JP2715138B2 - 低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材 - Google Patents
低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材Info
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は低い熱膨張係数を有し、耐熱性に優れた材料
を封着するのに適した低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材
に関するものである。
を封着するのに適した低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材
に関するものである。
［従来技術とその問題点］ 石英ガラス、ガラスセラミック、低膨張セラミック等
は低い熱膨張係数を有し、耐熱性にも優れており、高温
処理治具、ヒーター、エンジン等の構造部材として広く
使用されている。
は低い熱膨張係数を有し、耐熱性にも優れており、高温
処理治具、ヒーター、エンジン等の構造部材として広く
使用されている。
一般にこれらの構造部材には複雑な形状が要求される
ため、一体成形が不可能な場合が多く、この場合まず構
造部材の各パーツを形成し、それらを封着材によって封
着して所望の形状の構造部材を作製する方法が採られて
いる。
ため、一体成形が不可能な場合が多く、この場合まず構
造部材の各パーツを形成し、それらを封着材によって封
着して所望の形状の構造部材を作製する方法が採られて
いる。
従来よりこの用途の封着材としては、主に封着用ガラ
スやセラミック封着材が使用されているが、封着用ガラ
スの熱膨張係数は構造部材のそれに比べて高く、しかも
耐熱性が悪いため高い温度に晒されると劣化しやすいと
いう問題があり、またセラミック封着材は焼結時に空
隙、クラック等を発生し、高い接着強度が得られにくい
と共に封着する際の温度が高いためコスト高になりやす
いという問題があった。
スやセラミック封着材が使用されているが、封着用ガラ
スの熱膨張係数は構造部材のそれに比べて高く、しかも
耐熱性が悪いため高い温度に晒されると劣化しやすいと
いう問題があり、またセラミック封着材は焼結時に空
隙、クラック等を発生し、高い接着強度が得られにくい
と共に封着する際の温度が高いためコスト高になりやす
いという問題があった。
［発明の目的］ 本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、低膨張
で、耐熱性及び封着性に優れ、また焼結時に著しい収縮
を起こす事のない封着材を提供することを目的とするも
のである。
で、耐熱性及び封着性に優れ、また焼結時に著しい収縮
を起こす事のない封着材を提供することを目的とするも
のである。
［発明の構成］ 本発明の低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材は、重量百
分率でSiO2 58.0〜77.0％、Al2O3 16.0〜27.0％、Li2O
2.0〜5.0％、K2O 1.0〜4.0％、ZnO 0.5〜3.0％、MgO 0
〜2.0％、CaO 0〜2.5％、TiO2 0〜3.0％の組成を有し、
β−石英固溶体を主結晶として析出し、耐熱温度が1000
℃以上、熱膨張係数が−15〜25×10-7/℃、封着温度が1
200℃以下であることを特徴とする。
分率でSiO2 58.0〜77.0％、Al2O3 16.0〜27.0％、Li2O
2.0〜5.0％、K2O 1.0〜4.0％、ZnO 0.5〜3.0％、MgO 0
〜2.0％、CaO 0〜2.5％、TiO2 0〜3.0％の組成を有し、
β−石英固溶体を主結晶として析出し、耐熱温度が1000
℃以上、熱膨張係数が−15〜25×10-7/℃、封着温度が1
200℃以下であることを特徴とする。
本発明の低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材は、低膨張
のβ−石英固溶体を主結晶として析出し、しかも結晶化
度が60％以上であるため、熱膨張係数が低く、且つ高い
耐熱性を有している。
のβ−石英固溶体を主結晶として析出し、しかも結晶化
度が60％以上であるため、熱膨張係数が低く、且つ高い
耐熱性を有している。
また上記組成を有する本発明の結晶化ガラスは、熱処
理工程でβ−石英固溶体が析出する際に同時に結晶以外
のガラスマトリックス相が軟化して被封着部材と溶着す
るという特性を有し、さらにセラミック封着材と異なり
熱処理工程における収縮率が小さいため封着部に空隙、
クラック等が発生しにくい。
理工程でβ−石英固溶体が析出する際に同時に結晶以外
のガラスマトリックス相が軟化して被封着部材と溶着す
るという特性を有し、さらにセラミック封着材と異なり
熱処理工程における収縮率が小さいため封着部に空隙、
クラック等が発生しにくい。
以下に本発明の低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材の組
成範囲を上記のように限定した理由を示す。
成範囲を上記のように限定した理由を示す。
SiO2が58.0％より少ない場合はβ−石英固溶体の析出
量が少なくなって熱膨張係数が高くなりすぎると共に耐
熱性が悪くなり、77.0％より多い場合はガラスの粘度が
高くなって溶融性が悪くなり、さらに異種結晶であるα
−クリストバライトが析出して熱膨張係数が高くなりす
ぎる。
量が少なくなって熱膨張係数が高くなりすぎると共に耐
熱性が悪くなり、77.0％より多い場合はガラスの粘度が
高くなって溶融性が悪くなり、さらに異種結晶であるα
−クリストバライトが析出して熱膨張係数が高くなりす
ぎる。
Al2O3が16.0％より少ない場合はガラスの耐蝕性が悪
くなると共にガラスが冷却中に失透し易くなり、27.0％
より多い場合はガラスの粘度が高くなって均一なガラス
が得られなくなる。
くなると共にガラスが冷却中に失透し易くなり、27.0％
より多い場合はガラスの粘度が高くなって均一なガラス
が得られなくなる。
Li2Oが2.0％より少ない場合はSiO2を構成成分とする
異種結晶が析出して熱膨張係数が高くなりすぎ、5.0％
より多い場合はβ−石英固溶体がβ−スポジュメン固溶
体に転移して熱膨張係数が高くなりすぎる。
異種結晶が析出して熱膨張係数が高くなりすぎ、5.0％
より多い場合はβ−石英固溶体がβ−スポジュメン固溶
体に転移して熱膨張係数が高くなりすぎる。
K2O及びZnOは封着材の封着性を良好にして封着材の強
度を高めるために添加される成分であり、K2Oは1.0〜4.
0％、ZnOは0.5〜3.0％添加される。K2Oが1.0％より少な
い場合はガラスが軟化しづらく封着性、封着材の強度が
低下し、4.0％より多い場合は熱膨張係数が高くなりす
ぎる。またZnOが0.5％より少ない場合は封着性が悪くな
り、3.0％より多い場合は熱膨張係数が高くなりすぎ
る。
度を高めるために添加される成分であり、K2Oは1.0〜4.
0％、ZnOは0.5〜3.0％添加される。K2Oが1.0％より少な
い場合はガラスが軟化しづらく封着性、封着材の強度が
低下し、4.0％より多い場合は熱膨張係数が高くなりす
ぎる。またZnOが0.5％より少ない場合は封着性が悪くな
り、3.0％より多い場合は熱膨張係数が高くなりすぎ
る。
MgO,CaO及びTiO2も封着性を良好にする成分であり、
各々2.0％、2.5％、3.0％まで添加可能であるが、これ
以上添加すると結晶性が強くなりすぎて封着できなくな
る。
各々2.0％、2.5％、3.0％まで添加可能であるが、これ
以上添加すると結晶性が強くなりすぎて封着できなくな
る。
更に上記成分以外にも本発明の封着材の特徴である低
膨張、高耐熱性、優れた封着性を損なわない限り、BaO,
SrO,As2O3,Sb2O3等の成分を２％まで、Bi2O3を３％まで
添加することが可能である。
膨張、高耐熱性、優れた封着性を損なわない限り、BaO,
SrO,As2O3,Sb2O3等の成分を２％まで、Bi2O3を３％まで
添加することが可能である。
［実施例］ 以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
表は本発明における結晶化ガラス封着材の組成と封着
温度、時間及び熱膨張係数、耐熱温度を示すものであ
る。
温度、時間及び熱膨張係数、耐熱温度を示すものであ
る。
表の試料No.1〜10のガラスは次のように調製した。
表に示した組成になるように各原料を酸化物、炭酸
塩、硝酸塩等の形態で調合し、均一混合後白金ルツボを
用いて電気炉中で1520〜1620℃で５時間溶融した。次に
この溶融ガラスを水中に流して急冷粗砕した後、粉砕し
て100メッシュ以下の粒径の粉末にした。この粉末の一
部を65×５×5mmの角柱に空気圧プレス成形し、残部を
有機樹脂バインダーを溶剤に溶かしたビークルを用いて
混練してペースト状にした。
塩、硝酸塩等の形態で調合し、均一混合後白金ルツボを
用いて電気炉中で1520〜1620℃で５時間溶融した。次に
この溶融ガラスを水中に流して急冷粗砕した後、粉砕し
て100メッシュ以下の粒径の粉末にした。この粉末の一
部を65×５×5mmの角柱に空気圧プレス成形し、残部を
有機樹脂バインダーを溶剤に溶かしたビークルを用いて
混練してペースト状にした。
角柱に成形した各試料を表の封着条件で熱処理し、そ
の結晶相の解析と熱膨張係数の測定を行ったところ、す
べての試料がβ−石英固溶体を主結晶として析出し、熱
膨張係数は−12〜23×10-7/℃であった。
の結晶相の解析と熱膨張係数の測定を行ったところ、す
べての試料がβ−石英固溶体を主結晶として析出し、熱
膨張係数は−12〜23×10-7/℃であった。
またNo.1〜４の試料から作製したペーストを50×７×
2mmの２枚の石英ガラス板（熱膨張係数５×10-7/℃）の
端部に塗布して120℃で乾燥させた後、第１図及び第２
図に示すように、２枚の石英ガラス板1,2のペースト３
の塗布面１′,2′を合わせて5g/cm2の圧力下で表の封着
条件で熱処理を行って両者を封着した。さらに同じ条件
でNo.5〜８の試料から作製したペーストを２枚の結晶化
ガラス板（熱膨張係数11×10-7/℃）に、またNo.9及び1
0の試料から作製したペーストを２枚のシリコンナイト
ライド板（熱膨張係数25×10-7/℃）に塗布して両者を
封着した。
2mmの２枚の石英ガラス板（熱膨張係数５×10-7/℃）の
端部に塗布して120℃で乾燥させた後、第１図及び第２
図に示すように、２枚の石英ガラス板1,2のペースト３
の塗布面１′,2′を合わせて5g/cm2の圧力下で表の封着
条件で熱処理を行って両者を封着した。さらに同じ条件
でNo.5〜８の試料から作製したペーストを２枚の結晶化
ガラス板（熱膨張係数11×10-7/℃）に、またNo.9及び1
0の試料から作製したペーストを２枚のシリコンナイト
ライド板（熱膨張係数25×10-7/℃）に塗布して両者を
封着した。
こうして得た各封着体の一端を固定し、他端に50gの
荷重をかけて電気炉中で加熱し、封着部が剥離する温度
を調べ、それより50℃低い温度を耐熱温度として測定し
たところ、いずれも1050℃以上の高い耐熱温度を有して
いた。さらに各封着体を用いてJIS K 6850に準じて引っ
張りせん断接着強さを測定したところ、いずれも封着箇
所以外の箇所で破損し、高い引っ張りせん断接着強さを
有していることが確認された。また封着温度はいずれも
1200℃以下であることが表から明らかである。
荷重をかけて電気炉中で加熱し、封着部が剥離する温度
を調べ、それより50℃低い温度を耐熱温度として測定し
たところ、いずれも1050℃以上の高い耐熱温度を有して
いた。さらに各封着体を用いてJIS K 6850に準じて引っ
張りせん断接着強さを測定したところ、いずれも封着箇
所以外の箇所で破損し、高い引っ張りせん断接着強さを
有していることが確認された。また封着温度はいずれも
1200℃以下であることが表から明らかである。
［発明の効果］ 以上のように本発明による低膨張耐熱性結晶化ガラス
封着材は、低膨張であるため熱衝撃、温度勾配による応
力が小さく、耐熱性が高いため高温度に晒されても劣化
が生じにくく、且つ強固な封着を得ることが出来るので
高温処理治具、ヒーター、エンジン等の構造部材の封着
材として適している。
封着材は、低膨張であるため熱衝撃、温度勾配による応
力が小さく、耐熱性が高いため高温度に晒されても劣化
が生じにくく、且つ強固な封着を得ることが出来るので
高温処理治具、ヒーター、エンジン等の構造部材の封着
材として適している。
第１図は石英ガラス板からなる封着体の平面図、第２図
はその側面図を示す。 1,2……石英ガラス板 １′,2′……塗布面 ３……ペースト
はその側面図を示す。 1,2……石英ガラス板 １′,2′……塗布面 ３……ペースト
Claims (1)
- 【請求項１】重量百分率でSiO2 58.0〜77.0％、Al2O3 1
6.0〜27.0％、Li2O 2.0〜5.0％、K2O 1.0〜4.0％、ZnO
0.5〜3.0％、MgO 0〜2.0％、CaO 0〜2.5％、TiO2 0〜3.
0％の組成を有し、β−石英固溶体を主結晶として析出
し、耐熱温度が1000℃以上、熱膨張係数が−15〜25×10
-7/℃、封着温度が1200℃以下であることを特徴とする
低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1073642A JP2715138B2 (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1073642A JP2715138B2 (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02252637A JPH02252637A (ja) | 1990-10-11 |
| JP2715138B2 true JP2715138B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=13524149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1073642A Expired - Lifetime JP2715138B2 (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 低膨張耐熱性結晶化ガラス封着材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2715138B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7148164B2 (en) * | 2000-07-07 | 2006-12-12 | Kabushiki Kaisha Ohara | Low expansion transparent glass-ceramics, glass-ceramic substrate and optical waveguide element |
| WO2017073419A1 (ja) * | 2015-10-30 | 2017-05-04 | 日本電気硝子株式会社 | 結晶性ガラス封止材 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10152339A (ja) * | 1996-09-27 | 1998-06-09 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 耐熱性ガラス組成物 |
| JP5093746B2 (ja) * | 2006-11-15 | 2012-12-12 | 日本電気硝子株式会社 | 半導体封止用ガラス、半導体電子部品及び半導体封止用ガラスセラミックス |
| JP5205180B2 (ja) * | 2008-09-03 | 2013-06-05 | 株式会社デンソー | 温度センサ用感温体 |
| JP5469959B2 (ja) * | 2009-08-24 | 2014-04-16 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 酸素イオン伝導モジュールならびに該モジュール用シール材およびその利用 |
| CN112694266A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-23 | 陕西科技大学 | 一种高强度可靠封接的石英玻璃及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6159501A (ja) * | 1984-08-30 | 1986-03-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 電気油圧式サ−ボ機構 |
| JPS6281201U (ja) * | 1985-11-07 | 1987-05-23 |
-
1989
- 1989-03-23 JP JP1073642A patent/JP2715138B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7148164B2 (en) * | 2000-07-07 | 2006-12-12 | Kabushiki Kaisha Ohara | Low expansion transparent glass-ceramics, glass-ceramic substrate and optical waveguide element |
| WO2017073419A1 (ja) * | 2015-10-30 | 2017-05-04 | 日本電気硝子株式会社 | 結晶性ガラス封止材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02252637A (ja) | 1990-10-11 |
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