JPS59212187A - 硬質はんだ合金及びそれを用いて硬質はんだ結合を行なう方法 - Google Patents
硬質はんだ合金及びそれを用いて硬質はんだ結合を行なう方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
セラミックスと金属特に合金鋼とを結合する硬質はんだ
(硬ろう)合金並びにそれを用いて硬質はんだ結合(硬
ろう付け)を行なう方法に関するものである。
(硬ろう)合金並びにそれを用いて硬質はんだ結合(硬
ろう付け)を行なう方法に関するものである。
口)従来技術
セラミックス材料は技術上多面的に用いられている。し
かし、セラミックス材料を使用するとき、適当な結合方
法が知られている場合には問題はないが、セラミックス
部品どうしの結合及び金属との結合は、材料の違いによ
って困難が生じる。
かし、セラミックス材料を使用するとき、適当な結合方
法が知られている場合には問題はないが、セラミックス
部品どうしの結合及び金属との結合は、材料の違いによ
って困難が生じる。
セラミックス素材の結合を行なう方法としては、主とし
て金属化したセラミックス部品を従来どおり硬質及び軟
質はんだ付けを用いて行なう方法が周込られている。こ
の方法には多くの処理段階が必要であり、それによって
この種の結合を行うことは複雑であり高価になる。
て金属化したセラミックス部品を従来どおり硬質及び軟
質はんだ付けを用いて行なう方法が周込られている。こ
の方法には多くの処理段階が必要であり、それによって
この種の結合を行うことは複雑であり高価になる。
セラミックス部品を予め金属化しなくていいようにする
ためには、活性的なはんだ付はプロセス丁 が用いられる。このプロセスは保護ガスFあるいは真空
中で行う通常のはんだ付はプロセスとほとんど異なると
ころはないが、はんだとしてはたとえばチタン、ジルコ
ン等の反応しやすい金属成分を有する合金を用いた硬質
はんだが用いられる。
ためには、活性的なはんだ付はプロセス丁 が用いられる。このプロセスは保護ガスFあるいは真空
中で行う通常のはんだ付はプロセスとほとんど異なると
ころはないが、はんだとしてはたとえばチタン、ジルコ
ン等の反応しやすい金属成分を有する合金を用いた硬質
はんだが用いられる。
酸化物セラミックスの場合には、液体状の活性ノ・ンダ
が反応し、亜酸化物の形成により接触面から基本材料の
表面層を還元する。その場合にセラミックス表面で化学
的自由原子価が作られ、これがはんだに結合することが
でき、それによって硬化した・・ンダとセラミックスの
液体と固体の付着に良好な′°濡れ(湿潤)”が生じる
。さらにセラミックスの表面層に活性金属酸化物が堆積
する。
が反応し、亜酸化物の形成により接触面から基本材料の
表面層を還元する。その場合にセラミックス表面で化学
的自由原子価が作られ、これがはんだに結合することが
でき、それによって硬化した・・ンダとセラミックスの
液体と固体の付着に良好な′°濡れ(湿潤)”が生じる
。さらにセラミックスの表面層に活性金属酸化物が堆積
する。
雑誌「メタル」第27巻1973年3月第3号第259
ページ〜265ページでは、基礎材料をアルミニウム酸
化物にした場合の種々の硬質はんだ合金のはんだ付は反
応の流れ反応、濡れ反応と付着反応、浸透及び引っ張り
強さについての調査が行われた。硬さの最高値は銅(C
u )49/チタン(Ti )49/べIJ IJウム
(Be ) 2のはんだで得られ、これは高真空下で使
用しなければならない。引っ張り強さは基礎材料の硬さ
の2!5%になる。このはんだはまたアルミニウム酸化
物に対して非常に良好な流れ特性をも有する。同様に銀
(Ag)79/銅(Cu)27/チタン(Ti)3及び
銀(Ag)96/酸化銅(CuO)4のはんだでも良好
な硬さが得られている。しかしながらこのはんだの流れ
及び濡れ反応は必ずしも満足できるものではない。銅(
Cu )49/チタン(Ti)49/べIJ 17ウム
(Be)2の硬質はんだ合金はもろいはんだ合金である
。この合金は必ず真空下で粉末の形で使用される。それ
に対して銀(Ag ) 70/l’lnl (Cu)2
7/チタン(Ti)3の合金は展性のあるはんだ合金で
あって、0.1mm厚さのはんだ箔として巻き取ること
ができる。銀CAg ) 96/酸化銅(CuO)40
合金も同様に展性のあるはんだ合金であって、これは酸
化させる雰囲気中でのはんだ付けのみに適している。ア
ルミニウム酸化物に対する流れ反応は比較的良好である
。しかし得られた硬さの値は銅(Cu149/チタ”
(Ti )49/ベリリウム(Be)2 のはんだの値
を著しく下回っている。
ページ〜265ページでは、基礎材料をアルミニウム酸
化物にした場合の種々の硬質はんだ合金のはんだ付は反
応の流れ反応、濡れ反応と付着反応、浸透及び引っ張り
強さについての調査が行われた。硬さの最高値は銅(C
u )49/チタン(Ti )49/べIJ IJウム
(Be ) 2のはんだで得られ、これは高真空下で使
用しなければならない。引っ張り強さは基礎材料の硬さ
の2!5%になる。このはんだはまたアルミニウム酸化
物に対して非常に良好な流れ特性をも有する。同様に銀
(Ag)79/銅(Cu)27/チタン(Ti)3及び
銀(Ag)96/酸化銅(CuO)4のはんだでも良好
な硬さが得られている。しかしながらこのはんだの流れ
及び濡れ反応は必ずしも満足できるものではない。銅(
Cu )49/チタン(Ti)49/べIJ 17ウム
(Be)2の硬質はんだ合金はもろいはんだ合金である
。この合金は必ず真空下で粉末の形で使用される。それ
に対して銀(Ag ) 70/l’lnl (Cu)2
7/チタン(Ti)3の合金は展性のあるはんだ合金で
あって、0.1mm厚さのはんだ箔として巻き取ること
ができる。銀CAg ) 96/酸化銅(CuO)40
合金も同様に展性のあるはんだ合金であって、これは酸
化させる雰囲気中でのはんだ付けのみに適している。ア
ルミニウム酸化物に対する流れ反応は比較的良好である
。しかし得られた硬さの値は銅(Cu149/チタ”
(Ti )49/ベリリウム(Be)2 のはんだの値
を著しく下回っている。
ハ) 目 的
本発明は上記のような従来の欠点を除去するためになさ
れたもので、材料の違いに係りなくセラミックス部品ど
うしあるいはセラミックス部品と金属との結合を行うこ
とのできる硬質はんだ合金及びそれを用いて硬質はんだ
結合を行う方法を提供することを目的としている。
れたもので、材料の違いに係りなくセラミックス部品ど
うしあるいはセラミックス部品と金属との結合を行うこ
とのできる硬質はんだ合金及びそれを用いて硬質はんだ
結合を行う方法を提供することを目的としている。
二)実施例
以下、図面を参照して、本発明になる硬質はんだ合金を
用いてはんだ結合を行なう二つの方法を説明する。
用いてはんだ結合を行なう二つの方法を説明する。
第1図において符号1で示すものはたとえば排ガスセン
ザを収容する中空円筒状のケースであって、たとえば鉄
あるいはスチールなどの金属材料から形成されている。
ザを収容する中空円筒状のケースであって、たとえば鉄
あるいはスチールなどの金属材料から形成されている。
このケース内には円筒状の周面2を有する円板3が嵌入
されており、この円板がケースの縦方向に占める位置は
ケース内壁に形成されたフランジ4によって制限される
。円板3は鉄(Fe)/−メタル(Nj)/:+バルト
(CO)合金からなり、この円板3には、二つの平行な
舌片6゜7によって画成されるスリット5が形成されて
いる。このスリットはセラミックス基板、好ましくはア
ルミニウム酸化物セラミックスからなるプレート8を収
容するのに用いられ、このプレートのスリット5に入る
部分には肉厚部9,10が設けられている。
されており、この円板がケースの縦方向に占める位置は
ケース内壁に形成されたフランジ4によって制限される
。円板3は鉄(Fe)/−メタル(Nj)/:+バルト
(CO)合金からなり、この円板3には、二つの平行な
舌片6゜7によって画成されるスリット5が形成されて
いる。このスリットはセラミックス基板、好ましくはア
ルミニウム酸化物セラミックスからなるプレート8を収
容するのに用いられ、このプレートのスリット5に入る
部分には肉厚部9,10が設けられている。
プレート8の周囲には硬質はんだ合金線11が巻きつけ
られており、このはんだ線は好ましくは65〜80%の
銅と、15〜35%のチタンと、05〜50チのアルミ
ニウムと、05〜50%のバナジウムとからなり、さら
に好ましくは72.2%の銅と、5−のチタンと、1.
7%のアルミニウムと、1.1%のバナジウムとからな
る。このような成分の硬質はんだ線は円板3の上方に向
いた平坦な面上に巻回される。約1120℃に加熱され
ると、硬質はんだ合金は溶けて、肉厚部9,10と舌片
6.γとの間にある間隙5中に流れ込み、この間隙を満
たし、はんだ付は工程の終了後この間隙内で硬化する。
られており、このはんだ線は好ましくは65〜80%の
銅と、15〜35%のチタンと、05〜50チのアルミ
ニウムと、05〜50%のバナジウムとからなり、さら
に好ましくは72.2%の銅と、5−のチタンと、1.
7%のアルミニウムと、1.1%のバナジウムとからな
る。このような成分の硬質はんだ線は円板3の上方に向
いた平坦な面上に巻回される。約1120℃に加熱され
ると、硬質はんだ合金は溶けて、肉厚部9,10と舌片
6.γとの間にある間隙5中に流れ込み、この間隙を満
たし、はんだ付は工程の終了後この間隙内で硬化する。
−に記の硬質はんだ合金の好ましい濡れ及び流れ特性並
びに良好な間隙充填能力そして固さによって、高い機械
的及び温度的負荷を生じている部品3と8との永続的な
結合が保証される。すでに述べたように、はんだ付は温
度は約1120℃である。
びに良好な間隙充填能力そして固さによって、高い機械
的及び温度的負荷を生じている部品3と8との永続的な
結合が保証される。すでに述べたように、はんだ付は温
度は約1120℃である。
はんだ付は雰囲気としては、高真空あるいは保護ガスが
適当でおる。
適当でおる。
第2図に示すものは二つのプレート片12.13であっ
て、これらは両方ともセラミックスから形成してもよく
、マたどちらか一方をセラミックス材料から形成し、他
方を好ましくは鉄(Fe)/ニッケル(Nl)/コバル
NCo)合金のような金属材料から形成してもよい。二
つのプレート片の間には、はんだ線11と同様な合金成
分を有する銅(Cu )及びチタン(Ti)/アルミニ
ウム(Aβ)6/バナジウム(V)4からなる独立した
成分の箔がサンドインチ状に重ねて設けられている。本
実施例にあっては、この配置は、それぞれ0.05 r
ranの厚さを有する2枚の銅箔15,16間にO,O
13+mnの厚さを有するチタン(Ti )/アルミニ
ウム(A召)6/バナジウム(v)4の箔14が挿入さ
れている。銅箔の側が、互いに結合すべき2枚のプレー
ト片12.13と接触している。
て、これらは両方ともセラミックスから形成してもよく
、マたどちらか一方をセラミックス材料から形成し、他
方を好ましくは鉄(Fe)/ニッケル(Nl)/コバル
NCo)合金のような金属材料から形成してもよい。二
つのプレート片の間には、はんだ線11と同様な合金成
分を有する銅(Cu )及びチタン(Ti)/アルミニ
ウム(Aβ)6/バナジウム(V)4からなる独立した
成分の箔がサンドインチ状に重ねて設けられている。本
実施例にあっては、この配置は、それぞれ0.05 r
ranの厚さを有する2枚の銅箔15,16間にO,O
13+mnの厚さを有するチタン(Ti )/アルミニ
ウム(A召)6/バナジウム(v)4の箔14が挿入さ
れている。銅箔の側が、互いに結合すべき2枚のプレー
ト片12.13と接触している。
炉内ではんだ付は工程が行なわれる場合に、二つの構成
成分が液化され互いに溶は合って間隙を充填する均質の
合金となり、これが上述したよりな好ましい特性をもた
らす。
成分が液化され互いに溶は合って間隙を充填する均質の
合金となり、これが上述したよりな好ましい特性をもた
らす。
ホ)効果
本発明になる硬質はんだ合金は、前述の従来のハンダよ
り優れている。この硬質はんだ合金は特に非常に良好な
流れ及び濡れ特性、良好な間隙充填能力並びに高い硬さ
を有する。この合金はアルミニウム酸化物セラミックス
部品どうし、あるいはアルミニウム酸化物セラミックス
部品と、たとえば鉄(Fe ) /=ニッケルNi )
/ ”バルト(Co )合金などの同一あるいは類似の
熱膨張係数を有する金属との硬質はんだ付けに極めて適
している。実験により、本発明になるはんだ合金を用い
て行ったはんだ付は結合の引っ張り強さはアルミニウム
ーセラミックスの引っ張り強さよりも大きいことが証明
された。したがってこの合金は、セラミックス基板と金
属、好ましくは熱膨張係数の等しい金属との永続的で気
密で、温度及び振動に強い結合が必要とされるすべての
場合に用いることができる。たとえば、セラミックス基
板が金属ケース内に配置され、このケースと堅固に結合
されている内燃機関の排ガス値を求めるセンサ等の場合
に好適に用いられる。
り優れている。この硬質はんだ合金は特に非常に良好な
流れ及び濡れ特性、良好な間隙充填能力並びに高い硬さ
を有する。この合金はアルミニウム酸化物セラミックス
部品どうし、あるいはアルミニウム酸化物セラミックス
部品と、たとえば鉄(Fe ) /=ニッケルNi )
/ ”バルト(Co )合金などの同一あるいは類似の
熱膨張係数を有する金属との硬質はんだ付けに極めて適
している。実験により、本発明になるはんだ合金を用い
て行ったはんだ付は結合の引っ張り強さはアルミニウム
ーセラミックスの引っ張り強さよりも大きいことが証明
された。したがってこの合金は、セラミックス基板と金
属、好ましくは熱膨張係数の等しい金属との永続的で気
密で、温度及び振動に強い結合が必要とされるすべての
場合に用いることができる。たとえば、セラミックス基
板が金属ケース内に配置され、このケースと堅固に結合
されている内燃機関の排ガス値を求めるセンサ等の場合
に好適に用いられる。
本発明になる硬質はんだ合金は、さらにクロムニッケル
(CrNi)スチール及ヒ非合金スチールの真空炉内で
はんだ付けを行なう場合に、良好な濡れ及び硬さ特性を
示す。
(CrNi)スチール及ヒ非合金スチールの真空炉内で
はんだ付けを行なう場合に、良好な濡れ及び硬さ特性を
示す。
このはんだ付は材料は、4枚分を溶融した4枚分合金の
形で提供することができる。しかし市販の銅及びチタン
(Ti )/アルミニウム(A、g ) 6/ノ’ナジ
ウム(V)4 (ばね拐料)の個々の成分を特に箔の
形で積層構造として互いに結合すべき構成部品間に用い
る方法も有利である。
形で提供することができる。しかし市販の銅及びチタン
(Ti )/アルミニウム(A、g ) 6/ノ’ナジ
ウム(V)4 (ばね拐料)の個々の成分を特に箔の
形で積層構造として互いに結合すべき構成部品間に用い
る方法も有利である。
これらの箔のそれぞれの面の展性は互いに結合すべき材
料の所定の接触面によって決定され、それぞれの厚みは
成分の重量パーセントにおける割合によって決定される
。それぞれの積層順序は、結合すべき構成部品の表面層
と素材並びに必要とする硬質はんだ層の厚さによって決
められる。前述したようなセラミックスを金属化するこ
とが省かれるので、処理技術の上で著しい長所が得られ
る。
料の所定の接触面によって決定され、それぞれの厚みは
成分の重量パーセントにおける割合によって決定される
。それぞれの積層順序は、結合すべき構成部品の表面層
と素材並びに必要とする硬質はんだ層の厚さによって決
められる。前述したようなセラミックスを金属化するこ
とが省かれるので、処理技術の上で著しい長所が得られ
る。
第1図は、すでに溶融された4枚分硬質はんだ合金を用
いた場合の硬ろう付けを説明する断面図、第2図は、個
々の成分からなる硬質はんだを用いた材料で硬ろう付け
を行なう場合を説明する断面図である。 1・・・ケース、 2・・・円筒状の周面、
3・・・円 板、 4・・・フランジ、5・
・スリット、 6,7・・・舌 片、8・・・
プレート、 9,10・・・肉厚部、11・・
・はんだ線、 12.13・・・プレート片、1
4・・・チタン/アルミニウム6/バナジウム4箔、1
5.16・・・銅 箔。 代理人 弁理士 加 藤 卓 、 ・・□ 、
゛
いた場合の硬ろう付けを説明する断面図、第2図は、個
々の成分からなる硬質はんだを用いた材料で硬ろう付け
を行なう場合を説明する断面図である。 1・・・ケース、 2・・・円筒状の周面、
3・・・円 板、 4・・・フランジ、5・
・スリット、 6,7・・・舌 片、8・・・
プレート、 9,10・・・肉厚部、11・・
・はんだ線、 12.13・・・プレート片、1
4・・・チタン/アルミニウム6/バナジウム4箔、1
5.16・・・銅 箔。 代理人 弁理士 加 藤 卓 、 ・・□ 、
゛
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ■)65〜80チの銅と、15〜35チのチタンと、0
.5〜5.0%のアルミニウムと、0.5〜5.0%の
バナジウムとからなることを特徴とする酸化物セラミッ
クスどうしあるいは酸化物セラミックスと金属、特に合
金鋼とを結合する硬質はんだ合金。 2) 72.2%の銅と、25%のチタンと、1.7
チのアルミニウムと、1.1チのバナジウムとからなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の硬質は
んだ合金。 3)65〜80%の銅と、15〜35チのチタンと、0
5〜5.0%のアルミニウムと、0.5〜5.0%のバ
ナジウムとからなる硬質はんだ成分を、線(11)ある
いは箔(14,15,16)の形で二つの互いに結合す
べき物質(3,8ないし12.13 )間に挿入し、加
熱することにより硬質はんだ成分の合金形成及びはんだ
成分と隣接の物質との結合を行なうことを特徴とする硬
質はんだ合金を用いて硬質はんだ結合を行なう方法。
Applications Claiming Priority (2)
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DE33168075 | 1983-05-07 | ||
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- 1984-04-26 JP JP59083085A patent/JPS59212187A/ja active Pending
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