JPH0247236A - セラミックス接合用アルミニウム合金 - Google Patents
セラミックス接合用アルミニウム合金Info
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- JPH0247236A JPH0247236A JP19752388A JP19752388A JPH0247236A JP H0247236 A JPH0247236 A JP H0247236A JP 19752388 A JP19752388 A JP 19752388A JP 19752388 A JP19752388 A JP 19752388A JP H0247236 A JPH0247236 A JP H0247236A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、セラミックスとの接合に用いるアルミニウ
ム合金に関するものである。
ム合金に関するものである。
従来の技術
近年、セラミックスの利用分野が益々拡大しつつあり、
その一方では、セラミックスの有する優れた特性、例え
ば断熱性や耐熱性等と、金属の有する特性、例えば高靭
性や高熱伝導性、導電性等との両者を同時に活用するべ
く、セラミックスと金属とを接合した複合部材、複合部
品が種々の分野で使用されるようになっている。
その一方では、セラミックスの有する優れた特性、例え
ば断熱性や耐熱性等と、金属の有する特性、例えば高靭
性や高熱伝導性、導電性等との両者を同時に活用するべ
く、セラミックスと金属とを接合した複合部材、複合部
品が種々の分野で使用されるようになっている。
ところで、セラミックスと金属との接合には、従来から
接着剤を用いることが行なわれているが、接着剤を用い
た場合（よ充分な接合強度が得られず、特にセラミック
スと金属との熱膨張率の差によって接合面で剥離が生じ
易い。
接着剤を用いることが行なわれているが、接着剤を用い
た場合（よ充分な接合強度が得られず、特にセラミック
スと金属との熱膨張率の差によって接合面で剥離が生じ
易い。
セラミックスと金属とを強固に接するためには、接合界
面で原子レベルでの結合が行なわれること、すなわち、
いわゆる金属接合がなされることが望ましいが、セラミ
ックスは非金属であるため両者間を直接金属接合するこ
とは困難であると考えられていた。そこで、従来、比較
的高い接合強度が得られる方法として、アルミナセラミ
ックスとアルミニウムもしくはその合金との接合の場合
、アルミナセラミックスの表面に予めＣｕもしくはＡｇ
を溶射や蒸着あるいはメツキ等によってメタライジング
しておき、そのメタライジング層の表面にアルミニウム
もしくはその合金を金属接合（拡散接合）することが行
なわれている。但し、アルミニウムやその合金の表面に
は強固な酸化皮膜が生成されているのが通常であって、
その酸化皮膜が存在したままでは拡散接合することがで
きないから、塩化物とぶつ化物との混合塩のフラックス
を用いてメタライジング層に対する拡散接合処理を行な
うのが通常である。
面で原子レベルでの結合が行なわれること、すなわち、
いわゆる金属接合がなされることが望ましいが、セラミ
ックスは非金属であるため両者間を直接金属接合するこ
とは困難であると考えられていた。そこで、従来、比較
的高い接合強度が得られる方法として、アルミナセラミ
ックスとアルミニウムもしくはその合金との接合の場合
、アルミナセラミックスの表面に予めＣｕもしくはＡｇ
を溶射や蒸着あるいはメツキ等によってメタライジング
しておき、そのメタライジング層の表面にアルミニウム
もしくはその合金を金属接合（拡散接合）することが行
なわれている。但し、アルミニウムやその合金の表面に
は強固な酸化皮膜が生成されているのが通常であって、
その酸化皮膜が存在したままでは拡散接合することがで
きないから、塩化物とぶつ化物との混合塩のフラックス
を用いてメタライジング層に対する拡散接合処理を行な
うのが通常である。
発明が解決しようとする課題
前述のような従来のアルミナセラミックスとアルミニウ
ムもしくはその合金との接合方法では、予めメタライジ
ング層を形成しておく工程が必要であるため、工程数が
多く、＾コストとなる問題があり、また、有害なフラッ
クスを用いなければならないため、作業者の安全や公害
防止等に配慮を払わなければならないという問題があっ
た。
ムもしくはその合金との接合方法では、予めメタライジ
ング層を形成しておく工程が必要であるため、工程数が
多く、＾コストとなる問題があり、また、有害なフラッ
クスを用いなければならないため、作業者の安全や公害
防止等に配慮を払わなければならないという問題があっ
た。
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、メ
タライジング処理を行なったりフラックスを用いたりす
ることなく、セラミックスに対して高い接合強度で直接
接合することができるアルミニウム合金を提供すること
を目的とするものである。
タライジング処理を行なったりフラックスを用いたりす
ることなく、セラミックスに対して高い接合強度で直接
接合することができるアルミニウム合金を提供すること
を目的とするものである。
課題を解決するだめの手段
本発明者等は、前述の目的を達成し得るアルミニウム合
金の成分１１織について鋭意実験・検討を重ねた結果、
適量のＬｉ（リチウム）および／またはＣＩＪ （銅
）を含有させることによって、高い接合強度でアルミニ
ウム合金をセラミックスに拡散接合できることを見出し
、この発明を成すに至った。
金の成分１１織について鋭意実験・検討を重ねた結果、
適量のＬｉ（リチウム）および／またはＣＩＪ （銅
）を含有させることによって、高い接合強度でアルミニ
ウム合金をセラミックスに拡散接合できることを見出し
、この発明を成すに至った。
すなわち、この発明のセラミックス接合用アルミニウム
合金は、＠量％でＬｉ ０．５〜３％、Ｃｕ ２〜８％
のいずれか一方もしくは双方を含有し、残部がＡｌおよ
び不可避的不純物よりなることを特徴とするものである
。
合金は、＠量％でＬｉ ０．５〜３％、Ｃｕ ２〜８％
のいずれか一方もしくは双方を含有し、残部がＡｌおよ
び不可避的不純物よりなることを特徴とするものである
。
作 用
先ずこの発明のアルミニウム合金における成分限定理由
を述べる。
を述べる。
Ｃｕ：
ＣＬＩは、Ａｌの表面酸化皮膜を弱めるとともに、アル
ミニウム合金−セラミックス界面において、アルミニウ
ム合金側からセラミックス側に拡散して、界面接合強度
を高める。また、アルミニウム合金の強度を高めて、継
手強度を高める作用を果す。Ｃ（Ｉの添加量が２％未満
では上述の効果が充分に得られず、一方、８％を越えれ
ば、上述の効果が飽和するとともに、アルミニウム合金
の鋳造、圧延が困難となる。したがってＣＬＩは２〜８
％の範囲内に限定した。
ミニウム合金−セラミックス界面において、アルミニウ
ム合金側からセラミックス側に拡散して、界面接合強度
を高める。また、アルミニウム合金の強度を高めて、継
手強度を高める作用を果す。Ｃ（Ｉの添加量が２％未満
では上述の効果が充分に得られず、一方、８％を越えれ
ば、上述の効果が飽和するとともに、アルミニウム合金
の鋳造、圧延が困難となる。したがってＣＬＩは２〜８
％の範囲内に限定した。
Ｌｌ ：
１ｉはＡｌの表面酸化皮膜をポーラスにし、アルミニウ
ム合金−セラミックス界面においてアルミニウム合金側
からセラミックス側に拡散して、界面接合強度を高める
。Ｌｉの添加量が０．５％未満ては上記の効果が充分に
得られず、一方、３％を越えればアルミニウム合金の鋳
造が困難となるから、ｌｉの添加量は０．５〜３％の範
囲内とした。
ム合金−セラミックス界面においてアルミニウム合金側
からセラミックス側に拡散して、界面接合強度を高める
。Ｌｉの添加量が０．５％未満ては上記の効果が充分に
得られず、一方、３％を越えればアルミニウム合金の鋳
造が困難となるから、ｌｉの添加量は０．５〜３％の範
囲内とした。
ここで、Ｃｕ、ｌｉはいずれか一方を単独で添加しても
、また両者を同時に添加しても良い。両者を同時に添加
した場合には、それぞれの効果が重畳されて、より一層
セラミックスとの接合性の良好なアルミニウム合金を得
ることができる。
、また両者を同時に添加しても良い。両者を同時に添加
した場合には、それぞれの効果が重畳されて、より一層
セラミックスとの接合性の良好なアルミニウム合金を得
ることができる。
また上記のｌｉ、Ｑｕのほか、結晶粒微測化のため、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒのうちの１種または２種以上を各々
０．５０％未満添加することもある。
ｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒのうちの１種または２種以上を各々
０．５０％未満添加することもある。
以上の各成分のほかはＡｌおよび不可避的不純物とすれ
ば良い。不可避的不純物としてのｌ”ｅは１．０％未満
、ｚｎは０．５０％未満、Ｍｑは０．１０％未満、３ｉ
は０．５０％未満であれば特に支障はない。
ば良い。不可避的不純物としてのｌ”ｅは１．０％未満
、ｚｎは０．５０％未満、Ｍｑは０．１０％未満、３ｉ
は０．５０％未満であれば特に支障はない。
そのほか、アルミニウム台金鋳塊の製造においては、一
般に鋳塊結晶粒の微細化のためにＴｉ、またはＴｉおよ
びＢを添加することが多いが、この発明の合金の場合も
Ｔｉ１またはｌｉおよびＢが添加されていてもよい。但
しその添加量は、Ｔ＋ ０．２％以下、８０．０４％以
下が望ましい。
般に鋳塊結晶粒の微細化のためにＴｉ、またはＴｉおよ
びＢを添加することが多いが、この発明の合金の場合も
Ｔｉ１またはｌｉおよびＢが添加されていてもよい。但
しその添加量は、Ｔ＋ ０．２％以下、８０．０４％以
下が望ましい。
前述のように、この発明のアルミニウム合金は、１ｉお
よび／またはＱｕを含有しているために表面酸化皮膜が
脆弱となるかまたはポーラスとなり、セラミックスとの
接合時にはｌｉ、Ｑｕが界面においてセラミックス側へ
拡散して固相拡散接合が行なわれ、したがってセラミッ
クスと強固に接合することができる。
よび／またはＱｕを含有しているために表面酸化皮膜が
脆弱となるかまたはポーラスとなり、セラミックスとの
接合時にはｌｉ、Ｑｕが界面においてセラミックス側へ
拡散して固相拡散接合が行なわれ、したがってセラミッ
クスと強固に接合することができる。
なお、この発明のアルミニウム合金を製造するにあたっ
ては、先ず常法にしたがって鋳造する。
ては、先ず常法にしたがって鋳造する。
この鋳造方法としては半速Ｒ鋳造法（ＤＣ鋳造法）が一
般的であるが、省エネルギや耐軟化性の向上等の観点か
ら薄板連続鋳造法（連続鋳造圧延法）を適用してもよい
。
般的であるが、省エネルギや耐軟化性の向上等の観点か
ら薄板連続鋳造法（連続鋳造圧延法）を適用してもよい
。
得られた鋳塊に対しては、均熱処理（均質化処理）およ
び熱間圧延を行ない、必要に応じて冷間圧延を行なって
所望の板厚に仕上げる。ここで、冷間圧延の前、後、途
中のいずれかにおいて焼鈍を施すこともある。但し、薄
板連続鋳造法の場合は、これらの工程のうち熱間圧延ま
での工程を省賂することができる。
び熱間圧延を行ない、必要に応じて冷間圧延を行なって
所望の板厚に仕上げる。ここで、冷間圧延の前、後、途
中のいずれかにおいて焼鈍を施すこともある。但し、薄
板連続鋳造法の場合は、これらの工程のうち熱間圧延ま
での工程を省賂することができる。
また、この発明のアルミニウム合金をセラミックスと接
合するにあたっては、アルミニウム合金表面を平滑に仕
上げた後、セラミックスと重ね合せて真空雰囲気等の非
酸化性雰囲気にて加圧・加熱すればよい。この時の加熱
温度は特に限定しないが、通常は３００〜６５０℃程度
が好ましい。
合するにあたっては、アルミニウム合金表面を平滑に仕
上げた後、セラミックスと重ね合せて真空雰囲気等の非
酸化性雰囲気にて加圧・加熱すればよい。この時の加熱
温度は特に限定しないが、通常は３００〜６５０℃程度
が好ましい。
実施例
第１表に示す成分組成の各合金Ｎｏ、 １〜瀬６を鋳造
し、熱間圧延および冷間圧延により３Ｍ厚まで圧延した
。この圧延板をパフ研磨により鏡面に仕上げ、供試材と
した。各供試材について、次のようにしてセラミックス
との接合強度を調べた。すなわち、接合相手材のセラミ
ックスとしては、Ａｌ２Ｏ３もしくはＺｒＯ２またはＡ
ＩＮを選んだ。そのセラミックスの寸法は、２Ｃ）＋Ｉ
ｎＸ２０ｓＸ２０ｓとし、予め接合面をラッピングによ
り窺面に仕上げた。そして、２枚のセラミックスの間に
前記圧延板をサンドインチ状に挾み、真空度１０棒ｔｏ
ｒｒの雰囲気にて、温度的６００℃、加重５ ＭＰａで
加熱・加圧して接合した。その接合時の詳細な温度−加
重−時間曲線を第１図に示す。
し、熱間圧延および冷間圧延により３Ｍ厚まで圧延した
。この圧延板をパフ研磨により鏡面に仕上げ、供試材と
した。各供試材について、次のようにしてセラミックス
との接合強度を調べた。すなわち、接合相手材のセラミ
ックスとしては、Ａｌ２Ｏ３もしくはＺｒＯ２またはＡ
ＩＮを選んだ。そのセラミックスの寸法は、２Ｃ）＋Ｉ
ｎＸ２０ｓＸ２０ｓとし、予め接合面をラッピングによ
り窺面に仕上げた。そして、２枚のセラミックスの間に
前記圧延板をサンドインチ状に挾み、真空度１０棒ｔｏ
ｒｒの雰囲気にて、温度的６００℃、加重５ ＭＰａで
加熱・加圧して接合した。その接合時の詳細な温度−加
重−時間曲線を第１図に示す。
以上のようにして得られた接合部材から第２図に示すよ
うな接合強度試験片１を切出した。なお、第２図におい
て２．３はセラミックス、４はアルミニウム合金圧延板
である。この試験片１について、第３図に示すような４
点曲げ試験用治具を用いて４点曲げ試験を行ない、接合
強度として曲げ強度を調べた。第３図において、５は上
部治具、６は下部治具、７は加圧支点としての丸棒であ
る。
うな接合強度試験片１を切出した。なお、第２図におい
て２．３はセラミックス、４はアルミニウム合金圧延板
である。この試験片１について、第３図に示すような４
点曲げ試験用治具を用いて４点曲げ試験を行ない、接合
強度として曲げ強度を調べた。第３図において、５は上
部治具、６は下部治具、７は加圧支点としての丸棒であ
る。
このようにして曲げ試験を行なった結果を第２表に示す
。なお、第２表中には、接合相手材として用いたセラミ
ックスの種類も併せて示す。
。なお、第２表中には、接合相手材として用いたセラミ
ックスの種類も併せて示す。
（この頁以下余白）
第１ａ：供試材の化学成分（ｗｔ％）
第２表：接合部材の試験結果
第２表に示す結果から、この発明のアルミニウム合金を
セラミックスどの接合に用いた場合の接合強度が著しく
高いことが明らかである。
セラミックスどの接合に用いた場合の接合強度が著しく
高いことが明らかである。
なお、以上の実施例では接合相手材のごラミックスとし
てＡｌ ２０３．ＡＩ Ｎ、ＺｒＯ２を用いた例につい
て示したが、これらに限らず、他のセラミックスとの接
合の場合に６高い接合強１旦が得られることは勿論であ
る。
てＡｌ ２０３．ＡＩ Ｎ、ＺｒＯ２を用いた例につい
て示したが、これらに限らず、他のセラミックスとの接
合の場合に６高い接合強１旦が得られることは勿論であ
る。
また、この発明のアルミニウム合金は、他の金属をセラ
ミックスと接合づる場合に、その金属とセラミックスと
の間におけるインサータとして用いることもできる。
ミックスと接合づる場合に、その金属とセラミックスと
の間におけるインサータとして用いることもできる。
発明の効果
この発明のアルミニウム台金は、セラミックスと接合す
るにあたって、予めヒラミックスの表面にＣｕやＡｃ＋
等のメタライジング層を形成しておくことなく、かつ有
害なフラックスを用いることなく、直接セラミックスと
ひ１相拡散接合により、高い接合強度で強固に接合づる
ことができる。したがって、この発明のアルミニウム合
金にＪ：れば、セラミックスとアルミニウム合金とが強
固に結合−休止した部材を、低コストでかつ安全や公害
上の問題を＋ａ＜ことな（得ることができる。
るにあたって、予めヒラミックスの表面にＣｕやＡｃ＋
等のメタライジング層を形成しておくことなく、かつ有
害なフラックスを用いることなく、直接セラミックスと
ひ１相拡散接合により、高い接合強度で強固に接合づる
ことができる。したがって、この発明のアルミニウム合
金にＪ：れば、セラミックスとアルミニウム合金とが強
固に結合−休止した部材を、低コストでかつ安全や公害
上の問題を＋ａ＜ことな（得ることができる。
第１図は実施例における接合時の温度−荷重−時間曲線
を示す線図、第２図は実施例におりる４点曲げ試験用の
試験片を示す斜視図、第３図は実施例における４点曲げ
試験用治具を示す正面図である。
を示す線図、第２図は実施例におりる４点曲げ試験用の
試験片を示す斜視図、第３図は実施例における４点曲げ
試験用治具を示す正面図である。
Claims (1)
- 重量％でＬｉ０．５〜３％、Ｃｕ２〜８％のいずれか一
方もしくは双方を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不
純物よりなることを特徴とするセラミックス接合用アル
ミニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197523A JP2651847B2 (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | セラミックス接合用アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63197523A JP2651847B2 (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | セラミックス接合用アルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0247236A true JPH0247236A (ja) | 1990-02-16 |
| JP2651847B2 JP2651847B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=16375883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63197523A Expired - Lifetime JP2651847B2 (ja) | 1988-08-08 | 1988-08-08 | セラミックス接合用アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2651847B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018172281A (ja) * | 2011-11-30 | 2018-11-08 | コンポーネント リ−エンジニアリング カンパニー インコーポレイテッド | 材料を接合する方法、プレートアンドシャフトデバイス、及びそれを用いて形成される多層プレート |
| US10991616B2 (en) | 2011-11-30 | 2021-04-27 | Watlow Electric Manufacturing Company | High speed low temperature method for manufacturing and repairing semiconductor processing equipment and equipment produced using same |
| US11091397B2 (en) | 2011-11-30 | 2021-08-17 | Watlow Electric Manufacturing Company | Low temperature method for hermetically joining non-diffusing ceramic materials in multi-layer plate devices |
| US11229968B2 (en) | 2011-11-30 | 2022-01-25 | Watlow Electric Manufacturing Company | Semiconductor substrate support with multiple electrodes and method for making same |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55116682A (en) * | 1979-03-05 | 1980-09-08 | Hitachi Ltd | Soldering material for ceranic conjunction |
| JPS61291943A (ja) * | 1985-06-19 | 1986-12-22 | Masaaki Naga | メタライズ用合金 |
| JPS63220987A (ja) * | 1987-03-06 | 1988-09-14 | Natl Res Inst For Metals | アルミニウム及びアルミナセラミツクスの拡散接合法 |
-
1988
- 1988-08-08 JP JP63197523A patent/JP2651847B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55116682A (en) * | 1979-03-05 | 1980-09-08 | Hitachi Ltd | Soldering material for ceranic conjunction |
| JPS61291943A (ja) * | 1985-06-19 | 1986-12-22 | Masaaki Naga | メタライズ用合金 |
| JPS63220987A (ja) * | 1987-03-06 | 1988-09-14 | Natl Res Inst For Metals | アルミニウム及びアルミナセラミツクスの拡散接合法 |
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| JP2018172281A (ja) * | 2011-11-30 | 2018-11-08 | コンポーネント リ−エンジニアリング カンパニー インコーポレイテッド | 材料を接合する方法、プレートアンドシャフトデバイス、及びそれを用いて形成される多層プレート |
| US10991616B2 (en) | 2011-11-30 | 2021-04-27 | Watlow Electric Manufacturing Company | High speed low temperature method for manufacturing and repairing semiconductor processing equipment and equipment produced using same |
| US11091397B2 (en) | 2011-11-30 | 2021-08-17 | Watlow Electric Manufacturing Company | Low temperature method for hermetically joining non-diffusing ceramic materials in multi-layer plate devices |
| US11229968B2 (en) | 2011-11-30 | 2022-01-25 | Watlow Electric Manufacturing Company | Semiconductor substrate support with multiple electrodes and method for making same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2651847B2 (ja) | 1997-09-10 |
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