度が得ら
れることがあるが,メッキ金属は単にセラミックに物理
的に係合されているにすぎないので,本質的に高強度は
得難く,そのバラツキも避けがたいものである。
According to this method, an adhesive strength of about 2 kg / mm 2 may be obtained. That variation is also unavoidable.

もう一つの方法は,本発明者の発明に係わる方法であ
り,これは,特開昭62−105989号公報に開示されている
様に,メッキ膜の中に活性金属の粉末を共析させて,拡
散熱処理する方法である。
Another method is a method according to the present inventor's invention, which involves co-depositing an active metal powder in a plating film as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-105989. , Diffusion heat treatment.

この方法によると,アルミナセラミックに対しては,7
〜8Kg/mm2の引張強度が得られ,強度的には申し分ない
が,難点は,メッキ膜の中に活性金属成分が拡散するた
めに,所期の成分のメッキ膜が得がたいことである。
According to this method, for alumina ceramics, 7
A tensile strength of 〜8 kg / mm 2 is obtained, and the strength is satisfactory. However, the difficulty is that the active metal component diffuses into the plating film, so that it is difficult to obtain the plating film of the desired component.

そこで本発明者らは,この問題を解決するために,こ
の活性金属粉の共析したメッキ層をメッキ膜の接着強度
を上げるための中間層として利用することに思い致り,
これを実施した。
Therefore, the present inventors have thought that in order to solve this problem, the plated layer on which the active metal powder is eutectoid is used as an intermediate layer for increasing the adhesive strength of the plated film.
This was implemented.

つまりセラミックの表面に予じめ活性金属粉末の共析
メッキ層を設け,この上に目的とするメッキ層を設け一
緒に拡散熱処理する方法である。
That is, a method in which an eutectoid plating layer of an active metal powder is provided on the surface of the ceramic in advance, and a target plating layer is provided thereon and subjected to diffusion heat treatment.

この方法によると,メッキ膜への成分の拡散による悪
影響はほとんど防止でき所期の目的は達成できたが,新
しい問題が起った。
According to this method, the adverse effect due to the diffusion of the component into the plating film was almost prevented, and the intended purpose was achieved, but a new problem occurred.

これは複合メッキ層と上のメッキ膜の間にフクレが発
生することであった。
This was the occurrence of blisters between the composite plating layer and the upper plating film.

<発明が解決する問題点> 本発明は,かかる問題点に鑑みてなされたもので,そ
の目的とする所は,上記したフクレの問題を解決するこ
とにある。
<Problems Solved by the Invention> The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to solve the above-mentioned problem of blisters.

<問題点を解決するための手段> 本発明者は,上記問題に関して鋭意研究を行った結
果,次の知見を得た。
<Means for Solving the Problems> As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have obtained the following knowledge.

即ち, セラミックとメッキ膜の間に,該セラミックに拡散性
のある材料粉末が分散した複合メッキ層を形成し,該複
合メッキ層の中の拡散材料成分をセラミックに拡散させ
ることによって,セラミック,複合メッキ層,メッキ膜
の三者を相互に拡散接合した構造のセラミックとメッキ
膜の焼結体において,該メッキ膜に金属,セラミックの
粉末粒子を共析,分散させると,上記したフクレの問題
が解決できることを見出した。
That is, a composite plating layer in which a material powder diffusible in the ceramic is dispersed is formed between the ceramic and the plating film. In a sintered body of a ceramic and a plating film having a structure in which a plating layer and a plating film are mutually diffused and bonded, if the metal and ceramic powder particles are eutectoidally dispersed in the plating film, the above-mentioned problem of blisters may occur. We found that we could solve it.

本発明は以上の知見に基づいてなされたものである。 The present invention has been made based on the above findings.

<作 用> セラミックの表面に形成したメッキ膜は熱処理すると
フクレが発生しやすい。
<Operation> The plating film formed on the surface of the ceramic is easily blistered when heat-treated.

本発明の中間層の上に形成するメッキ金属膜にセラミ
ックあるいは金属の粉末粒子を共析させるのは,この熱
処理時のフクレを防止するのが目的である。
The purpose of co-depositing ceramic or metal powder particles on the plated metal film formed on the intermediate layer of the present invention is to prevent blisters during this heat treatment.

共析する粒子は,アルミナ,ジルコニア,炭化ケイ
素,窒化ケイ素等のセラミック粉末から,中間層(複合
メッキ層)のメッキ金属と同種あるいは異種の金属粉末
およびその酸化物粉末を使用できる。
The particles to be eutectoid may be ceramic powders such as alumina, zirconia, silicon carbide and silicon nitride, and metal powders and oxide powders of the same kind or different from the plating metal of the intermediate layer (composite plating layer).

異種の金属粉末を使用した時は,熱処理によってメッ
キ金属は,この金属粉末と合金化されることになる。
When a different kind of metal powder is used, the plating metal is alloyed with this metal powder by heat treatment.

合金化が好しくないときは,同種の金属粉末を用いれ
ば良い。
When alloying is not preferred, the same type of metal powder may be used.

つまり,例えばメッキ金属にCu,共析粉にCu粉を用い
れば,これらは互に焼結されるが,合金化による汚染は
ない。
That is, for example, if Cu is used as the plating metal and Cu powder is used as the eutectoid powder, they are sintered together, but there is no contamination due to alloying.

これらの粉末を共析して熱処理すると,フクレが防止
される理由は不明であるが,一種のガス抜きあるいはガ
スの拡散路が形成されるものと推察される。
The reason why blistering is prevented when these powders are co-deposited and heat-treated is unknown, but it is presumed that a kind of degassing or gas diffusion path is formed.

メッキ膜に共析された粒子は電子顕微鏡で観察する
と,数個の粒子がアグリゲイトしている。
Observation of the eutectoid particles on the plating film with an electron microscope revealed that several particles were aggregated.

粒子と粒子の間にはミクロ的な隙間が存在し,これが
拡散路あるいはガス抜きを形成するものと推察される。
Microscopic gaps exist between the particles, which are presumed to form diffusion paths or gas vents.

共析した粒子は,金属粒子であれば,熱処理によって
粒子間およびメッキ金属との間で焼結が進み,一体化さ
れる。
If the eutectoid particles are metal particles, sintering proceeds between the particles and the plating metal by heat treatment, and the particles are integrated.

焼結初期ガス抜きあるいはガス拡散に寄与した隙間は
温度の上昇と共に焼結され,消滅する。
The gaps that contributed to gas release or gas diffusion in the initial stage of sintering are sintered and disappear with increasing temperature.

共析粒子の大きさは,数ミクロンからサブミクロンサ
イズのものが最も好しい。
The size of eutectoid particles is most preferably from several microns to submicron.

粒子の種類は,少くともメッキ浴中で溶解あるいは変
質しないものであれば凡て使用できる。
Any kind of particles can be used as long as they do not dissolve or deteriorate in the plating bath.

中間層の複合メッキ層の中のセラミック拡散性材料と
は,最も代表的なものは活性金属あるいは熱処理時熱分
解して活性金属に変化する材料である。
The most typical example of the ceramic diffusible material in the composite plating layer of the intermediate layer is an active metal or a material which is thermally decomposed to change into an active metal during heat treatment.

熱分解して活性金属に変化する材料は活性金属の水素
化物等である。
The material which is thermally decomposed into an active metal is a hydride of the active metal.

活性金属とは,例えばTi,Zr,V,Nb,Ta,Mn,Cr,Ca,Mg,Y,
希土類金属およびこれらの合金である。
Active metals include, for example, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Mn, Cr, Ca, Mg, Y,
Rare earth metals and their alloys.

これらの金属および合金は,単独の粉末で,あるいは
必要に応じて他の非活性金属と混合されて,あるいは,
非活性金属を表面に被覆された形で用いられる。
These metals and alloys may be used alone or in admixture with other inert metals, if necessary, or
It is used in a form coated with an inert metal.

中間層を形成する複合メッキ層のメッキ金属には,Cu,
Ni,Co,Ag,Au,Cr,Sn,Zn,Ni−P,Ni−B,Co−P,Co−Bある
いはこれらの合金等の通常使用される電気メッキあるい
は無電解メッキ金属が凡て使用できる。
The plating metal of the composite plating layer that forms the intermediate layer is Cu,
All commonly used electroplated or electroless plated metals such as Ni, Co, Ag, Au, Cr, Sn, Zn, Ni-P, Ni-B, Co-P, Co-B or their alloys are used it can.

中間層の中の拡散性金属粉末の量は,最も代表的なTi
の場合で,一応の目安は,浴中概ね0.5g/以上であ
る。
The amount of diffusible metal powder in the interlayer is
In the case of, a tentative standard is approximately 0.5 g / or more in the bath.

粉末の粒度は325メッシュアンダー,とりわけ10ミク
ロンアンダーが好しい。
The particle size of the powder is preferably under 325 mesh, especially under 10 microns.

セラミックへの中間層の形成は,セラミックの上に直
接メッキしても良いが,主にセラミック面に金属の薄膜
を被覆した後,この薄膜の上に複合メッキがなされる。
The intermediate layer may be formed on the ceramic by plating directly on the ceramic. However, after the ceramic surface is mainly coated with a thin metal film, a composite plating is performed on the thin film.

薄膜の形成には,メッキ,蒸着,スパッタリング等の
既存の成膜手法が全て使用できる。
For forming a thin film, all existing film forming techniques such as plating, vapor deposition, and sputtering can be used.

拡散熱処理の雰囲気には,真空,還元性ガス,不活性
ガス等の非酸化性雰囲気が好しい。
As the atmosphere for the diffusion heat treatment, a non-oxidizing atmosphere such as a vacuum, a reducing gas, or an inert gas is preferable.

温度は,700〜900℃の少くともメッキ金属が固相で存
在する温度範囲で十分効果が発揮される。
The effect is sufficiently exhibited at least in a temperature range of 700 to 900 ° C. in which the plated metal exists in a solid phase.

<実施例> 実施例 1 50×50×1mmの96%アルミナ板に約0.5ミクロン銅を化
学メッキした後,この上にCU−TiH2の複合メッキをし
た。
After chemical plating of about 0.5 micron copper 96% alumina plate <Example> Example 1 50 × 50 × 1mm, and the composite plating of CU-TiH 2 thereon.

TiH2の粒度は10ミクロンアンダー。量はメッキ浴に5g
/分散させた。
The particle size of TiH 2 is under 10 microns. Quantity is 5g in plating bath
/ Dispersed.

複合メッキ層の厚さは約3ミクロン。 The thickness of the composite plating layer is about 3 microns.

次に,この複合メッキ層の上に,0.04ミクロンの純銅
粉が10g/の割合で分散するピロリン酸銅メッキ浴を用
いて,銅粉−銅の共析メッキを行った。メッキ厚さは約
12ミクロン。
Next, a copper powder-copper eutectoid plating was performed on the composite plating layer using a copper pyrophosphate plating bath in which 0.04 micron pure copper powder was dispersed at a rate of 10 g /. Plating thickness is about
12 microns.

<拡散熱処理> 4×10-5Torrの真空中で850℃×30分熱処理した。<Diffusion Heat Treatment> Heat treatment was performed at 850 ° C. for 30 minutes in a vacuum of 4 × 10 −5 Torr.

<評 価> フクレの発生は皆無であった。<Evaluation> There was no blistering.

因みに銅粉の共析していないものでは,直径1〜20mm
φの大きなフクレが無数発生した。
By the way, if the copper powder is not eutectoid, the diameter is 1-20mm
Numerous blisters with large φ occurred.

またメッキ膜の引張強度は7.8Kg/mm2であった。Further, the tensile strength of the plating film was 7.8 kg / mm 2 .

実施例 2 50mm×50mm×0.5mmの窒化アルミニウム板に,約0.25
ミクロン銅を化学メッキした後,下記の方法でTiH2−Ni
の複合メッキを行った。
Example 2 Approximately 0.25 mm was formed on a 50 mm × 50 mm × 0.5 mm aluminum nitride plate.
After chemically plating micron copper, TiH 2 -Ni
Composite plating was performed.

<複合メッキ> Niメッキ浴の底に粒度10ミクロンアンダーのTiH2粉末
を堆積させ,この中に銅をメッキしたセラミックを埋め
こみ電気メッキによってTiH2の粉末を捕足し,銅メッキ
面に固定した。
<Composite plating> Ni plating bath bottom is deposited TiH 2 powder of particle size 10 microns under the, extra - powder of TiH 2 by electroplating embedding ceramic plated with copper into this was fixed on the copper plated surface.

メッキ層の厚さは約5ミクロン。 The thickness of the plating layer is about 5 microns.

セラミックをメッキ層から取出し,余分の粉末を洗い
流した後,次の銅メッキを行った。
After removing the ceramic from the plating layer and washing away excess powder, the next copper plating was performed.

<銅メッキ> ピロリン酸銅浴中に0.37ミクロンアンダーの純銅粉が
15g/分散する浴を用いて,Cu粉−Cuの共析メッキを行
った。メッキ厚さは約15ミクロン。
<Copper plating> Pure copper powder under 0.37 micron in copper pyrophosphate bath
Using a bath of 15 g / dispersion, Cu powder-Cu eutectoid plating was performed. The plating thickness is about 15 microns.

<熱処理> 900℃×20分水素雰囲気で行った。<Heat treatment> Performed in a hydrogen atmosphere at 900 ° C for 20 minutes.

<評 価> フクレは全く発生しなかった。<Evaluation> No blisters occurred.

実施例 3 50×50×1mmの炭化ケイ素板の表面に銅を0.5ミクロン
蒸着した後,Ti粉−Cuの複合メッキをした。
Example 3 After depositing 0.5 μm of copper on the surface of a 50 × 50 × 1 mm silicon carbide plate, a composite plating of Ti powder and Cu was performed.

Tiの粒度は10ミクロンアンダー,量はメッキ浴に5g/
分散させた。
Ti particle size is under 10 microns, amount is 5g / in plating bath
Dispersed.

複合メッキの厚さは約5ミクロン。 The thickness of the composite plating is about 5 microns.

次に,この複合メッキ層の上に1ミクロンアンダーの
アルミナ粉が3g/の割合で分散したピロリン酸銅浴を
用いてアルミナ銅の共析メッキを行った。
Next, eutectoid plating of alumina copper was performed on the composite plating layer using a copper pyrophosphate bath in which alumina powder of 1 micron under was dispersed at a rate of 3 g /.

メッキ厚さは約12ミクロン。 The plating thickness is about 12 microns.

<拡散処理> 800℃×40分,水素雰囲気で行った。<Diffusion treatment> The diffusion treatment was performed at 800 ° C for 40 minutes in a hydrogen atmosphere.

<評 価> フクレの発生は皆無であった。<Evaluation> There was no blistering.

またメッキ膜の引張強度は4.5Kg/mm2であった。The tensile strength of the plating film was 4.5 kg / mm 2 .

<発明の効果> (1) フクレの発生がない。<Effects of the Invention> (1) No blistering occurs.

(2) 接着強度が高い。(2) High adhesive strength.

(3) 安価である。(3) Inexpensive.

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】セラミックとメッキ膜の間に,該セラミッ
クに拡散性のある材料粉末が分散した複合メッキ層が形
成され,該複合メッキ層の中の拡散性材料成分をセラミ
ックに拡散させることによって該メッキ膜,複合メッキ
層,セラミックが相互に拡散接合されてなる構造のセラ
ミックとメッキ膜の焼結体であって,該メッキ膜の中に
セラミックあるいは金属の粉末粒子が共折,分散されて
なることを特徴とするセラミックとメッキ膜の焼結体。
A composite plating layer in which a material powder diffusible in the ceramic is dispersed is formed between the ceramic and the plating film, and a diffusible material component in the composite plating layer is diffused into the ceramic. A sintered body of a ceramic and a plating film having a structure in which the plating film, the composite plating layer, and the ceramic are diffusion-bonded to each other, wherein ceramic or metal powder particles are co-folded and dispersed in the plating film. A sintered body of a ceramic and a plating film.
【請求項2】上記拡散性材料が活性金属あるいは活性金
属の熱分解性化合物である請求項(1)に記載のセラミ
ック。
2. The ceramic according to claim 1, wherein said diffusible material is an active metal or a thermally decomposable compound of an active metal.
【請求項3】上記熱分解性化合物が水素化物である請求
項(2)に記載の焼結体。
3. The sintered body according to claim 2, wherein the thermally decomposable compound is a hydride.
【請求項4】上記メッキ膜のメッキ金属がCu,Ni,Co,Ag,
Au,Cr,Ni−P,Ni−B,Co−P,Co−Bおよび,これらを一成
分とする合金である請求項(1)に記載の焼結体。
4. The plating metal of the plating film is Cu, Ni, Co, Ag,
The sintered body according to claim 1, wherein the sintered body is Au, Cr, Ni-P, Ni-B, Co-P, Co-B, or an alloy containing these as one component.
【請求項5】上記複合メッキのメッキ金属がCu,Ni,Co,A
g,Au,Cr,Sn,Zn,Ni−P,Ni−B,Co−P,Co−Bおよび,これ
らを一成分とする合金である請求項(1)に記載の焼結
体。
5. The plating metal of the composite plating is Cu, Ni, Co, A
The sintered body according to claim 1, wherein the sintered body is g, Au, Cr, Sn, Zn, Ni-P, Ni-B, Co-P, Co-B, or an alloy containing these as one component.
【請求項6】上記メッキ膜の中の共析粉末がFe,Ni,Co,C
u,Ag,Au,Cr,Mo,W,およびこれらを一成分とする合金の粉
末である請求項(1)に記載の焼結体。
6. The eutectoid powder in the plating film is Fe, Ni, Co, C
The sintered body according to claim 1, wherein the sintered body is powder of u, Ag, Au, Cr, Mo, W, or an alloy containing these as one component.
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