JP7112244B2 - 接合体 - Google Patents
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Description
A-1.加熱装置100の構成:
図1は、本実施形態における加熱装置100の外観構成を概略的に示す斜視図であり、図2は、本実施形態における加熱装置100のXZ断面構成を概略的に示す説明図である。なお、図2には、後述する受電電極54付近の一部分が拡大して示されている。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向といい、Z軸負方向を下方向というものとするが、加熱装置100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。
保持体10は、所定の方向(本実施形態では上下方向)に略直交する保持面S1および裏面S2を有する略円板状の部材である。保持体10は、例えば、AlN(窒化アルミニウム)やAl2O3(アルミナ)を主成分とするセラミックスにより形成されている。なお、ここでいう主成分とは、含有割合(重量割合)の最も多い成分を意味する。保持体10の直径は、例えば100mm以上、500mm以下程度であり、保持体10の厚さ(上下方向における長さ)は、例えば3mm以上、20mm以下程度である。保持体10は、特許請求の範囲におけるセラミックス部材に相当し、上記所定の方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。
柱状支持体20は、上記所定の方向(上下方向)に延びる略円柱状部材である。柱状支持体20は、保持体10と同様に、例えばAlNやAl2O3を主成分とするセラミックスにより形成されている。柱状支持体20の外径は、例えば30mm以上、90mm以下程度であり、柱状支持体20の高さ(上下方向における長さ)は、例えば100mm以上、300mm以下程度である。
図3は、加熱装置100における接合部56近傍の断面写真の一例であり、図4は、図3のX1部分を拡大した接合部56の断面写真であり、図3に示す断面写真は、走査型電子顕微鏡(SEM)による300倍の倍率で撮像されたものである。
<第1の要件>
接合部56における少なくとも1つの断面に、高濃度部80が存在する。高濃度部80は、単位面積においてPとCrとの両方を含有し、かつPの含有率(wt%)とCrの含有率(wt%)との少なくとも一方がNiの含有率(wt%)より高い部分である。
なお、高濃度部80は、単位面積においてPの含有率とCrの含有率とがいずれもNiの含有率より高いことが、より好ましい。
<第2の要件>
接合部56における上下方向(Z方向)に略平行な第1の断面(例えばXZ断面)において、高濃度部80は、接合部56における上下方向の両端の少なくとも一方から離間している。例えば、図3および図4に示すように、接合部56のXZ断面において、高濃度部80は、接合部56における少なくとも上端(受電電極54)から離間している。なお、高濃度部80は、接合部56における上端(受電電極54)と下端(電極端子70)との両方から離間していることが、より好ましい。
<第3の要件>
接合部56における上下方向(Z方向)に略垂直な第2の断面(XY断面)において、高濃度部80は、接合部56における上下方向に垂直な面方向(例えばX方向)の両端の少なくとも一方から離間している。例えば、高濃度部80は、接合部56における左端と右端との少なくとも一方から離間していることが好ましく、高濃度部80は、接合部56における左端と右端との両方から離間していることが、より好ましい。
<第4の要件>
接合部56全体におけるPの含有率は、5wt%以上である。
<第5の要件>
接合部56全体におけるPの含有率は、11wt%以下である。
<第6の要件>
接合部56全体におけるCrの含有率は、7wt%以上、30wt%以下である。
加熱装置100の製造方法は、例えば以下の通りである。初めに、保持体10と柱状支持体20とを作製する。
以上説明したように、本実施形態の加熱装置100では、Niを主成分とする接合部56における少なくとも1つの断面に、高濃度部80が存在する(第1の要件)。高濃度部80は、単位面積においてPとCrとの両方を含有し、かつPの含有率とCrの含有率との少なくとも一方がNiの含有率より高い部分である。例えば接合部56と保持体10との熱膨張差に起因して接合部56に応力が生じた場合、高濃度部80に、接合部における非高濃度部82より優先的に微小のクラックが発生する(図4のクラック84参照)。これは、高濃度部80が、非高濃度部82に比べて脆弱であることによって、接合部56に生じる応力が高濃度部80に吸収され、その結果、接合部56全体におけるクラックの進展が抑制されたことを意味すると考えられる。これにより、本実施形態の加熱装置100によれば、接合部56に高濃度部80が存在しない構成に比べて、接合部56全体におけるクラックの進展を抑制することができる。また、接合部56に生じた応力に起因して、接合部56に接合された部材(受電電極54や電極端子70等)にクラックが発生することを抑制することができる。
複数の加熱装置(加熱装置100)のサンプルを作製し、作製された複数の加熱装置のサンプルを用いて性能評価を行った。図5は、性能評価結果を示す説明図である。
図5に示すように、性能評価は、加熱装置のサンプル1~14を対象として行った。サンプル1~14は、いずれも、接合部(ロウ材 接合部56)がNiを含む点で共通するが、接合部の組成と、受電電極(受電電極54)の厚み(μm)と、受電電極の添加材量(体積%)との少なくとも1つが互いに異なる。なお、各サンプルにおける接合部の成分元素の含有率(wt%)は、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)の定量分析により特定することができる。
図5中の「受電電極の厚み(μm)」は、受電電極の上下方向(Z方向)の厚みを意味する。受電電極の厚みは、例えば、受電電極のうち、接合部と保持体(保持体10)のセラミックス部分との間に位置する複数箇所の厚みの平均値とした。「高濃度部の有無」は、接合部の一の断面における高濃度部80の有無を意味する。上述したように、高濃度部80の有無は、接合部の一の断面に対するWDSの結果から判断した。「受電電極の添加材量(体積%)」は、受電電極における添加材の含有率を意味する。添加材は、セラミックスやガラスなど、保持体と同質の材料である。
図5に示すように、サンプル1~4では、引張破断荷重が0.30kN未満であったのに対し、サンプル5~14では、引張破断荷重が0.30kN以上であった。この評価結果から、第1の要件(接合部56における少なくとも1つの断面に、高濃度部80が存在する)を満たすことによって、保持体と柱状支持体(柱状支持体20)との間の接合部による接合強度が向上することが分かる。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
Claims (6)
- 内部に抵抗発熱体が配置されたセラミックス部材と、
前記セラミックス部材の表面側に配置された外部導電体と、
第1の方向において前記外部導電体に対向して配置された金属部材と、
ロウ材を含み、前記外部導電体と前記金属部材とを接合する接合部と、を備える接合体において、
前記外部導電体は、セラミックスを含有し、
前記接合部は、Ni(ニッケル)を主成分とし、かつ、P(リン)とCr(クロム)とを含んでおり、
前記接合部における少なくとも1つの断面に、単位面積においてPとCrとの両方を含有し、かつPの含有率(wt%)とCrの含有率(wt%)との少なくとも一方がNiの含有率(wt%)より高い高濃度部が存在する、
ことを特徴とする接合体。 - 請求項1に記載の接合体において、
前記接合部における少なくとも1つの断面は、前記接合部における前記第1の方向に略平行な第1の断面を含み、
前記第1の断面において前記高濃度部は前記接合部における前記第1の方向の両端の少なくとも一方から離間している、
ことを特徴とする接合体。 - 請求項1または請求項2に記載の接合体において、
前記接合部における少なくとも1つの断面は、前記接合部における前記第1の方向に略垂直な第2の断面を含み、
前記第2の断面において前記高濃度部は前記接合部における前記第1の方向に略垂直な一の方向の両端の少なくとも一方から離間している、
ことを特徴とする接合体。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の接合体において、
前記接合部全体におけるPの含有率(wt%)は5wt%以上である、
ことを特徴とする接合体。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の接合体において、
前記接合部全体におけるPの含有率(wt%)は11wt%以下である、
ことを特徴とする接合体。 - 請求項4または請求項5に記載の接合体において、
前記接合部全体におけるCrの含有率(wt%)は7wt%以上、30wt%以下である、
ことを特徴とする接合体。
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