[其他]陶瓷與陶瓷或陶瓷與金屬的粘結方法

無效

• 申請號: 86102112
• 申請日: 1986-03-31
• 公開（公告）號: CN86102112A
• 公開（公告）日: 1986-12-24
• 發明（設計）人: 山田俊宏;河野顯臣
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 段成恩,徐汝巽

本發明涉及到陶瓷與陶瓷或陶瓷與金屬的粘結方法。特別是涉及到適用于機器的一些構件，電子原件或類似部件的粘結方法。

英國專利No761045公開了一種氧化鋁與金屬的粘結方法。該方法包括：使銅氧化，將已氧化的鋼（氧化亞銅：Cu₂O）置于陶瓷基質上，在高于銅的熔點（1083℃）并低于氧化銅的熔點（1230℃）的溫度下，加熱氧化亞銅與陶瓷兩者（使在銅上形成氧化銅），然后使氧化銅和液態銅組成的低共熔晶體與基質反應，由此使氧化鋁與金屬粘結。

上述方法需要將待粘結件加熱到高于1083℃低于1230℃的高溫，當冷卻已粘合的部件時，由于氧化鋁與金屬的熱膨脹系數不同，而產生熱應力。因此，氧化鋁往往會開裂，導致強度可靠性的降低。更嚴重的是，金屬被加熱時發生變形。美國專利No4037027公開的方法，其特征在于在較低溫度下加熱待粘結件，在這樣的溫度下插接料不會熔化，并使待粘結件緊緊壓合，即固相粘結法。根據這種方法，由于加熱溫度低，不會產生大的熱應力。但是，由于此插接料不被熔化，并在該插接料表面形成氧化層，因此插接料與粘結件之間反應緩慢，從而在短時間內很難獲得高的粘結強度。并且需要很高的壓力才能使粘結表面緊密結合在一起。

本發明的目的在于提供一種陶瓷與陶瓷或陶瓷與金屬的粘結方法，其特征在于降低結合溫度以抑制在冷卻粘結件時熱應力的產生。因此根據本發明的方法，陶瓷幾乎不發生開裂，從而提高了強度的可靠性。

本發明的另一個目的在于提供一種陶瓷與金屬的粘結方法，其特征在于此時的粘結是在低溫低粘結壓力下進行，因而減少了金屬的熱變形，因此能獲得高尺寸精度的產品。

為達到上述目的，本發明方法包括：放置一種作為插接料的薄板件于陶瓷粘結件之間或陶瓷粘結件與金屬粘結件之間，其中薄板件包括由鋁或鋁合金制成的芯片以及由鋁-硅合金制成的表面層，粘結是在高于鋁-硅合金的固線溫度并低于鋁或合金熔點的溫度下進行（在此溫度下，鋁-硅合金被熔化而鋁和鋁合金都不會熔化），同時壓緊此插接料。粘結操作最好是在真空或惰性氣氛中進行。鋁或鋁合金的熔點最高為660℃。因此，即使在高于其熔點的溫度下進行粘結，在冷卻過程中，也只在其熔點到室溫的溫度范圍內會產生熱應力，從而溫度降低不大。另外，鋁或鋁合金具有非常低的屈服點。因此，在冷卻過程中產生的熱應力將由于鋁或鋁合金的屈服而松馳。由于這些原因，顯著地抑制了陶瓷中熱應力的產生，這樣就防止了在先有技術中經常出現的那種陶瓷斷裂現象。

按照本發明粘結的陶瓷實例包括：氮化硅（Si₃N₄）、硅鋁氧氮（Sialon）、二氧化硅（SiO₂）、氧化鋁（Al₂O₃）、玻璃、鐵氧體（Mn-Zn鐵氧體）、氧化鋯（Zr O₂）、鈦酸鋇（Ba Ti O₃）和鈦酸鈣（Ca Ti O₃）。本發明的方法與先有技術相比，具有很寬的實用范圍。

圖1為一個示意圖，表明按本發明的方法將兩個陶瓷軸相互粘結或將一陶瓷軸與一金屬軸粘結的實例。

圖2為一個示意圖，表明按本發明的方法將兩個陶瓷塊相互粘結的實例。

圖3為一個示意圖，表明按本發明的方法將兩個陶瓷塊相互粘結的實例。

實例1

硅鋁氧氮與Cr-Mo鋼的粘結

如圖1所示，三層復合板3（0.6毫米厚）包括用鋁合金（Al-1%Mn合金）制的0.5毫米厚的芯片4，以及用Al-Si-Mg合金（Al-10%Si-2%Mg）制的0.05毫米厚的兩表面層5，插接于用硅鋁氧氮制的軸1（直徑為10毫米）和用Cr-Mo鋼制的軸2（直徑為10毫米）之間。把所得到結構件保持在600℃的粘結溫度，10^-4托的真空條件以及1.0千克·力/平方毫米的粘結壓力下15分鐘，使兩根軸粘合。上述Al-Si-Mg合金的熔點約為585℃。因此，只有復合板3的兩表面層5在600℃的粘結溫度下熔化，通過復合板3的冶金化，從而鋁和硅與硅鋁氧氮和鐵反應，從而使硅鋁氧氮軸1與Cr-Mo鋼軸2完全結合。鎂提高了Al-Si合金熔體對硅鋁氧氮和鐵的潤濕能力。

在以上實例中，所結合的軸1和軸2的粘結強度（四點彎曲試驗）約為10千克·力/平方毫米，并且斷裂位置在軸2與復合板3之間的粘合面處。確切地說，Al與Fe的金屬互化物較脆，從而引起這一部位發生斷裂。因此，為了進一步提高粘結強度，最好把熱膨脹率低的材料插接于軸2與復合板3之間。