JP2005066686A - 接合材、接合材の製造方法、およびこれを用いた真空バルブ - Google Patents
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Abstract
【課題】 工業的に価値のある低コストで、かつ、Ag−Cu2元合金に比べて固相線温度の高い接合材、接合材の製造方法、およびこの接合材を用いた真空バルブを提供する。
【解決手段】 CuとNiを配合重量比83.5:16.5で溶解して得たCu−Ni合金の均質な液相に対して固体のAgを配合重量比が45.5:54.5となるように均質に溶解する。このAgの溶解はAr雰囲気下にて行う。得られたAg−Cu−Ni合金溶融液を連続鋳造してAg−Cu−Ni合金接合材とする。この接合材は、Ag/(Ag+Cu)組成比が重量分率において0.55〜0.65の範囲にあり、Ni含有量が5〜8wt%の範囲である。このようにして、Ag−Cu2元合金に比べて固相線温度の高い接合材が得られる。
【選択図】 なし
【解決手段】 CuとNiを配合重量比83.5:16.5で溶解して得たCu−Ni合金の均質な液相に対して固体のAgを配合重量比が45.5:54.5となるように均質に溶解する。このAgの溶解はAr雰囲気下にて行う。得られたAg−Cu−Ni合金溶融液を連続鋳造してAg−Cu−Ni合金接合材とする。この接合材は、Ag/(Ag+Cu)組成比が重量分率において0.55〜0.65の範囲にあり、Ni含有量が5〜8wt%の範囲である。このようにして、Ag−Cu2元合金に比べて固相線温度の高い接合材が得られる。
【選択図】 なし
Description
本発明は、接合材、接合材の製造方法、およびこの接合材を用いた真空バルブに関する。
一般に銀ろうと呼ばれる接合材においては、AgとCuの2元共晶組成付近の組成のものが通常用いられる。AgとCu以外には、Zn,Cd,Sn,In,Pd,Ni,Mn,Pといった種々の合金成分が添加されている。このうち真空機器に用いられる銀ろう材には、Pd,Sn,In,Niといった蒸気圧の低い添加成分が選択される。
例えば、特許文献1には、Ag−Cu合金に、添加成分としてSnまたはInを使用した銀ろう材が記載されている。
特公昭62−36797号公報(第1−2頁、図1)
銀ろう材の中で、Ag−Cu共晶ろうは脆い金属間化合物などを晶出せず機械的信頼性が高いことから、一般に数多く使用されている。また、流動性も適当であることから、気密封着部などにもAg−Cu共晶ろうは多用されている。
一方、工業的によく使われるステップろう付けは、溶融温度の異なる2種類のろう材を必要とする。従って、その一方、特に低温側にAg−Cu共晶ろうを用いた場合、このろう材の融点すなわちAgとCuの2元共晶温度より少なくとも50℃高い温度において、固相または、固相率が高く、接合状態の維持が可能な接合材が必要となる。
AgとCuの2元共晶温度は、778℃であるが、この2元共晶温度を上昇させ得る成分は、実用化されている銀ろう材の合金成分では、PdおよびNiのみである。
PdはAg,Cuのいずれにも相互に良く溶解し、778℃以上の固相線温度が要求される場合には、非常に有効であるが、Pdが高価であるため、Pdを含む銀ろう材も高価なものとなる。
一方Pdと同属元素のNiも、同様な固相線温度上昇作用が期待されるが、Agとの親和性が低いため、実用化されているAg−Cu−Niろうはいずれも添加量が少ないものであり、固相線温度はAg−Cu2元合金のものと大差がない。
本発明は、上記の現状を鑑み、工業的に価値のある低コストで、かつ、Ag−Cu2元合金に比べて固相線温度の高い接合材、接合材の製造方法、およびこの接合材を用いた真空バルブを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る接合材は、Ag−Cu−Ni系合金接合材において、Ag/(Ag+Cu)組成比が重量分率において0.55〜0.65の範囲にあり、Ni含有量が5〜8wt%の範囲であることを特徴とする。
また、本発明に係るNiを5〜8wt%含有するAg−Cu−Ni合金接合材の製造方
法は、NiとCuを溶解してCu−Ni合金の溶融体を製造する第1の工程と、前記Cu−Ni合金にAgを添加してAg−Cu−Ni溶融体を製造する第2の工程と、前記Ag−Cu−Ni溶融体を鋳造することによりAg−Cu−Ni合金を製造する第3の工程とを備えたことを特徴とする。
法は、NiとCuを溶解してCu−Ni合金の溶融体を製造する第1の工程と、前記Cu−Ni合金にAgを添加してAg−Cu−Ni溶融体を製造する第2の工程と、前記Ag−Cu−Ni溶融体を鋳造することによりAg−Cu−Ni合金を製造する第3の工程とを備えたことを特徴とする。
なお、上記組成の接合材に、2〜4wt%のSnを含有させることもできる。
また、本発明に係る真空バルブは、上記組成の接合材を使用したことを特徴とする。
本発明に係る接合材によれば、Ag−Cu共晶温度より50℃高い温度で通常行われるAg−Cu共晶ろう材による接合工程の温度における固相率を40vol%以上とすることができ、一旦接合した部材の前記工程での接合温度での離反を抑制することができる。また、接合材の液相線温度は、このAg−Cu共晶ろうの溶融温度との差が150℃以内であり、従って、接合温度を低く抑えることができる。以上の特徴から、本発明の接合材は、共晶ろう材とのステップろう付けにおいて使用が可能となる。
また、本発明に係る製造方法によれば、Niを主成分とする相の形成を抑制することができ、良好な特性の接合材を得ることができる。
更に、上記組成の接合材を使用した本発明に係る真空バルブによれば、その組立てにおいて、接合材をCuまたはCu合金部材に使用した場合においても、ステンレスなどの部材に使用した場合においても良好な接合状態が得られる。
このように、本発明によれば、工業的に価値のある低コストで、かつ、Ag−Cu2元合金に比べて固相線温度の高い接合材、接合材の製造方法、およびこの接合材を用いた真空バルブを提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
発明者らは、上記課題を解決するには、均一な組織を有するAg−Cu−Ni接合材とこれを実現する製造プロセスの適用が最も有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
[接合材および接合材の製造方法についての実施例]
まず、本発明のうち、接合材および接合材の製造方法に関する部分の実施例について説明する。
まず、本発明のうち、接合材および接合材の製造方法に関する部分の実施例について説明する。
接合材の製造方法
図1および図2に、接合材の特性評価に用いた実施例および比較例の製造条件と接合材組成を示す。
図1および図2に、接合材の特性評価に用いた実施例および比較例の製造条件と接合材組成を示す。
(実施例1〜7および比較例1〜8)
下記の条件を基本条件とし、接合材組成および製造条件を変化させた場合について評価した。
下記の条件を基本条件とし、接合材組成および製造条件を変化させた場合について評価した。
工程1:CuとNiを配合重量比83.5:16.5で溶解し、Niを完全にCu液相中に溶解する。
工程2:前記Cu−Ni合金の均質な液相に対して固体のAgを配合重量比が45.5:54.5となるように均質に溶解する。このAgの溶解はAr雰囲気下にて行う。
工程3:前記Ag−Cu−Ni合金溶融液を連続鋳造にて板材に加工する。
工程4:前記Ag−Cu−Ni合金板材を圧延してシート状の接合材を得る。
(実施例8〜12および比較例9〜14)
下記の条件を基本条件とし、接合材組成および製造条件を変化させた場合について評価した。
下記の条件を基本条件とし、接合材組成および製造条件を変化させた場合について評価した。
工程1:CuとNiを配合重量比83.5:16.5で溶解し、Niを完全にCu液相中に溶解する。
工程2:前記Cu−Ni合金の均質な液相に対して固体のAgを配合重量比が45.5:54.5となるように均質に溶解する。このAgの溶解はAr雰囲気下にて行う。
工程3:前記Ag−Cu−Ni合金の均質な液相に対して、固体のSnを配合重量比が99:1となるように均質に溶解する。このSnの溶解はAr雰囲気下にて行う。
工程4:前記Ag−Cu−Ni−Sn合金溶融液を連続鋳造にて板材に加工する。
工程5:前記Ag−Cu−Ni−Sn合金板材を圧延してシート状の接合材を得る。
接合材の評価方法
作製したAg−Cu−Ni合金接合材またはAg−Cu−Ni−Sn合金接合材は、光学顕微鏡で組織写真を撮影し、写真から、以下の項目について評価した。
作製したAg−Cu−Ni合金接合材またはAg−Cu−Ni−Sn合金接合材は、光学顕微鏡で組織写真を撮影し、写真から、以下の項目について評価した。
1)液相線温度
DSC分析における凝固時の熱変化のプロファイルから求めた。接合温度は、経済性から低く抑える必要性があり、Ag−Cu共晶ろう材とのステップろう付けを想定した場合、Ag−Cu共晶温度との差が150℃以下であることが望ましく、この範囲を合格とした。
DSC分析における凝固時の熱変化のプロファイルから求めた。接合温度は、経済性から低く抑える必要性があり、Ag−Cu共晶ろう材とのステップろう付けを想定した場合、Ag−Cu共晶温度との差が150℃以下であることが望ましく、この範囲を合格とした。
2)ステップろう付け用接合材としての適合性
本接合材を高温側の接合処理に用い、低温側の接合処理をAg−Cu共晶ろう材とするには、Ag−Cu共晶ろう材の溶融温度である778℃から50℃高い接合温度828℃程度の温度にて高い固相率を有することが必要である。従ってこの温度にて固相状態である領域Aの体積率を指標として、測定した。光学顕微鏡で組織写真を撮影し、写真から面積率を求め、40%以上である場合を合格とした。
本接合材を高温側の接合処理に用い、低温側の接合処理をAg−Cu共晶ろう材とするには、Ag−Cu共晶ろう材の溶融温度である778℃から50℃高い接合温度828℃程度の温度にて高い固相率を有することが必要である。従ってこの温度にて固相状態である領域Aの体積率を指標として、測定した。光学顕微鏡で組織写真を撮影し、写真から面積率を求め、40%以上である場合を合格とした。
3)材料の均質性
組成にばらつきがなく、組織的に均質とするには、Niを主成分とする相の形成を抑制する必要がある。そこで、均質性の指標として、Niを主成分とする相の体積率を調べた。光学顕微鏡で組織写真を撮影し、写真から面積率を求め、Niを主成分とする相の割合が1%以下のものを合格とした。
組成にばらつきがなく、組織的に均質とするには、Niを主成分とする相の形成を抑制する必要がある。そこで、均質性の指標として、Niを主成分とする相の体積率を調べた。光学顕微鏡で組織写真を撮影し、写真から面積率を求め、Niを主成分とする相の割合が1%以下のものを合格とした。
4)濡れ広がり性
実施例8〜12および比較例9〜14では、1)〜3)の評価項目に加えて、濡れ広がり性についても評価した。接合材を図5に示す1対のCu製の被接合材14,15の間の
a部に挟んで接合を実施した。接合材が溶融すると、被接合材14の自重により、接合材はb部に進入するが、その度合いは接合材の濡れ広がり性に依存する。接合材がb部に進入する度合いに応じて、接合層の厚さは薄くなる。
実施例8〜12および比較例9〜14では、1)〜3)の評価項目に加えて、濡れ広がり性についても評価した。接合材を図5に示す1対のCu製の被接合材14,15の間の
a部に挟んで接合を実施した。接合材が溶融すると、被接合材14の自重により、接合材はb部に進入するが、その度合いは接合材の濡れ広がり性に依存する。接合材がb部に進入する度合いに応じて、接合層の厚さは薄くなる。
そこで濡れ広がり性の指標として、接合前の接合材の厚さと接合後の接合層の厚さの差を測定し、この差の接合層の初期厚さに対する割合(以下ではα値と称する)が0.5以上の場合を合格とした。接合材の厚さはマイクロメータにて測定し、接合後の接合層の厚さは光学顕微鏡で組織写真を撮影し、写真から求めた。
特性評価結果
次に、接合材の特性評価結果について説明する。
次に、接合材の特性評価結果について説明する。
図3および図4に、接合材の特性評価結果を示す。
<実施例1〜7および比較例1〜8>
まず、Ag−Cu−Ni合金接合材に関する実施例および比較例について説明する。
まず、Ag−Cu−Ni合金接合材に関する実施例および比較例について説明する。
(実施例1〜2および比較例1〜2)
基本条件のAg/(Ag+Cu)重量比を0.50〜0.70の間で変化させ、特性を評価した。Ag/(Ag+Cu)重量比が0.55〜0.65の範囲にある実施例1および実施例2は、液相温度が920℃以下であり、領域Aの体積率がいずれも40%以上と十分高く、またNi相の晶出は見られていない。しかしながら、Ag/(Ag+Cu)の重量比が0.50の比較例1は、Cuが多すぎるため、液相線温度が高すぎ、不適当である。一方、この比が0.70の比較例2では、Ag−richとなりすぎているため、Cuを主成分とする相で形成される領域Aの割合が少なすぎ、不適当である。
基本条件のAg/(Ag+Cu)重量比を0.50〜0.70の間で変化させ、特性を評価した。Ag/(Ag+Cu)重量比が0.55〜0.65の範囲にある実施例1および実施例2は、液相温度が920℃以下であり、領域Aの体積率がいずれも40%以上と十分高く、またNi相の晶出は見られていない。しかしながら、Ag/(Ag+Cu)の重量比が0.50の比較例1は、Cuが多すぎるため、液相線温度が高すぎ、不適当である。一方、この比が0.70の比較例2では、Ag−richとなりすぎているため、Cuを主成分とする相で形成される領域Aの割合が少なすぎ、不適当である。
(実施例3〜4および比較例3〜4)
基本条件のNi含有量を4〜9wt%の間で変化させ、特性を評価した。Ni含有量が5〜8wt%の範囲にある実施例3および実施例4は、いずれも良好な接合特性を示したが、Ni含有量がこの範囲より少ない比較例3では、領域Aの体積率(固相率)が35vol%と少なく不良である。一方、Ni含有量が9wt%と多い比較例4では、液相線温度が940℃と高くなりすぎ、Niが主成分の相も5wt%形成され、不適当である。
基本条件のNi含有量を4〜9wt%の間で変化させ、特性を評価した。Ni含有量が5〜8wt%の範囲にある実施例3および実施例4は、いずれも良好な接合特性を示したが、Ni含有量がこの範囲より少ない比較例3では、領域Aの体積率(固相率)が35vol%と少なく不良である。一方、Ni含有量が9wt%と多い比較例4では、液相線温度が940℃と高くなりすぎ、Niが主成分の相も5wt%形成され、不適当である。
以上の実施例1〜4および比較例1〜4から明らかなように、Ag−Cu−Ni系合金接合材において、Ag/(Ag+Cu)組成比が重量分率において0.55〜0.65の範囲にあり、Ni含有量が5〜8wt%の範囲であることが好ましい。
この組成範囲では、Ag−Cu共晶温度より50℃高い温度で通常行われるAg−Cu共晶ろう材による接合工程の温度における固相率を40vol%以上とすることができ、一旦接合した部材の前記工程での接合温度での離反を抑制することができる。また、接合材の液相線温度は、このAg−Cu共晶ろうの溶融温度との差が150℃以内であり、従って、接合温度を低く抑えることができる。以上の特徴から、本発明の接合材は、共晶ろう材とのステップろう付けにおいて使用が可能となる。
また、この組成範囲において、接合材の組織は、下記のような相で形成される均質な組織であることが望ましい。すなわち、Ni含有量が5wt%以上のCuを主成分とする相の粒子が存在する領域A(合金の凝固時に828℃以上の高温で凝固する部分)と、領域Aの間に存在しAgを主成分とするマトリックスとNi含有量が1wt%以下のCuを主成分とする相で構成される領域B(Ag−Cu共晶温度の778℃付近で凝固する部分)からなり、領域Aが40vol%以上を占めることとする。領域Aを構成するNi含有量
が5wt%以上のCuを主成分とする相は、Agを固溶限まで含有していても、Ag−Cu共晶温度より50℃高い温度においては全く溶融せず、従って、この領域Aの体積率が40vol%以上あれば、領域Bが完全溶融した場合でも、接合部が離反せず、良好なステップろう付けが可能となる。
が5wt%以上のCuを主成分とする相は、Agを固溶限まで含有していても、Ag−Cu共晶温度より50℃高い温度においては全く溶融せず、従って、この領域Aの体積率が40vol%以上あれば、領域Bが完全溶融した場合でも、接合部が離反せず、良好なステップろう付けが可能となる。
次に、本発明のAg−Cu−Ni合金接合材の製造方法に関する実施例および比較例の評価結果について説明する。
(実施例5および比較例5〜6)
基本条件通りにサンプルを作成した実施例5と、Ag,Cu,Niを溶解する際に各成分の原料を同時に溶解した比較例5、およびAg,Cuを先に溶解して後からNiを添加した比較例6とを比較評価した。実施例5では、良好な接合材の特性が得られているが、全成分の原料を同時溶解した比較例5、およびAg−Cu融液にNiを添加した比較例6では、Niを主成分とする相がそれぞれ5vol%および3vol%形成され、不適当であった。
基本条件通りにサンプルを作成した実施例5と、Ag,Cu,Niを溶解する際に各成分の原料を同時に溶解した比較例5、およびAg,Cuを先に溶解して後からNiを添加した比較例6とを比較評価した。実施例5では、良好な接合材の特性が得られているが、全成分の原料を同時溶解した比較例5、およびAg−Cu融液にNiを添加した比較例6では、Niを主成分とする相がそれぞれ5vol%および3vol%形成され、不適当であった。
このように、Ag,Cu,Niの全成分の原料を同時溶解したり、Ag,Cuを先に溶解して後からNiを添加したりすると、Niを主成分とする相が1vol%を越えて生成され、材料の均質性に問題が生じる。従って、組成にばらつきがなく、組織的に均質とするには、未溶解のNi相の残存を抑制するために、基本条件通りに、まずNiとCuを溶解して均質なCu−Ni溶融体を製造し、これにAgを添加して均質なAg−Cu−Ni溶融体を製造することが必要となる。
このようにして、Niを主成分とする相が1vol%以下となるようにNiを主成分とする相の形成を抑制した場合、より均質な接合特性(溶融温度、濡れ広がり性)が得られる。
このようにして、Niを主成分とする相が1vol%以下となるようにNiを主成分とする相の形成を抑制した場合、より均質な接合特性(溶融温度、濡れ広がり性)が得られる。
(実施例6および比較例7)
基本条件通りにサンプルを作成した実施例6と、鋳造をバッチ式に行った比較例7とを比較評価した。実施例6では、良好な接合材の特性が得られているが、バッチ鋳造した比較例7では、凝固偏析が発生し、Niを主成分とする相が4vol%形成されており、不適当である。
基本条件通りにサンプルを作成した実施例6と、鋳造をバッチ式に行った比較例7とを比較評価した。実施例6では、良好な接合材の特性が得られているが、バッチ鋳造した比較例7では、凝固偏析が発生し、Niを主成分とする相が4vol%形成されており、不適当である。
このように、Ag−Cu−Ni溶融体を連続鋳造にて鋳造することにより、Ni相の晶出とポアの形成を抑制し、均質な組織の実現が図れる。
(実施例7および比較例8)
基本条件通りにサンプルを作成した実施例7と、Agの溶解を真空中で行った比較例8とを比較評価した。実施例7では良好な接合材の特性が得られているが、真空雰囲気中にてAgを溶解した比較例8では、Agの過剰蒸発を抑制する必要性から溶湯の温度を十分高めることができず、Niの溶解が不十分となり、Niを主成分とする相が5vol%形成され、不適当である。
基本条件通りにサンプルを作成した実施例7と、Agの溶解を真空中で行った比較例8とを比較評価した。実施例7では良好な接合材の特性が得られているが、真空雰囲気中にてAgを溶解した比較例8では、Agの過剰蒸発を抑制する必要性から溶湯の温度を十分高めることができず、Niの溶解が不十分となり、Niを主成分とする相が5vol%形成され、不適当である。
このように、Cu−Ni合金にAgを添加する際に、Arガスなどの不活性ガス雰囲気下で行うことで、この工程をより高温で実施することが可能となり、未溶解のNi相の残存を抑制できる。
<実施例8〜12および比較例9〜14>
次に、Ag−Cu−Ni−Sn合金接合材に関する実施例および比較例について説明する。
次に、Ag−Cu−Ni−Sn合金接合材に関する実施例および比較例について説明する。
上述のAg−Cu−Ni合金接合材により、Ag−Cu共晶ろうとのステップろう付けは可能となるが、被接合材がCuまたはCu合金の場合には、接合工程において、接合材中に多量のCuが溶解し、接合材の流動性が低下する。発明者らは、このようなCuまたはCu合金を被接合材に選択した場合、上記接合材にSnを含有させることが有効であることを見出した。SnはCuとの界面反応を促進することにより、これらの被接合材料に対する濡れ性を改善する。
(実施例8〜9および比較例9〜10)
基本条件のSn含有量を1〜5wt%の間で変化させ、特性を評価した。Sn含有量が2〜4wt%の範囲にある実施例8および実施例9は、いずれも前述のα値が0.5以上と良好な濡れ性を示したが、Sn含有量が1wt%とこの範囲より少ない比較例9では、α値が0.4と少なく不良である。一方、Sn含有量が5wt%と多い比較例10では、領域Aの割合が35%と少なくなりすぎ不適当である。
基本条件のSn含有量を1〜5wt%の間で変化させ、特性を評価した。Sn含有量が2〜4wt%の範囲にある実施例8および実施例9は、いずれも前述のα値が0.5以上と良好な濡れ性を示したが、Sn含有量が1wt%とこの範囲より少ない比較例9では、α値が0.4と少なく不良である。一方、Sn含有量が5wt%と多い比較例10では、領域Aの割合が35%と少なくなりすぎ不適当である。
以上のことから、Sn含有量は、2〜4wt%とするのがよい。
(実施例10および比較例11〜12)
基本条件通りにサンプルを作成した実施例10と、Ag,Cu,Ni,Snを溶解する際に各成分の原料を同時に溶解した比較例11、およびAg,Cu,Snを先に溶解して後からNiを添加した比較例12とを比較評価した。実施例10では、良好な接合材の特性が得られているが、全成分の原料を同時溶解した比較例11およびAg−Cu−Sn融液にNiを添加した比較例12では、Niを主成分とする相がそれぞれ3vol%および4vol%形成され、不適当であった。
基本条件通りにサンプルを作成した実施例10と、Ag,Cu,Ni,Snを溶解する際に各成分の原料を同時に溶解した比較例11、およびAg,Cu,Snを先に溶解して後からNiを添加した比較例12とを比較評価した。実施例10では、良好な接合材の特性が得られているが、全成分の原料を同時溶解した比較例11およびAg−Cu−Sn融液にNiを添加した比較例12では、Niを主成分とする相がそれぞれ3vol%および4vol%形成され、不適当であった。
このように、Ag,Cu,Ni,Snの全成分の原料を同時溶解したり、Ag,Cu,Snを先に溶解して後からNiを添加したりすると、Niを主成分とする相が1vol%を越えて生成され、材料の均質性に問題が生じる。従って、組成にばらつきがなく、組織的に均質とするには、未溶解のNi相の残存を抑制するために、基本条件通りに、まずNiとCuを溶解して均質なCu−Ni溶融体を製造し、これにAgを添加して均質なAg−Cu−Ni溶融体を製造し、これにSnを添加して均質なAg−Cu−Ni−Sn溶融体を製造することが必要となる。なお、AgとSnの添加順序を入れ替えても同様の効果が得られる。
(実施例11および比較例13)
基本条件通りにサンプルを作成した実施例11と、鋳造をバッチ式に行った比較例13とを比較評価した。実施例11では、良好な接合材の特性が得られているが、バッチ鋳造した比較例13では、凝固偏析が発生し、Niを主成分とする相が3vol%形成されており、不適当である。
基本条件通りにサンプルを作成した実施例11と、鋳造をバッチ式に行った比較例13とを比較評価した。実施例11では、良好な接合材の特性が得られているが、バッチ鋳造した比較例13では、凝固偏析が発生し、Niを主成分とする相が3vol%形成されており、不適当である。
このように、Ag−Cu−Ni合金接合材の場合と同様、Ag−Cu−Ni−Sn溶融体を連続鋳造することで、Ni相の晶出とポアの形成を抑制し、均質な組織の実現が図れる。
(実施例12および比較例14)
基本条件通りにサンプルを作成した実施例12と、AgおよびSnの溶解を真空中で行った比較例14とを比較評価した。実施例12では良好な接合材の特性が得られているが、真空雰囲気中にてAgおよびSnを溶解した比較例14では、Ag,Snの過剰蒸発を抑制する必要性から溶湯の温度を十分高めることができず、Niの溶解が不十分となり、Niを主成分とする相が3vol%形成され、不適当である。
(実施例12および比較例14)
基本条件通りにサンプルを作成した実施例12と、AgおよびSnの溶解を真空中で行った比較例14とを比較評価した。実施例12では良好な接合材の特性が得られているが、真空雰囲気中にてAgおよびSnを溶解した比較例14では、Ag,Snの過剰蒸発を抑制する必要性から溶湯の温度を十分高めることができず、Niの溶解が不十分となり、Niを主成分とする相が3vol%形成され、不適当である。
このように、Agを添加して均質なAg−Cu−Ni溶融体を製造する工程2およびS
nを添加して均質なAg−Cu−Ni−Sn溶融体を製造する工程3を不活性ガス雰囲気下で行うことで、この工程をより高温で実施することが可能となり、未溶解のNi相の残存を抑制できる。なお、Agを添加する工程2とSnを添加する工程3のうち、Agを添加する工程2だけを不活性ガス雰囲気下で行っても効果がある。
nを添加して均質なAg−Cu−Ni−Sn溶融体を製造する工程3を不活性ガス雰囲気下で行うことで、この工程をより高温で実施することが可能となり、未溶解のNi相の残存を抑制できる。なお、Agを添加する工程2とSnを添加する工程3のうち、Agを添加する工程2だけを不活性ガス雰囲気下で行っても効果がある。
[真空バルブの実施例]
次に本発明の真空バルブに関する実施例について説明する。
次に本発明の真空バルブに関する実施例について説明する。
図6は、本発明の接合材を適用した真空バルブの一実施例の断面図である。
図6において、遮断室1は、絶縁材料によりほぼ円筒状に形成された絶縁容器2と、この両端に封止金具3a,3bを介して設けた金属製の蓋体4a,4bとで真空気密に構成されている。
遮断室1内には、導電棒5,6の対向する端部に取付けられた一対の電極7,8が配設され、上部の電極7を固定電極、下部の電極8を可動電極としている。また、この電極8の導電棒6には、ベローズ9が取付けられ、遮断室1内を真空気密に保持しながら電極8の軸方向の移動を可能にしている。
また、このベローズ9上部には金属製のアークシールド10が設けられ、ベローズ9がアーク蒸気で覆われることを防止している。また、電極7,8を覆うように、遮断室1内に金属製のアークシールド11が設けられ、これにより絶縁容器2がアーク蒸気で覆われることを防止している。アークシールド11は蓋体4aにろう付けにより取付けられる。さらに、電極8は、導電棒6にろう付け部によって固定されている。接点13bは電極8にろう付けで取付けられる。なお、接点13aは、電極7にろう付けにより取付けられる。
(実施例13)
ステンレス製の蓋体4aと同じくステンレス製のアークシールド11との接合部、およびCu製の電極7とCuCr複合材料製の接点13bとの接合部に本発明のAg−Cu−Ni−Sn合金を使用し、接合を施した。890℃にて十分な接合強度を有する接合が達成され、いずれの部分も十分な濡れ広がり性を示した。
ステンレス製の蓋体4aと同じくステンレス製のアークシールド11との接合部、およびCu製の電極7とCuCr複合材料製の接点13bとの接合部に本発明のAg−Cu−Ni−Sn合金を使用し、接合を施した。890℃にて十分な接合強度を有する接合が達成され、いずれの部分も十分な濡れ広がり性を示した。
また、これらの部材を絶縁容器2に組み込み、絶縁容器2と封止金具3a,3bとの気密封着接合にAg−Cu共晶ろう材を用い、825℃にてろう付けを実施したが、前述の接合部に離反などは見られず、良好なステップろう付けが実施できた。本真空バルブは、希少金属であるPdを使用することなく組立てができ、環境面において優れた特徴を有する。
以上のように、本発明のAg−Cu−Ni合金またはAg−Cu−Ni−Sn合金からなる接合材は、真空機器の代表である真空バルブの組立てに使用した場合、CuまたはCu合金部材に使用した場合においても、ステンレスなどの部材に使用した場合においても良好な接合状態が得られる。
1…遮断室
2…絶縁容器
3a,3b…封止金具
4a,4b…蓋体
5,6…導電棒
7,8…電極
9 ベローズ
10,11…アークシールド
13a,13b…接点
14,15…被接合材
a…接合材を挿入する被接合材の間隙
b…接合材が浸入する被接合材の間隙
2…絶縁容器
3a,3b…封止金具
4a,4b…蓋体
5,6…導電棒
7,8…電極
9 ベローズ
10,11…アークシールド
13a,13b…接点
14,15…被接合材
a…接合材を挿入する被接合材の間隙
b…接合材が浸入する被接合材の間隙
Claims (11)
- Ag−Cu−Ni系合金接合材において、Ag/(Ag+Cu)組成比が重量分率において0.55〜0.65の範囲にあり、Ni含有量が5〜8wt%の範囲であることを特徴とする接合材。
- Ni含有量が5wt%以上のCuを主成分とする相の粒子が存在する第1の領域と、この第1の領域の間に存在しAgを主成分とするマトリックスとNi含有量が1wt%以下のCuを主成分とする相で構成される第2の領域からなり、前記第1の領域が40vol%以上を占めることを特徴とする接合材。
- NiとCuを溶解してCu−Ni合金の溶融体を製造する第1の工程と、前記Cu−Ni合金にAgを添加してAg−Cu−Ni溶融体を製造する第2の工程と、前記Ag−Cu−Ni溶融体を鋳造することによりAg−Cu−Ni合金を製造する第3の工程とを備えたことを特徴とするNiを5〜8wt%含有するAg−Cu−Ni合金接合材の製造方法。
- 前記Ag−Cu−Ni溶融体を鋳造することによりAg−Cu−Ni合金を製造する第3の工程を連続鋳造にて行うことを特徴とする請求項3に記載のAg−Cu−Ni合金接合材の製造方法。
- 前記Cu−Ni合金にAgを添加してAg−Cu−Ni溶融体を製造する第2の工程を不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とする請求項3または請求項4に記載のAg−Cu−Ni合金接合材の製造方法。
- 2〜4wt%のSnを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の接合材。
- NiとCuを溶解してCu−Ni合金の溶融体を製造する第1の工程と、前記Cu−Ni合金にAgを添加してAg−Cu−Ni合金の溶融体を製造する第2の工程と、前記Ag−Cu−Ni合金にSnを添加してAg−Cu−Ni−Sn溶融体を製造する第3の工程と、前記Ag−Cu−Ni−Sn溶融体を鋳造することによりAg−Cu−Ni−Sn合金を製造する第4の工程とを備えたことを特徴とするNiを5〜8wt%含有するAg−Cu−Ni−Sn合金接合材の製造方法。
- NiとCuを溶解してCu−Ni合金の溶融体を製造する第1の工程と、前記Cu−Ni合金にSnを添加して均質なCu−Ni−Sn合金の溶融体を製造する第2の工程と、前記Cu−Ni−Sn合金にAgを添加してAg−Cu−Ni−Sn溶融体を製造する第3の工程と、前記Ag−Cu−Ni−Sn溶融体を鋳造することによりAg−Cu−Ni−Sn合金を製造する第4の工程とを備えたことを特徴とするNiを5〜8wt%含有するAg−Cu−Ni−Sn合金接合材の製造方法。
- 前記Ag−Cu−Ni−Sn溶融体を鋳造することによりAg−Cu−Ni−Sn合金を製造する第4の工程を連続鋳造にて行うことを特徴とする請求項7または請求項8に記載のNiを5〜8wt%含有するAg−Cu−Ni−Sn合金接合材の製造方法。
- Agを添加する工程およびSnを添加する工程のうち、少なくともAgを添加する工程を不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれかに記載のNiを5〜8wt%含有するAg−Cu−Ni−Sn合金接合材の製造方法。
- 請求項1、請求項2、または請求項6に記載の接合材を使用したことを特徴とする真空
バルブ。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009113089A (ja) * | 2007-11-07 | 2009-05-28 | Toshiba Corp | 真空バルブ用接合材料 |
WO2010137690A1 (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | 田中貴金属工業株式会社 | 接触抵抗、防汚特性に優れるプローブピン用途に好適な銀合金 |
-
2003
- 2003-08-27 JP JP2003303452A patent/JP2005066686A/ja active Pending
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