KR102220725B1 - 브레이징 필러 금속, 브레이징 필러 합금 판재 및 브레이징 접합 방법 - Google Patents
브레이징 필러 금속, 브레이징 필러 합금 판재 및 브레이징 접합 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 도금 공정을 수행함이 없이 세라믹과 금속을 접합시킬 수 있도록 하는 브레이징 필러 금속, 브레이징 필러 합금 판재 및 브레이징 접합 방법에 관한 것으로서, 전체 중량에 대하여 Ag는 68 내지 75wt%, Cu는 22 내지 30wt%, Ti는 1 내지 4wt% 및 잔부는 Zn-Zr-Si 혼합물 및 불가피 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 금속을 제공 한다.
Description
본 발명은 세라믹-금속 브레이징(Brazing)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 도금 공정을 수행함이 없이 세라믹과 금속을 접합시킬 수 있도록 하는 브레이징 필러 금속, 브레이징 필러 합금 판재 및 브레이징 접합 방법 에 관한 것이다.
금속재료와 세라믹재료는 결정학적인 관점으로 봤을 때 금속재료는 금속결합을 가지나 세라믹재료는 산소, 황, 질소 등의 이온과 금속이온이 공유결합을 갖기 때문에 물리적으로 확연히 다른 특성을 보인다.
일반적으로 금속재료는 전기전도도가 우수하고 연성 가공성을 보이며 산화되나 세라믹재료는 일반적으로 비전도성을 보이고, 연성가공성이 없으며 내산화성이 우수하다. 이러한 재료의 특성 때문에 이 두 재료를 브레이징 접합하여 우수한 특성을 극대화하고 있다.
금속재료와 세라믹재료의 통상적인 브레이징 접합방법이 세라미스트, 제4권, 제6호, 2006년 12월, 30 -36, 등에 게시되어 있다. 표 1에서 볼 수 있듯이 세라믹 표면에 MoMn이 함유된 페이스트를 도포한 다음 1400℃ 이상의 고온에서 열처리하여 세라믹 표면에 MoMn 박막을 형성시키는 금속화 공정, MoMn 금속화 박막에 Ni 박막을 형성시키는 전기도금공정, MoMn 박막과 Ni 박막의 접착력을 향상시키기 위한 열처리공정, MoMn/Ni 박막이 도포된 세라믹과 금속 사이에 브레이징 필러 금속(brazing filler metal, 브레이징 용가재)을 삽입하여 열처리하는 접합공정(브레이징 공정)을 거쳐 세라믹과 금속을 접합시키고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0138444호에는 은 40 - 55 중량%, Cu 20 - 45 중량%, Sn 2 - 10 중량%, In 5 - 15 중량%, Ti 1 - 3 중량%의 조성을 갖는 활성 금속납제를 제조하여 세라믹과 금속 간의 브레징 접합을 할 수 있는 필러 금속을 제조하였다고 게시되어 있다. 한편, 대한민국 등록특허 제10-1569983호에는 Cu 20 - 40 중량%, Ti 1 - 3 중량%, Sn 12 - 60 중량%, 잔량이 Au으로 하는 합금을 제조하였는데 이 합금은 입경이 20μm로 작아서 가공율이 90% 이상으로 할 수 있어서 미세가공이 용이하다는 장점이 있다고 게시되어있다.
상기 브레이징 필러 금속의 Ag-Cu-Ti 합금의 조성은, Binary Alloy Phase Diagrams, American Society for Metals), 1986에서 Ag와 Cu의 공정조성이 Ag, 71.9 wt%와 Cu, 28.1 wt%인 것이 개시되어 있다.
이처럼 비교적 긴 생산공정을 거쳐 세라믹재료와 금속재료를 접합하기 때문에 생산단가도 높고 불량률도 높다는 문제점이 있다. 특히 Ni 도금공정은 생산공정 자체가 강산을 사용하여 맹독의 폐수를 방출하는 등 친환경적이지 못하고 불량률도 비교적 높아서 이 공정을 없애는 것이 중요하다.
이와 같이, 세라믹/금속 브레이징 접합 공정에서 Ni 도금 공정을 제외시킬 수 있는 방법으로 비환경적인 Ni도금 방법 대신 환경 친화적인 스퍼터링이나 진공증착 방법으로 대체하는 방법을 고려할 수 있다. 그러나 이 방법은 비교적 고가인 진공 스퍼터링이나 진공 증착기를 사용하여야 하며 공정 단가도 도금법에 비하여 높다고 알려져 있어서 합당하지 못하다.
세라미스트, 제4권, 제6호, 2006년 12월, 30 ~ 36
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 세라믹-금속 브레이징 접합 공정에 있어서, MoMn 금속 박막이 코팅된 세라믹에 금속을 직접 브레이징 접합할 수 있도록 함으로써 Ni 도금 및 계속되는 열처리 공정을 수행하지 않도록 하여, 제조단가 및 불량률을 낮추어 경제적으로 세라믹/금속 브레이징 접합을 수행할 수 있도록 하는 ZrZnSi 브레이징 필러 금속(filler metal), 브레이징 필러 합금 판재 및 브레이징 접합 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명의 일 실시예는, 전체 중량에 대하여 Ag는 68 내지 75wt%, Cu는 22 내지 30wt%, Ti는 1 내지 4wt% 및 잔부는 Zn-Zr-Si 혼합물 및 불가피 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 금속을 제공한다.
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zr은 전체 중량에 대하여 0.5 ~ 2wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zn은 전체 중량에 대하여 1 내지 4wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Si는 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹은 MoMn 막이 도포된 것을 특징으로 한다.
상기 금속은 무산소동 또는 인바(Invar) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명의 다른 실시예는, 전체 중량에 대하여 Ag는 68 내지 75wt%, Cu는 22 내지 30wt%, Ti는 1 내지 4wt% 및 잔부는 Zn-Zr-Si 혼합물 및 불가피 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 합금 판재를 제공하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zr은 전체 중량에 대하여 0.5 ~ 2wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zn은 전체 중량에 대하여 1 내지 4wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Si는 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹은 MoMn 막이 도포된 것을 특징으로 한다.
상기 금속은 무산소동 또는 인바(Invar) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명의 다른 실시예는, ZrZnSi 브레이징 필러 금속을 제조하는 브레이징 필러 금속 제조 단계; 금속 박막이 도포된 세라믹을 준비하는 세라믹 준비 단계; 상기 세라믹의 상기 금속 박막이 도포된 면과 접합될 금속 사이에 브레이징 필러 금속을 삽입하는 세라믹 브레이징 필러 금속 가접합 단계; 및 열처리에 의해 상기 브레이징 필러 금속을 용융시켜 세라믹/금속 브레이징 접합을 수행하는 열처리용착 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 브레이징 접합 방법을 제공한다.
상기 ZrZnSi 브레이징 필러 금속 제조 단계에서 제조된 상기 브레이징 필러 금속은 전체 중량에 대하여 전체 중량에 대하여 Ag는 68 내지 75wt%, Cu는 22 내지 30wt%, Ti는 1 내지 4wt% 및 잔부는 Zn-Zr-Si 혼합물 및 불가피 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 금속을 제공하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 ZrZnSi 브레이징 필러 금속 제조 단계의 상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zr은 전체 중량에 대하여 0.5 ~ 2wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 ZrZnSi 브레이징 필러 금속 제조 단계의 상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zn은 전체 중량에 대하여 1 내지 4wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 ZrZnSi 브레이징 필러 금속 제조 단계의 상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Si는 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹 준비 단계에서 준비되는 상기 세라믹은 MoMn 막이 도포된 것을 특징으로 한다.
세라믹 브레이징 필러 금속 가접합 단계의 상기 금속은 무산소동 또는 인바(Invar) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따르는 ZrZnSi 브레이징 필러 금속, 브레이징 필러 합금 판재 및 브레이징 접합방법은, MoMn 금속 박막이 코팅된 세라믹에 금속을 직접 브레이징 접합할 수 있도록 함으로써 Ni 도금 및 계속되는 열처리 공정을 수행하지 않도록 하여, 제조단가 및 불량률을 낮추어 경제적으로 세라믹/금속 브레이징 접합을 수행할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 브레이징 접합 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 2는 실시예 1의 세라믹-금속(무산소 구리봉) 접합부의 SEM 조직사진.
도 3. 비교예의 시편의 SEM 조직사진.
도 2는 실시예 1의 세라믹-금속(무산소 구리봉) 접합부의 SEM 조직사진.
도 3. 비교예의 시편의 SEM 조직사진.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 세라믹-금속 브레이징 방법에서 Ni 도금과 도금 공정에 따른 열처리 공정을 수행함이 없이 브레이징을 수행할 수 있도록 하는 필러 금속(용가재) 및 브레이징 접합 방법을 제공한다.
Ni 도금과 도금 공정에 따른 열처리 공정을 수행함이 없이 브레이징을 수행할 수 있도록 하는 방법으로 고려할 수 있는 것은 MoMn 금속 박막이 코팅된 세라믹에 금속을 직접 브레이징 접합할 수 있는 브레이징 필러 금속을 개발하는 방법을 들 수 있다. 이 방법은 MoMn 금속 박막이 코팅된 세라믹에 금속을 직접 브레이징 접합하기 때문에 Ni도금 및 계속되는 열처리 공정을 없앨 수 있어서 제조단가를 낮출 수 있으며 불량률도 낮출 수 있어서 매우 경제적인 방법이라 할 수 있다.
Ni 도금 공정을 수행하지 않는 세라믹 금속 브레이징 접합을 위해 AgCuTi 합금에 첨가하는 원소는 세라믹에 코팅된 MoMn박막 및 용착하려는 금속과의 화학적 결합 여부, 결정구조, 열팽창계수, 융점, 유독성, 가격 등을 고려하여 Zr, Zn, Si 혼합물로 선정되었다.
본원 발명의 일 실시예의 브레이징 필러 금속은 본 발명의 일 실시예는 브레이징 필러 금속은 Ag-Cu-Ti 합금에 적절한 원소를 첨가한 것으로서, 기본 조성은 Ag는 68 내지 75wt%, Cu는 22 내지 30wt%, 용착 열처리 중 세라믹 및 금속과 결합하는 활성이 큰 Ti는 1 내지 4wt% 및 잔부는 Zn-Zr-Si 혼합물 및 불가피 불순물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 브레이징 필러 금속은 Ag-Cu-Ti 합금과 적절한 원소를 첨가하여 다 성분 합금 판재로 가공될 수 있다.
상술한 조성을 가지는 브레이징 필러 금속은 융점이 낮고 응고 시 결정입도가 작은 공정조직을 가져서 기계적 특성이 우수한 특성을 가진다.
상기 Zr은 결정구조가 Ti와 같은 육방정구조이며 활성을 나타내는 파울링 계수(Pauling Scale)가 1.33으로 Ti의 1.54보다 낮아서 활성이 더 높아서 세라믹 및 금속과의 반응성이 높다는 장점이 있다.
상기 Zr의 함량은 전체 중량에 대하여 0.5wt%에서 2wt%이고, 이보다 함량이 적을 경우 첨가효과가 적으며, 이보다 함량이 높을 경우 가공성이 나빠지는 단점이 이 있어 바람직하지 않다.
다음으로, 상기 Zn는 결정구조가 Ti와 같은 육방정 구조이며 파울링계수가 1.65이어서 어느 정도 반응성을 보이며 융점이 419℃로 낮아서 첨가될 경우 용착 온도를 낮추는 기능을 수행한다.
상기 Zn의 함량은 1wt%에서 4wt%이며, 이보다 함량이 적을 경우 첨가효과가 적으며, 이보다 함량이 높을 경우 접합강도가 낮아지는 단점이 있어 바람직하지 않다.
상기 Si는 결정구조가 면심입방구조이고 융점이 1,414℃ 높지만 Ag와 Cu와 합금을 형성하고 열팽창계수가 2.6 μm/(mK)로 낮은 편에 속한다. 또한, 독성을 보이지 않으며 가격도 그다지 높지 않다.
상기 Si의 함량은 0.5 내지 2wt%이며, 이보다 함량이 적을 경우 첨가효과가 적으며, 이보다 함량이 높을 경우 가공성이 나빠지는 단점이 있어 바람직하지 않다.
상기 세라믹에 브레이징 접합되는 금속은 무산소동 또는 인바(Invar) 등 일 수 있다.
상술한 브레이징 필러 금속의 합금조성을 벗어날 경우 융점이 너무 높아져서 경제적이지 못한 단점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 브레이징 접합 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예의 브레이징 접합 방법은, ZrZnSi 브레이징 필러를 제조하는 ZrZnSi 브레이징 필러 금속 제조 단계(S10), 금속 박막이 도포된 세라믹을 준비하는 세라믹 준비 단계(S20), 상기 세라믹의 상기 금속 박막이 도포된 면과 접합될 금속 사이에 브레이징 필러 금속을 삽입하는 세라믹 브레이징 필러 금속 가접합 단계(S30) 및 열처리에 의해 상기 브레이징 필러 금속을 용융시켜 세라믹/금속 브레이징 접합을 수행하는 열처리용착 단계(S40)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 ZrZnSi 브레이징 필러 금속은 전체 중량에 대하여 Ag는 68 내지 75wt%, Cu는 22 내지 30wt%, Ti는 1 내지 4wt% 및 잔부는 Zn-Zr-Si 혼합물 및 불가피 불순물로 구성될 수 있다.
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zr은 전체 중량에 대하여 0.5 ~ 2wt%, 상기 Zn은 전체 중량에 대하여 1 내지 4wt% 및 상기 Si는 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2wt%인 것을 특징으로 한다.
상기 Zn-Zr-Si 브레이징 필러 금속 제조 단계(S10)에는 상기 Zn-Zr-Si 브레이징 필러 금속을 브레이징 필러로서의 브레이징 필러 합금 판재로 가공하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 세라믹은 MoMn 막이 도포된 것을 특징으로 한다.
상기 금속은 무산소동 또는 인바(Invar) 등 일 수 있다.
<실험예>
이상 본 발명을 실시예를 들어 자세히 설명한다, 본 실시예에서는 MoMn박막이 코팅된 알루미나 세라믹에 대해서만 게시하였지만 MoMn박막이 코팅될 수 있는 다른 종류의 세라믹 예를 들면 실리카, 마그네시아, 지르코니아 및 이들의 합금에도 적용이 가능하다.
한편, 비교예로 대한민국 등록특허 제10-0138444호에 게시된 Ag 47wt%, Sn 5wt%, In 7wt%, Ti 3wt%, 잔량 구리의 조성을 갖는 활성 금속납제를 제조하여 세라믹과 금속간의 브레이징 접합을 할 수 있는 필러 금속을 제조하였다.
실시예 1.
Ti가 4wt%, Zr이 1wt%, Zn가 2wt%, Si가 1wt%, Ag가 68wt%, Cu가 잔량인 조성으로 진공 유도로를 사용하여 합금을 용해/주조하였다. 용해된 잉곳은 냉간압연기를 사용하여 2 mm 두께까지 냉간압연하였다. 냉간압연판은 600℃로 가열된 수소열처리로에서 30분간 열처리하였다. 열처리된 압연판은 정밀압연기를 사용하여 두께 0.1 mm까지 압연하여 브레이징용 필러 합금 판재를 제조하였다. 이 압연판을 1 cm x 1 cm 크기로 와이어갓 방식으로 절단하여 최종 필러 합금 판재를 제조하였다.
1 cm x 1 cm x 5cm 크기의 알루미나 봉과 1 cm x 1 cm x 5 cm 크기로 가공된 무산소동(무산소 구리봉)을 준비하고 알루미나봉과 무산소 구리봉을 접촉하도록 거치한 다음 그 사이에 앞에서 준비한 10 cm x 10 cm x 0.1 mm 크기의 필러 합금 판재를 삽입하였다.
용착 처리한 시편은 4점 파단강도 측정법으로 파단강도를 측정하였고 그 결과를 표 1에 보였다.
실시예 2.
Ti가 2wt%, Zr이 2wt%, Zn가 1wt%, Si가 0.5wt%, Ag가 70wt%, Cu가 잔량인 조성으로 진공 유도로를 사용하여 합금을 용해/주조하였다. 그 다음 실시예 1과 같은 방법으로 최종 필러 합금 판재를 제조하였다.
실시예 1과 같은 방법으로 알루미나 봉과 1 cm x 1 cm x 5 cm 크기로 가공된 Invar를 준비하고 알루미나봉과 인바(Invar) 합금봉을 접촉하도록 거치한 다음 그 사이에 앞에서 준비한 10 cm x 10 cm x 0.1 mm 크기의 필러 합금 판재를 삽입하였다. 이 상태로 진공열처리에 장입한 다음 진공도, 5 x10-5 torr, 850℃에서 5분간 용착 처리하였다.
용착 처리한 시편은 4점 파단강도 측정법으로 파단강도를 측정하였고 그 결과를 표 1에 보였다.
실시예 3.
Ti가 1wt%, Zr이 0.5wt%, Zn가 4wt%, Si가 2wt%, Ag가 75wt%, Cu가 잔량인 조성으로 진공 유도로를 사용하여 합금을 용해/주조하였다. 그 다음 실시예 1과 같은 방법으로 최종 필러 합금 판재를 제조하였다.
실시예 1과 같은 방법으로 알루미나 봉과 1 cm x 1 cm x 5 cm 크기로 가공된 Invar를 준비하고 알루미나 봉과 인바(Invar) 합금봉을 접촉하도록 거치한 다음 그 사이에 앞에서 준비한 10 cm x 10 cm x 0.1 mm 크기의 필러 합금 판재를 삽입하였다. 이 상태로 진공열처리에 장입한 다음 진공도, 5 x10-5 torr, 850℃에서 5분간 용착 처리하였다.
용착 처리한 시편은 4점 파단강도 측정법으로 파단강도를 측정하였고 그 결과를 표 1에 보였다.
실시예 4.
Ti가 3wt%, Zr이 1wt%, Zn가 2wt%, Si가 1wt%, Ag가 70wt%, Cu가 잔량인 조성으로 진공 유도로를 사용하여 합금을 용해/주조하였다. 그 다음 실시예 1과 같은 방법으로 최종 필러 합금 판재를 제조하였다.
실시예 1과 같은 방법으로 알루미나 봉과 1 cm x 1 cm x 5 cm 크기로 가공된 Invar를 준비하고 알루미나 봉과 인바(Invar) 합금봉을 접촉하도록 거치한 다음 그 사이에 앞에서 준비한 10 cm x 10 cm x 0.1 mm 크기의 필러 합금 판재를 삽입하였다. 이 상태로 진공열처리에 장입한 다음 진공도, 5 x10-5 torr, 850℃에서 5분간 용착 처리하였다.
용착 처리한 시편은 4점 파단강도 측정법으로 파단강도를 측정하였고 그 결과를 표 1에 보였다.
비교예.
Ag 47wt%, Sn석 5wt%, In 7wt%, Ti 3wt%, 잔량 구리의 조성으로 진공 유도로를 사용하여 합금을 용해/주조하였다. 그 다음 실시예 1과 같은 방법으로 최종 필러 합금 판재를 제조하였다.
실시예 1과 같은 방법으로 1 cm x 1 cm x 5 cm 크기의 알루미나 봉과 1 cm x 1 cm x 5 cm 크기로 가공된 인바(Invar) 합금봉을 준비하고 알루미나 봉과 인바(Invar)를 접촉하도록 거치한 다음 그 사이에 앞에서 준비한 10 cm x 10 cm x 0.1 mm 크기의 필러 합금 판재를 삽입하였다. 이 상태로 진공열처리에 장입한 다음 진공도, 5 x10-5 torr, 850℃에서 5분간 용착 처리하였다.
용착 처리한 시편은 4점 파단강도 측정법으로 파단강도를 측정하였고 그 결과를 표 1에 보였다.
또한, 용착 처리한 시편의 단면을 주사전자 현미경을 사용하여 관찰하였다.
도 2는 실시예 1의 세라믹-금속(무산소 구리봉) 이종접합부의 SEM 사진이고, 도 3은 비교예의 시편의 세라믹-금속 이종접합부의 SEM 사진이다.
도 2 및 도 3과 같이, Zr, Zn와 Si 첨가된 실시예 1의 미세조직의 SEM 사진의 경우 필러금속이 세라믹(1)에 코팅된 MoMn막과 무산소 구리봉(3) 금속 사이에 채워져 AgCuZrZnSi계 용가재 펠렛(5)을 형성하였으며, 필러금속과 접촉한 세라믹(알루미나)(1) 표면에 평균 7.9 μm 두께의 반응층(MoMn 막(7)(MoMn 메탈라이징층))이 형성되었다. 그러나 AgCu계 용가재가 적용된 비교예의 경우 AgCu계 용가재가 펠렛(6)이 불완전하게 채워져 이 반응층의 두께가 평균 2.3 μm로 얇을 뿐만 아니라 기공도 발견할 수 있음을 알 수 있다. 이로부터 표 1에 보인 바와 같은 실시예의 파단강도가 비교예의 그것보다 우수한 특성을 보인 것은 반응층이 두껍고 기공도 없었기 때문인 것으로 판단하였다.
| 시편 번호 | 4점 파단강도(kgf/cm2) |
| 실시예 1 | 343 |
| 실시예2 | 362 |
| 실시예3 | 345 |
| 실시예4 | 365 |
| 비교예 | 221 |
본 발명의 실시예의 설명에서, 세라믹의 일 예로서 알루미나 세라믹을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 적용되는 세라믹은 다른 종류의 세라믹 예를 들면 실리카, 마그네시아, 지르코니아 및 이들의 합금일 수도 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 세라믹(알루미나봉)
3: 무산소 구리봉
4: Ni 층
5: AgCuZrZnSi계 용가재 펠렛
6: AgCu계 용가재 펠렛
7: MoMn 막(MoMn 메탈라이징층)
3: 무산소 구리봉
4: Ni 층
5: AgCuZrZnSi계 용가재 펠렛
6: AgCu계 용가재 펠렛
7: MoMn 막(MoMn 메탈라이징층)
Claims (19)
- 전체 중량에 대하여 Ag는 68 내지 75wt%, Cu는 22 내지 30wt%, Ti는 1 내지 4wt% 및 잔부는 Zn-Zr-Si 혼합물 및 불가피 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 금속.
- 제1항에 있어서,
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zr은 전체 중량에 대하여 0.5 ~ 2wt%인 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 금속. - 제1항에 있어서,
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zn은 전체 중량에 대하여 1 내지 4wt%인 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 금속. - 제1항에 있어서,
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Si는 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2wt%인 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 금속. - 제1항에 있어서,
상기 세라믹은 MoMn 막이 도포된 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 금속. - 제1항에 있어서,
상기 금속은 무산소동 또는 인바(Invar) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 금속. - 전체 중량에 대하여 Ag는 68 내지 75wt%, Cu는 22 내지 30wt%, Ti는 1 내지 4wt% 및 잔부는 Zn-Zr-Si 혼합물 및 불가피 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 합금 판재.
- 제7항에 있어서,
상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zr은 전체 중량에 대하여 0.5 ~ 2wt%인 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 합금 판재. - 제7항에 있어서, 상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zn은 전체 중량에 대하여 1 내지 4wt%인 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 합금 판재.
- 제7항에 있어서, 상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Si는 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2wt%인 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 합금 판재.
- 제7항에 있어서,
상기 세라믹은 MoMn 막이 도포된 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 합금 판재. - 제7항에 있어서, 상기 금속은 무산소동 또는 인바(Invar) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세라믹 금속 접합용 브레이징 필러 합금 판재.
- ZrZnSi 브레이징 필러 금속을 제조하는 ZrZnSi 브레이징 필러 금속 제조 단계;
금속 박막이 도포된 세라믹을 준비하는 세라믹 준비 단계;
상기 세라믹의 상기 금속 박막이 도포된 면과 접합될 금속 사이에 브레이징 필러 금속을 삽입하는 세라믹 브레이징 필러 금속 가접합 단계; 및
열처리에 의해 상기 브레이징 필러 금속을 용융시켜 세라믹/금속 브레이징 접합을 수행하는 열처리용착 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 브레이징 필러 금속 제조 단계에서 제조된 상기 브레이징 필러 금속은 전체 중량에 대하여 Ag는 68 내지 75wt%, Cu는 22 내지 30wt%, Ti는 1 내지 4wt% 및 잔부는 Zn-Zr-Si 혼합물 및 불가피 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 브레이징 접합 방법. - 삭제
- 제13항에 있어서,
상기 브레이징 필러 금속 제조 단계의 상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zr은 전체 중량에 대하여 0.5 ~ 2wt%인 것을 특징으로 하는 브레이징 접합 방법. - 제13항에 있어서,
상기 브레이징 필러 금속 제조 단계의 상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Zn은 전체 중량에 대하여 1 내지 4wt%인 것을 특징으로 하는 브레이징 접합 방법. - 제13항에 있어서,
상기 브레이징 필러 금속 제조 단계의 상기 Zn-Zr-Si 혼합물에서, 상기 Si는 전체 중량에 대하여 0.5 내지 2wt%인 것을 특징으로 하는 브레이징 접합 방법. - 제13항에 있어서,
상기 세라믹 준비 단계에서 준비되는 상기 세라믹은 MoMn 막이 도포된 것을 특징으로 하는 브레이징 접합 방법. - 제13항에 있어서,
세라믹 브레이징 필러 금속 가접합 단계의 상기 금속은 무산소동 또는 인바(Invar) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 브레이징 접합 방법.
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