JP2014047123A - Joining material and method of manufacturing joined body using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a joining material capable of minimize residual stress after joining regardless of an application temperature or kinds of a low expansion material to be joined.SOLUTION: A joining material contains a crystalline glass depositing 20 to 70 mass% of a LiO-AlO-SiO-based crystal and 1 to 75 mass% of a RO-AlO-SiO-based crystal (R=Mg, Ca, Sr, Ba) or a R'O-AlO-SiO-based crystal (R'=Na, K) by a heating treatment.

Description

本発明は、低線熱膨張係数を有する被接合部材同士を強固に接合するのに適した接合材に関する。   The present invention relates to a bonding material suitable for firmly bonding members to be bonded having a low linear thermal expansion coefficient.

石英ガラス、低膨張結晶化ガラス、低膨張セラミックス等は耐熱性および耐熱衝撃性に優れるため、高温処理用の治具や、調理器またはエンジン等の部材として広く使用されている。一般に、これらの部材には複雑な形状が要求されるため、一体成形による作製が困難な場合が多い。その場合は、部材の各パーツを接合材によって接合することにより、所望の形状の部材が作製される。   Quartz glass, low-expansion crystallized glass, low-expansion ceramics, and the like are excellent in heat resistance and thermal shock resistance, and are therefore widely used as jigs for high-temperature treatment, cookers, engines, and other members. In general, since these members are required to have a complicated shape, they are often difficult to produce by integral molding. In that case, the member of a desired shape is produced by joining each part of a member with a joining material.

従来、上記用途の接合材として、主に封着用ガラスやセラミック接合材が使用されている。しかしながら、一般に封着用ガラスの線熱膨張係数は被接合部材のそれに比べて高く、また、セラミックス系接合材は接合強度が十分ではないといった問題がある。これに対して、特許文献1および2には、β−スポジュメン固溶体またはβ−石英固溶体といった低膨張結晶を主結晶として析出する結晶性ガラスからなる接合材(または封着材)が開示されている。   Conventionally, sealing glass and ceramic bonding materials have been mainly used as bonding materials for the above applications. However, generally, the linear thermal expansion coefficient of the sealing glass is higher than that of the member to be joined, and there is a problem that the bonding strength of the ceramic-based joining material is not sufficient. On the other hand, Patent Documents 1 and 2 disclose a bonding material (or sealing material) made of crystalline glass in which a low expansion crystal such as β-spodumene solid solution or β-quartz solid solution is precipitated as a main crystal. .

上記接合材は、析出結晶(負膨張)と残存ガラス相(正膨張)のそれぞれの熱膨張を相殺することによって低熱膨張性を実現するものであり、低膨張被接合部材と接合部の線熱膨張係数を整合させ、残留応力が少ない状態で接合することが可能となる。   The bonding material realizes low thermal expansion by offsetting the thermal expansion of each of the precipitated crystal (negative expansion) and the remaining glass phase (positive expansion), and the linear heat of the low expansion bonded member and the bonded portion. It is possible to match the expansion coefficients and to perform bonding with a small residual stress.

特許公報第2602187号Patent Publication No. 2602187 特許公報第2715138号Japanese Patent Publication No. 2715138

上記接合材を使用した場合、被接合部材と接合部の平均線熱膨張係数をある温度域で整合させたとしても、両者の間に生じる応力値は、熱膨張曲線の形状の違いのため、使用温度域によって変化する。従って、使用時の応力の発生を抑制することは困難である。また、熱膨張に異方性のある(結晶軸方向によって線熱膨張係数が異なる)部材を接合する場合には、被接合部材の結晶軸方向によって残留応力の大きさが異なるため、接合部に不均等な応力が発生しやすい。例えば、光学用途の部材等では、わずかな残留応力が屈折率等の光学特性に影響を及ぼし、実用上不具合を生じるおそれがある。   When the bonding material is used, even if the average linear thermal expansion coefficient of the member to be bonded and the bonded portion are matched in a certain temperature range, the stress value generated between the two is due to the difference in the shape of the thermal expansion curve. It varies depending on the operating temperature range. Therefore, it is difficult to suppress the generation of stress during use. Also, when joining members with anisotropic thermal expansion (linear thermal expansion coefficients differ depending on the crystal axis direction), the residual stress varies depending on the crystal axis direction of the member to be joined. Uneven stress is likely to occur. For example, in a member for optical use, a slight residual stress may affect optical characteristics such as refractive index, which may cause problems in practice.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低膨張被接合部材の使用温度や種類よらず、接合後の残留応力を極めて小さくすることが可能な接合材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a bonding material that can extremely reduce the residual stress after bonding, regardless of the operating temperature and type of the low expansion bonded member. To do.

本発明は、熱処理により、LiO−Al−SiO系結晶 20〜70質量%、かつ、RO−Al−SiO系結晶(R=Mg、Ca、Sr、Ba)またはR’O−Al−SiO系結晶(R’=Na、K) 1〜75質量%を析出する結晶性ガラスからなることを特徴とする接合材に関する。 In the present invention, by heat treatment, Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal 20 to 70 mass% and RO—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal (R = Mg, Ca, Sr, Ba) Alternatively, the present invention relates to a bonding material comprising crystalline glass in which 1 to 75% by mass of R ′ 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal (R ′ = Na, K) is precipitated.

本発明者は、結晶性ガラスを熱処理することによって析出する結晶が、LiO−Al−SiO系結晶、および、RO−Al−SiO系結晶またはR’O−Al−SiO系結晶の混合相である場合、接合部における残留応力の発生を効果的に抑制できることを見出した。本発明の作用機構を以下に説明する。 The present inventor believes that crystals precipitated by heat treatment of crystalline glass are Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystals, RO—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystals, or R ′ 2 O. It has been found that in the case of a mixed phase of —Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystals, it is possible to effectively suppress the occurrence of residual stress at the joint. The operation mechanism of the present invention is described below.

一般的に、結晶化ガラスの線熱膨張係数は、析出結晶および残存ガラス相のそれぞれの線熱膨張係数と含有量によって加成的に決定される。これに対して、本発明の接合材は、熱処理後において加成則から予測される線熱膨張係数よりも低い線熱膨張係数を示す。その理由は以下のように説明される。   Generally, the linear thermal expansion coefficient of crystallized glass is additively determined by the respective linear thermal expansion coefficients and contents of the precipitated crystals and the remaining glass phase. On the other hand, the bonding material of the present invention exhibits a linear thermal expansion coefficient lower than the linear thermal expansion coefficient predicted from the additive rule after the heat treatment. The reason is explained as follows.

LiO−Al−SiO系結晶、RO−Al−SiO系結晶およびR’O−Al−SiO系結晶は、いずれも熱膨張に異方性を有する(結晶軸によって線熱膨張係数が異なる)ことが知られている。これらの結晶が混在して析出する結晶性ガラスは、隣接する結晶における結晶軸の組み合わせによっては結晶粒子間に大きな熱応力が発生し、それに伴って結晶化後にガラス中に空隙が生じる。 Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal, RO—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal, and R ′ 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal are all anisotropic to thermal expansion. (The linear thermal expansion coefficient differs depending on the crystal axis). In crystalline glass in which these crystals are mixed and precipitated, a large thermal stress is generated between crystal grains depending on the combination of crystal axes in adjacent crystals, and accordingly, voids are generated in the glass after crystallization.

ガラス中に生じた空隙は、熱処理後の接合部における残留応力の低減に有効に作用する。すなわち、当該空隙は、被接合部材と接合部の線熱膨張係数差によって両者の界面に発生する歪みを吸収し、熱応力の発生を抑制する作用を有する。言い換えると、空隙の存在によって接合部に塑性流動性が発現し、弾性歪を低減させる効果がある。従って、被接合部材と接合部の線熱膨張係数に差がある場合でも、残留応力の発生を抑制することが可能になる。さらに、被接合部材の線熱膨張係数に異方性がある場合にも、各結晶軸方向に発生する歪みを吸収できるため、接合部に不均等な熱応力が生じにくい。   The voids generated in the glass effectively act to reduce the residual stress at the joint after the heat treatment. That is, the gap has an action of absorbing the distortion generated at the interface between the member to be joined and the joined portion due to the difference in linear thermal expansion coefficient and suppressing the generation of thermal stress. In other words, the presence of voids exhibits plastic fluidity at the joint and has the effect of reducing elastic strain. Therefore, even when there is a difference in the coefficient of linear thermal expansion between the member to be joined and the joined portion, it is possible to suppress the occurrence of residual stress. Furthermore, even when the linear thermal expansion coefficient of the member to be joined has anisotropy, distortion generated in the direction of each crystal axis can be absorbed, so that uneven thermal stress is unlikely to occur at the joint.

また、本発明の接合材は、結晶化のための熱処理条件を変化させることによっても、空隙の発生度合いを制御できるため、材料組成や結晶化度とは独立して、接合部の熱膨張係数を制御することも可能である。したがって、接合材の材料設計の自由度も大きくなる。   In addition, since the bonding material of the present invention can control the degree of void formation by changing the heat treatment conditions for crystallization, the thermal expansion coefficient of the bonded portion is independent of the material composition and the crystallinity. It is also possible to control. Therefore, the degree of freedom in material design of the bonding material is also increased.

なお、本発明において、「結晶性ガラス」とは熱処理により所望の結晶を析出する性質を有するガラスをいう。また、「熱処理」とは、結晶性ガラスから所望の結晶が析出する温度(少なくとも軟化点以上)で加熱処理することをいう。   In the present invention, “crystalline glass” refers to glass having the property of precipitating desired crystals by heat treatment. “Heat treatment” refers to heat treatment at a temperature (at least above the softening point) at which desired crystals are precipitated from the crystalline glass.

本発明の接合材は、結晶性ガラスが、質量%で、SiO 55〜72%、Al 14〜30%、LiO 1.5〜10%、NaO 0〜10%、KO 1〜10%、MgO 0〜10%、CaO 0〜10%、SrO 0〜10%、BaO 0〜10%、ZnO 0〜5%、TiO 0〜5%、ZrO 0〜3%、B 0〜3%およびP 0〜1%を含有することが好ましい。 The bonding material of the present invention, crystalline glass, in mass%, SiO 2 55~72%, Al 2 O 3 14~30%, Li 2 O 1.5~10%, Na 2 O 0~10%, K 2 O 1~10%, 0~10% MgO, CaO 0~10%, SrO 0~10%, BaO 0~10%, 0~5% ZnO, TiO 2 0~5%, ZrO 2 0~3 %, B 2 O 3 0-3% and P 2 O 5 0-1%.

当該構成であれば、熱処理により所望の結晶を析出させることが容易となる。   If it is the said structure, it will become easy to precipitate a desired crystal | crystallization by heat processing.

本発明の接合材は、結晶性ガラスが、熱処理によりβ−スポジュメン固溶体およびサニディンを析出することが好ましい。   In the bonding material of the present invention, the crystalline glass preferably precipitates β-spodumene solid solution and sanidine by heat treatment.

当該構成であれば、熱処理後の接合部における残留応力が小さくなりやすい。   If it is the said structure, the residual stress in the junction part after heat processing will become small easily.

本発明の接合材は、熱処理後において、30〜530℃における平均線熱膨張係数の絶対値が15×10−7/K以下であることが好ましい。 The bonding material of the present invention preferably has an average linear thermal expansion coefficient at 30 to 530 ° C. of 15 × 10 −7 / K or less after heat treatment.

本発明の接合材は、析出結晶の平均粒径が0.5μm以上であることが好ましい。   The bonding material of the present invention preferably has an average particle size of precipitated crystals of 0.5 μm or more.

また、本発明は、第1の被接合部材と第2の被接合部材との間に前記いずれかの接合材を配置し、熱処理することにより、第1の被接合部材と第2の被接合部材を接合することを特徴とする接合体の製造方法に関する。   Moreover, this invention arrange | positions one of the said bonding | jointing materials between the 1st to-be-joined member and the 2nd to-be-joined member, and heat-processes, and thereby the 1st to-be-joined member and the 2nd to-be-joined The present invention relates to a method for manufacturing a joined body characterized by joining members.

本発明の接合体の製造方法において、第1の被接合部材および/または第2の被接合部材が石英ガラスであることが好ましい。   In the method for manufacturing a joined body according to the present invention, it is preferable that the first member to be joined and / or the second member to be joined is quartz glass.

さらに、本発明は、前記方法により製造されてなることを特徴とする接合体に関する。   Furthermore, the present invention relates to a joined body manufactured by the above method.

本発明によれば、低膨張被接合部材の使用温度や種類よらず、接合後の残留応力を極めて小さくすることが可能な接合材を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the joining material which can make the residual stress after joining extremely small irrespective of the operating temperature and kind of a low expansion | swelling to-be-joined member.

実施例1において、石英ガラスを本発明の接合材を用いて接合して得られた接合体を示す写真である。In Example 1, it is a photograph which shows the joined body obtained by joining quartz glass using the joining material of this invention.

本発明の接合材は、熱処理により、LiO−Al−SiO系結晶、かつ、RO−Al−SiO系結晶(R=Mg、Ca、Sr、Ba)またはR’O−Al−SiO系結晶(R’=Na、K)を析出する結晶性ガラスからなることを特徴とする。熱処理後における各結晶の含有量(析出量)は以下の通りである。 By the heat treatment, the bonding material of the present invention is Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal and RO—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal (R = Mg, Ca, Sr, Ba) or R It is characterized by being made of crystalline glass on which ' 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystals (R ′ = Na, K) are precipitated. The content (precipitation amount) of each crystal after the heat treatment is as follows.

LiO−Al−SiO系結晶の含有量は20〜70質量%であり、30〜60質量%であることが好ましい。LiO−Al−SiO系結晶の含有量が少なすぎると、接合部の線熱膨張係数が大きくなって、低膨張の被接合部材の接合に適さなくなるおそれがある。一方、LiO−Al−SiO系結晶の含有量が多すぎると、熱処理温度が高温(例えば1300℃以上)になりやすく、通常の熱処理炉に適さなくなるおそれがある。 The content of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal is 20 to 70% by mass, and preferably 30 to 60% by mass. If the content of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal is too small, the linear thermal expansion coefficient of the joint portion increases, which may make it unsuitable for joining low-expansion joined members. On the other hand, if the content of Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal is too large, the heat treatment temperature tends to be high (for example, 1300 ° C. or higher), which may not be suitable for a normal heat treatment furnace.

LiO−Al−SiO系結晶の具体例としては、β−スポジュメンやβ−スポジュメン固溶体等が挙げられる。 Specific examples of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal include β-spodumene and β-spodumene solid solution.

RO−Al−SiO系結晶およびR’O−Al−SiO系結晶の含有量(合量)は1〜75質量%であり、好ましくは5〜60質量%、より好ましくは10〜50質量%、さらに好ましくは20〜45質量%である。RO−Al−SiO系結晶およびR’O−Al−SiO系結晶の含有量が少なすぎると、接合部における空隙の発生が不十分となり、所望の歪み吸収効果や低熱膨張性が得られにくくなる。一方、RO−Al−SiO系結晶およびR’O−Al−SiO系結晶の含有量が多すぎると、接合部の機械的強度が低下する傾向がある。なお、これらの結晶は1種のみ含有していてもよく、2種以上含有していても構わない。 The content (total amount) of RO—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal and R ′ 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal is 1 to 75% by mass, preferably 5 to 60% by mass, More preferably, it is 10-50 mass%, More preferably, it is 20-45 mass%. If the content of RO—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal and R ′ 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal is too small, voids are not sufficiently generated at the joint, and the desired strain absorption effect And low thermal expansion properties are difficult to obtain. On the other hand, if the content of RO-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal and R '2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal is too large, the mechanical strength of the joint tends to decrease. In addition, these crystals may contain only 1 type and may contain 2 or more types.

RO−Al−SiO系結晶の具体例としては、次のものが挙げられる。MgO−Al−SiO系結晶として、コーディエライト等;CaO−Al−SiO系結晶として、輝石、Ca長石等;SrO−Al−SiO系結晶として、スローソン石等;BaO−Al−SiO系結晶として、重土長石等が挙げられる。 Specific examples of the RO—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal include the following. As MgO—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal, cordierite, etc .; CaO—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal, pyroxene, Ca feldspar, etc .; SrO—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal, Slowsonite and the like; BaO—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystals include heavy feldspar.

R’O−Al−SiO系結晶の具体例としては、次のものが挙げられる。NaO−Al−SiO系結晶として、曹長石およびネフェリン等;KO−Al−SiO系結晶として、正長石、サニディンおよび微斜長石等のカリ長石が挙げられる。 Specific examples of the R ′ 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal include the following. Examples of Na 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystals include feldspar and nepheline; and examples of K 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystals include potassium feldspar such as orthofeldspar, sanidine and microclinic It is done.

なお、上記のRO−Al−SiO系結晶およびR’O−Al−SiO系結晶の具体例として列挙した各結晶は、固溶体であっても構わない。 Each crystal was listed as specific examples of the above RO-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal and R '2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 system crystal, it may be a solid solution.

なお、本発明の接合材としては、熱処理によりβ−スポジュメン固溶体およびサニディンを析出する結晶性ガラスからなることが好ましい。これにより、熱処理後の接合部における残留応力が小さい接合材を得ることが可能となる。   The bonding material of the present invention is preferably made of a crystalline glass that precipitates β-spodumene solid solution and sanidine by heat treatment. Thereby, it becomes possible to obtain a bonding material having a small residual stress in the bonded portion after the heat treatment.

LiO−Al−SiO系結晶、RO−Al−SiO系結晶およびR’O−Al−SiO系結晶の合量は40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。これらの結晶の合量が少なすぎると、接合部における空隙の発生が不十分となる傾向がある。上限については特に限定されないが、良好な接合性を得るには、99質量%以下であることが好ましく、95質量%以下であることがより好ましい。 The total amount of Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal, RO—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal and R ′ 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal is 40% by mass or more. It is preferably 50% by mass or more. If the total amount of these crystals is too small, the generation of voids at the joint tends to be insufficient. The upper limit is not particularly limited, but it is preferably 99% by mass or less, and more preferably 95% by mass or less in order to obtain good bondability.

上記各結晶の平均粒径は、それぞれ0.5μm以上であることが好ましく、1μm以上であることがより好ましい。結晶の平均粒径が小さすぎると、結晶粒子の線熱膨張係数の異方性による熱応力の発現性が小さくなり、接合部において十分な空隙を形成することが困難になる。なお、上限については特に限定されないが、これらの結晶の平均粒径が大きすぎると、発生する空隙のサイズが大きくなりすぎて、接合部の機械的強度が低下する傾向がある。したがって、各結晶の平均粒径は、好ましくは300μm以下、より好ましくは200μm以下、さらに好ましくは100μm以下である。   The average grain size of each crystal is preferably 0.5 μm or more, and more preferably 1 μm or more. If the average grain size of the crystal is too small, the expression of thermal stress due to the anisotropy of the linear thermal expansion coefficient of the crystal grain becomes small, and it becomes difficult to form sufficient voids at the joint. The upper limit is not particularly limited, but if the average particle size of these crystals is too large, the size of the generated voids tends to be too large, and the mechanical strength of the joint tends to decrease. Therefore, the average particle size of each crystal is preferably 300 μm or less, more preferably 200 μm or less, and even more preferably 100 μm or less.

なお、結晶の平均粒径は、結晶化ガラス表面を走査型電子顕微鏡により観察して得られた反射電子像に基づいて算出されたものである。具体的には、結晶の平均粒径は、次のようにして算出される。まず、画像処理システムを用いて反射電子像を二値化し、各結晶粒子の面積を計測する。次に、当該面積から、dni=√(4/π・A)の式により真円換算した結晶粒子の直径(dni)を算出する。なお、Aは反射電子像の画像解析によって計算した結晶粒子の面積である。続いて、d=Σdni/nの式により、粒子数n個に対する結晶の平均粒径(d)を算出する。 The average grain size of the crystal is calculated based on a reflected electron image obtained by observing the crystallized glass surface with a scanning electron microscope. Specifically, the average crystal grain size is calculated as follows. First, the reflected electron image is binarized using an image processing system, and the area of each crystal particle is measured. Next, from the area, the diameter (d ni ) of the crystal particle converted into a perfect circle is calculated by the formula d ni = √ (4 / π · A). In addition, A is the area of the crystal grain calculated by image analysis of the reflected electron image. Subsequently, the average particle diameter (d n ) of the crystals with respect to the number of particles n is calculated according to the formula d n = Σd ni / n.

本発明の接合材を構成する結晶性ガラスの組成としては、LiO−Al−SiO系結晶、および、RO−Al−SiO系結晶またはR’O−Al−SiO系結晶を所定量析出可能なものであれば特に限定されない。例えば、ガラス組成として、質量%で、SiO 55〜72%、Al 14〜30%、LiO 1.5〜10%、NaO 0〜10%、KO 1〜10%、MgO 0〜10%、CaO 0〜10%、SrO 0〜10%、BaO 0〜10%、ZnO 0〜5%、TiO 0〜5%、ZrO 0〜3%、B 0〜3%およびP 0〜1%を含有するものが好ましい。 As the composition of the crystalline glass constituting the bonding material of the present invention, Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal and RO—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal or R ′ 2 O—Al There is no particular limitation as long as a predetermined amount of 2 O 3 —SiO 2 -based crystals can be precipitated. For example, as a glass composition, in mass%, SiO 2 55~72%, Al 2 O 3 14~30%, Li 2 O 1.5~10%, Na 2 O 0~10%, K 2 O 1~10 %, 0~10% MgO, CaO 0~10 %, SrO 0~10%, BaO 0~10%, 0~5% ZnO, TiO 2 0~5%, ZrO 2 0~3%, B 2 O 3 0-3% and those containing P 2 O 5 0~1% is preferred.

各成分の含有量を上記の通り限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り、「%」は「質量%」を意味する。   The reason for limiting the content of each component as described above will be described below. In the following description regarding the content of each component, “%” means “mass%” unless otherwise specified.

SiOはガラスの主構成成分であるとともに、結晶構成成分でもある。SiOの含有量は、好ましくは55〜72%、より好ましくは60〜70%である。SiOの含有量が少なすぎると、結晶の析出が不安定になる傾向がある。一方、SiOの含有量が多すぎると、軟化点が高くなって結晶性ガラスの軟化流動性が低下し、結果として接合性が低下する傾向がある。また、溶融性が低下して均質なガラスの作製が困難になる傾向がある。 SiO 2 is a main constituent of glass and a crystal constituent. The content of SiO 2 is preferably 55 to 72%, more preferably 60 to 70%. When the content of SiO 2 is too small, crystal precipitation tends to be unstable. On the other hand, if the content of SiO 2 is too large, the softening point becomes high to decrease the softening fluidity of the crystalline glass, bonding property as a result tends to decrease. Moreover, there exists a tendency for meltability to fall and for preparation of homogeneous glass to become difficult.

Alも結晶構成成分である。Alの含有量は、好ましくは14〜30%、より好ましくは16〜25%である。Alの含有量が少なすぎると、析出結晶が粗大化して、接合部の機械的強度が低下する傾向がある。一方、Alの含有量が多すぎると、溶融性が低下するとともに、液相温度が高くなって成形時に失透しやすくなる。 Al 2 O 3 is also a crystal constituent. The content of Al 2 O 3 is preferably 14 to 30%, more preferably 16 to 25%. When the content of Al 2 O 3 is too small, the precipitated crystal is coarsened and the mechanical strength of the joint tends to be lowered. On the other hand, when the content of Al 2 O 3 is too large, with the meltability decreases, it tends to be devitrified during molding liquidus temperature becomes high.

LiOも結晶構成成分である。LiOの含有量は、好ましくは1.5〜10%、より好ましくは3〜7%である。LiOの含有量が少なすぎると、異種結晶が析出する傾向があり所望の結晶が得られにくくなる。一方、LiOの含有量が多すぎると、結晶性が強くなって軟化流動性が低下し、結果として接合性が低下する傾向がある。 Li 2 O is also a crystal constituent. The content of Li 2 O is preferably 1.5 to 10%, more preferably 3 to 7%. When the Li 2 O content is too small, there is a tendency for foreign crystals precipitate a desired crystal becomes difficult to obtain. On the other hand, when the content of Li 2 O is too large, the softening fluidity is lowered crystallinity becomes strong, the bonding property as a result tends to decrease.

NaOはNaO−Al−SiO系結晶の構成成分である。また、LiO−Al−SiO系結晶の結晶性を制御するための成分でもある。さらに、ガラス相の割合を調整することにより軟化点を調整し、軟化流動性にも影響を与える。NaOの含有量は、好ましくは0〜10%、より好ましくは0〜7%である。NaOの含有量が多すぎると、LiO−Al−SiO系結晶の析出量が少なくなり、所望の空隙や線熱膨張係数が得られにくくなる。 Na 2 O is a constituent component of the Na 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. It is also a component for controlling the crystallinity of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. Furthermore, the softening point is adjusted by adjusting the proportion of the glass phase, which affects the softening fluidity. The content of Na 2 O is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 7%. When the content of Na 2 O is too large, the less amount of precipitation of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal, desired voids and linear thermal expansion coefficient is difficult to obtain.

OはKO−Al−SiO系結晶を構成する成分である。また、LiO−Al−SiO系結晶の結晶性を制御するための成分でもある。さらに、ガラス相の割合を調整することにより軟化点を調整し、軟化流動性にも影響を与える。KOの含有量は、好ましくは1〜10%、より好ましくは3〜7%、さらに好ましくは3.5〜7%である。KOの含有量が少なすぎると、KO−Al−SiO系結晶が析出しにくくなる。一方、KOの含有量が多すぎると、LiO−Al−SiO系結晶の析出量が少なくなり、所望の空隙や線熱膨張係数が得られにくくなる。 K 2 O is a component constituting a K 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal. It is also a component for controlling the crystallinity of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. Furthermore, the softening point is adjusted by adjusting the proportion of the glass phase, which affects the softening fluidity. The content of K 2 O is preferably 1 to 10%, more preferably 3 to 7%, and still more preferably 3.5 to 7%. When K 2 O content is too small, K 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal is less likely to precipitate. On the other hand, when the content of K 2 O is too large, the less amount of precipitation of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal, desired voids and linear thermal expansion coefficient is difficult to obtain.

なお、KOおよびNaOの合量は、上記効果に鑑み、1〜20%であることが好ましく、3〜10%であることがより好ましい。 The total amount of K 2 O and Na 2 O is preferably 1 to 20%, more preferably 3 to 10% in view of the above effects.

MgOはMgO−Al−SiO系結晶の構成成分である。また、LiO−Al−SiO系結晶の結晶性を制御するための成分でもある。さらに、ガラス相の割合を調整することにより軟化点を調整し、軟化流動性にも影響を与える。MgOの含有量は、好ましくは0〜10%、より好ましくは0.1〜9%、さらに好ましくは1〜8%、特に好ましくは2〜7%である。MgOの含有量が多すぎると、LiO−Al−SiO系結晶の析出量が少なくなり、所望の空隙や線熱膨張係数が得られにくくなる。 MgO is a constituent component of the MgO—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. It is also a component for controlling the crystallinity of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. Furthermore, the softening point is adjusted by adjusting the proportion of the glass phase, which affects the softening fluidity. The content of MgO is preferably 0 to 10%, more preferably 0.1 to 9%, further preferably 1 to 8%, and particularly preferably 2 to 7%. When the content of MgO is too large, the less amount of precipitation of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal, desired voids and linear thermal expansion coefficient is difficult to obtain.

CaOはCaO−Al−SiO系結晶の構成成分である。また、LiO−Al−SiO系結晶の結晶性を制御するための成分でもある。さらに、ガラス相の割合を調整することにより軟化点を調整し、軟化流動性にも影響を与える。CaOの含有量は、好ましくは0〜10%、より好ましくは0〜7%である。CaOの含有量が多すぎると、LiO−Al−SiO系結晶の析出量が少なくなり、所望の空隙や線熱膨張係数が得られにくくなる。 CaO is a constituent component of the CaO—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. It is also a component for controlling the crystallinity of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. Furthermore, the softening point is adjusted by adjusting the proportion of the glass phase, which affects the softening fluidity. The content of CaO is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 7%. When the content of CaO is too large, the less amount of precipitation of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal, desired voids and linear thermal expansion coefficient is difficult to obtain.

SrOはSrO−Al−SiO系結晶の構成成分である。また、LiO−Al−SiO系結晶の結晶性を制御するための成分でもある。さらに、ガラス相の割合を調整することにより軟化点を調整し、軟化流動性にも影響を与える。SrOの含有量は、好ましくは0〜10%、より好ましくは0〜7%である。SrOの含有量が多すぎると、LiO−Al−SiO系結晶の析出量が少なくなり、所望の空隙や線熱膨張係数が得られにくくなる。 SrO is a constituent component of the SrO—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. It is also a component for controlling the crystallinity of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. Furthermore, the softening point is adjusted by adjusting the proportion of the glass phase, which affects the softening fluidity. The content of SrO is preferably 0 to 10%, more preferably 0 to 7%. When the content of SrO is too large, the less amount of precipitation of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal, desired voids and linear thermal expansion coefficient is difficult to obtain.

BaOはBaO−Al−SiO系結晶の構成成分である。また、LiO−Al−SiO系結晶の結晶性を制御するための成分でもある。さらに、ガラス相の割合を調整することにより軟化点を調整し、軟化流動性にも影響を与える。BaOの含有量は、好ましくは0〜10%、より好ましくは0.1〜9%、さらに好ましくは1〜8%、特に好ましくは2〜7%である。BaOの含有量が多すぎると、LiO−Al−SiO系結晶の析出量が少なくなり、所望の空隙や線熱膨張係数が得られにくくなる。 BaO is a constituent component of a BaO—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. It is also a component for controlling the crystallinity of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. Furthermore, the softening point is adjusted by adjusting the proportion of the glass phase, which affects the softening fluidity. The content of BaO is preferably 0 to 10%, more preferably 0.1 to 9%, still more preferably 1 to 8%, and particularly preferably 2 to 7%. When the content of BaO is too large, the less amount of precipitation of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal, desired voids and linear thermal expansion coefficient is difficult to obtain.

なお、MgO、CaO、SrOおよびBaOの合量は、上記効果に鑑み、1〜20%であることが好ましく、3〜10%であることがより好ましい。
また、所望の結晶を析出しやすくするため、R’O(R’=Na、K)とRO(R=Mg、Ca、Sr、Ba)の合量は1〜20%であることが好ましく、3〜10%であることがより好ましい。
The total amount of MgO, CaO, SrO and BaO is preferably 1 to 20%, more preferably 3 to 10% in view of the above effects.
In order to facilitate precipitation of desired crystals, the total amount of R ′ 2 O (R ′ = Na, K) and RO (R = Mg, Ca, Sr, Ba) is preferably 1 to 20%. More preferably, it is 3 to 10%.

ZnOは溶融を行いやすくする成分であるとともに、ガーナイト結晶の構成成分である。ガーナイト結晶は比較的高屈折率を有するため、ZnOを積極的に含有させることにより、白色度の高い接合部が得られやすい。ただし、ZnOの含有量が多すぎると、ガーナイト結晶の析出が多くなって、LiO−Al−SiO系結晶、RO−Al−SiO系結晶およびR’O−Al−SiO系結晶の析出量が低下する傾向がある。以上に鑑み、ZnOの含有量は、好ましくは0〜5%、より好ましくは0〜4%である。 ZnO is a component that facilitates melting and a constituent component of garnite crystals. Since the garnite crystal has a relatively high refractive index, it is easy to obtain a bonded portion with high whiteness by positively containing ZnO. However, if the content of ZnO is too large, the precipitation of garnite crystals increases, and Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystals, RO—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystals and R ′ 2 O precipitation amount -Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal tends to decrease. In view of the above, the content of ZnO is preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 4%.

TiOおよびZrOは析出結晶の核となる成分であり、結晶の粗大化を抑制する作用と、結晶を安定して析出させる作用を有する。ただし、その含有量が多くなりすぎると、LiO−Al−SiO系結晶が優先して析出するようになり、RO−Al−SiO系結晶およびR’O−Al−SiO系結晶が析出しにくくなる。また、結晶化速度が速くなって失透しやすくなり、軟化流動性が低下する傾向がある。 TiO 2 and ZrO 2 are components that become the nucleus of the precipitated crystal, and have an action of suppressing the coarsening of the crystal and an action of stably depositing the crystal. However, when the content is too large, Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystals are preferentially precipitated, and RO—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystals and R ′ 2 O -Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal is less likely to precipitate. In addition, the crystallization speed increases and the glass tends to devitrify, and the softening fluidity tends to decrease.

なお、TiOは結晶化速度を速める効果が強いため、その含有量が多すぎると、結晶化工程における冷却過程で過剰に空隙が発生して機械的強度が低下しやすくなる。一方、ZrOはTiOよりも結晶化速度の促進効果が小さいため、その含有量が多すぎると、結晶化工程における結晶粒子の成長が不十分となるため、空隙の発生がむしろ少なくなる。以上に鑑み、TiOおよびZrOの含有量を適宜調整することが好ましい。具体的には、TiOの含有量は、好ましくは0〜5%、より好ましくは0〜3%、さらに好ましくは0.1〜2%である。ZrOの含有量は、好ましくは0〜3%、より好ましくは0〜2%、さらに好ましくは0〜1.4%、特に好ましくは0.1〜1%である。また、TiOおよびZrOの合量は、好ましくは0〜5%、より好ましくは0〜3%、さらに好ましくは0〜2%、特に好ましくは0〜1.4%、最も好ましくは0.1〜1%である。 Since TiO 2 has a strong effect of accelerating the crystallization speed, if its content is too large, voids are excessively generated during the cooling process in the crystallization step, and the mechanical strength tends to decrease. On the other hand, ZrO 2 has a smaller effect of promoting the crystallization rate than TiO 2 , and if its content is too large, the growth of crystal grains in the crystallization process becomes insufficient, and the generation of voids is rather reduced. In view of the above, it is preferable to appropriately adjust the contents of TiO 2 and ZrO 2 . Specifically, the content of TiO 2 is preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 3%, and still more preferably 0.1 to 2%. The content of ZrO 2 is preferably 0 to 3%, more preferably 0 to 2%, further preferably 0 to 1.4%, and particularly preferably 0.1 to 1%. The total amount of TiO 2 and ZrO 2 is preferably 0 to 5%, more preferably 0 to 3%, still more preferably 0 to 2%, particularly preferably 0 to 1.4%, and most preferably 0. 1-1%.

はLiO−Al−SiO系結晶の結晶性を制御するための成分である。また、ガラス相の割合を調整することにより軟化点を調整し、軟化流動性にも影響を与える。Bの含有量は、好ましくは0〜3%、より好ましくは0〜2%である。Bの含有量が多すぎると、LiO−Al−SiO系結晶の析出量が少なくなり、所望の空隙や線熱膨張係数が得られにくくなる。 B 2 O 3 is a component for controlling the crystallinity of the Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 based crystal. In addition, the softening point is adjusted by adjusting the proportion of the glass phase, which affects the softening fluidity. The content of B 2 O 3 is preferably 0 to 3%, more preferably 0 to 2%. If the B 2 O 3 content is too large, the less amount of precipitation of Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal, desired voids and linear thermal expansion coefficient is difficult to obtain.

は結晶の粗大化を抑制する作用を有する成分である。ただし、その含有量が多すぎると、失透性が強くなる傾向がある。よって、Pの含有量は、好ましくは0〜1%、より好ましくは0〜0.8%である。 P 2 O 5 is a component having an action of suppressing the coarsening of crystals. However, when there is too much the content, there exists a tendency for devitrification to become strong. Therefore, the content of P 2 O 5 is preferably 0 to 1%, more preferably 0 to 0.8%.

また、目的とする接合部の色に応じて、ガラス組成中に着色成分として、CoO、NiO、FeまたはVを含有させても構わない。CoO+NiO+Fe+Vの含有量は、好ましくは0.01〜5%、より好ましくは0.05〜3%、さらに好ましくは0.1〜1%である。CoO+NiO+Fe+Vの含有量が少なすぎると、着色の効果が得られにくい。一方、CoO+NiO+Fe+Vの含有量が多すぎると、その他の成分の含有量が相対的に低減して、例えば析出結晶量の低下により線熱膨張係数が高くなりすぎるなど、各物性に影響を与えるおそれがある。 Also, depending on the color of the joint of interest, as a coloring component in the glass composition, may CoO, NiO, be contained Fe 2 O 3 or V 2 O 5. The content of CoO + NiO + Fe 2 O 3 + V 2 O 5 is preferably 0.01 to 5%, more preferably 0.05 to 3%, and still more preferably 0.1 to 1%. When the content of CoO + NiO + Fe 2 O 3 + V 2 O 5 is too small, it is difficult to obtain a coloring effect. On the other hand, if the content of CoO + NiO + Fe 2 O 3 + V 2 O 5 is too large, the content of other components is relatively reduced, for example, the linear thermal expansion coefficient becomes too high due to a decrease in the amount of precipitated crystals, etc. May affect physical properties.

本発明の接合材は、熱処理後において、30〜530℃における平均線熱膨張係数の絶対値は、好ましくは15×10−7/K以下、より好ましくは10×10−7/K以下である。 In the bonding material of the present invention, the absolute value of the average linear thermal expansion coefficient at 30 to 530 ° C. after heat treatment is preferably 15 × 10 −7 / K or less, more preferably 10 × 10 −7 / K or less. .

本発明の接合材は、バルク状結晶性ガラスおよび粉末状結晶性ガラスのいずれから構成されていてもよい。粉末状結晶性ガラスを用いる場合、作業性の観点から、その粒径は1〜300μm以下であることが好ましく、10〜200μm以下であることがより好ましい。なお、結晶性ガラス粉末は、熱処理中に軟化して粒子同士が融着するため、析出結晶の大きさは初期のガラス粉末粒子の大きさを超える場合もある。   The bonding material of the present invention may be composed of either bulk crystalline glass or powdered crystalline glass. When using powdery crystalline glass, the particle size is preferably 1 to 300 μm or less, and more preferably 10 to 200 μm or less, from the viewpoint of workability. The crystalline glass powder softens during the heat treatment and the particles are fused to each other, so that the size of the precipitated crystal may exceed the size of the initial glass powder particle.

次に、本発明の接合材の製造方法、および、本発明の接合材を用いた接合体の製造方法の一例について説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the bonding material of the present invention and a method for manufacturing a bonded body using the bonding material of the present invention will be described.

まず、所望の組成になるよう調合した原料粉末を均一になるまで溶融し、溶融ガラスを所望の形状に成形して徐冷することにより結晶性ガラスを得る。次に、結晶性ガラスを研削、研磨、粉砕等の方法によって、接合材として適切な形態に加工する。例えば、粉末状結晶性ガラスを得る場合には、成形後のガラスをボールミル等の粉砕装置で粉砕し、所定の粒度に整える。   First, the raw material powder prepared so as to have a desired composition is melted until it is uniform, and the molten glass is formed into a desired shape and slowly cooled to obtain a crystalline glass. Next, the crystalline glass is processed into a suitable form as a bonding material by a method such as grinding, polishing, and pulverization. For example, when obtaining a powdery crystalline glass, the glass after molding is pulverized by a pulverizer such as a ball mill and adjusted to a predetermined particle size.

粉末状結晶性ガラスからなる接合材を使用する場合には、結晶性ガラス粉末に水または有機液体、さらに必要に応じてバインダー等を加え、スラリー状またはペースト状にする。第1の被接合部材の所望の部位に接合材を塗布または充填することによって配置し、さらに第2の被接合部材を接合材に接触させる。ここで、水分や有機物の使用が好ましくない場合には、接合材を乾式法によって充填するなどしても良い。次いで、第1および第2の被接合部材と接合材の積層体全体を、結晶性ガラスの軟化点以上の温度で熱処理し、接合材を流動および結晶化させる。熱処理温度は、結晶性ガラスの軟化点以上であり、特に粘度が104.5〜105.5ポアズ(104.5〜105.5dPa・s)を示す温度域であることが好ましい。具体的には、ガラス組成にもよるが、熱処理温度は950℃以上であることが好ましく、1030℃以上であることがより好ましく、1040℃以上であることがさらに好ましい。熱処理温度が低すぎると、所望の種類の結晶が析出しにくくなる。一方、熱処理温度が高すぎると、析出結晶が融解しやすくなり、冷却過程において所望の結晶が析出しにくくなる。結果として、所望の空隙や線熱膨張係数が得られにくくなる。また、熱処理炉への負担が大きくなり、燃料コストも高騰する傾向がある。以上に鑑み、焼成温度は1300℃以下であることが好ましい。 When a bonding material made of powdered crystalline glass is used, water or an organic liquid and, if necessary, a binder or the like are added to the crystalline glass powder to form a slurry or paste. It arrange | positions by apply | coating or filling a bonding material to the desired site | part of a 1st to-be-joined member, and also makes a 2nd to-be-joined member contact a joining material. Here, when it is not preferable to use moisture or organic matter, the bonding material may be filled by a dry method. Next, the entire laminate of the first and second members to be bonded and the bonding material is heat-treated at a temperature equal to or higher than the softening point of the crystalline glass to cause the bonding material to flow and crystallize. The heat treatment temperature is equal to or higher than the softening point of the crystalline glass, and it is particularly preferable that the viscosity is in a temperature range where the viscosity is 10 4.5 to 10 5.5 poise (10 4.5 to 10 5.5 dPa · s). . Specifically, although it depends on the glass composition, the heat treatment temperature is preferably 950 ° C. or higher, more preferably 1030 ° C. or higher, and further preferably 1040 ° C. or higher. When the heat treatment temperature is too low, it is difficult to precipitate a desired type of crystal. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, the precipitated crystals are likely to melt, and the desired crystals are difficult to precipitate during the cooling process. As a result, it becomes difficult to obtain a desired air gap and linear thermal expansion coefficient. In addition, the burden on the heat treatment furnace increases, and the fuel cost tends to rise. In view of the above, the firing temperature is preferably 1300 ° C. or lower.

上記熱処理温度で所定時間保持した後、冷却することにより、本発明の接合材で接合されてなる接合体が得られる。本発明において、接合材の熱処理後の線熱膨張係数は、特に冷却過程における冷却速度の影響を大きく受ける。従って、冷却速度を変化させることにより、結晶化度を変えることなく結晶相やガラス相における空隙の発生度合いを制御することができ、所望の歪み吸収効果と線熱膨張係数を得ることが可能となる。なお、本発明の接合材では、冷却過程における冷却速度を小さくすることによって、空隙の発生度合いを高めることができる。具体的には、冷却速度は300℃/時間以下であることが好ましく、200℃/時間以下であることがより好ましく、100℃/時間以下であることがさらに好ましい。これにより、所定量のLiO−Al−SiO系結晶、および、RO−Al−SiO系結晶またはR’O−Al−SiO系結晶が析出して所望の空隙を有する内部構造と線熱膨張係数が得られやすくなり、接合部の残留応力を極めて小さくすることができる。 After being held at the heat treatment temperature for a predetermined time and then cooled, a joined body joined with the joining material of the present invention is obtained. In the present invention, the linear thermal expansion coefficient after heat treatment of the bonding material is greatly influenced by the cooling rate particularly in the cooling process. Therefore, by changing the cooling rate, it is possible to control the degree of void formation in the crystal phase or glass phase without changing the crystallinity, and to obtain the desired strain absorption effect and linear thermal expansion coefficient. Become. In the bonding material of the present invention, the degree of void generation can be increased by reducing the cooling rate in the cooling process. Specifically, the cooling rate is preferably 300 ° C./hour or less, more preferably 200 ° C./hour or less, and further preferably 100 ° C./hour or less. As a result, a predetermined amount of Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal and RO—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal or R ′ 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 crystal were precipitated. Thus, an internal structure having a desired void and a linear thermal expansion coefficient can be easily obtained, and the residual stress at the joint can be extremely reduced.

なお、熱処理炉は特に限定されず、例えばローラーハースキルンやトンネルキルンのような連続式炉の他、シャトルキルン、ボックス炉等のバッチ式炉が使用可能である。また、加熱源も電気、ガス、オイルの他、マイクロ波の利用も可能である。   The heat treatment furnace is not particularly limited, and for example, a continuous furnace such as a roller hearth kiln or a tunnel kiln, or a batch furnace such as a shuttle kiln or a box furnace can be used. In addition to electricity, gas, and oil, microwaves can be used as the heating source.

上記には被接合部材と接合材の積層体全体を熱処理する方法を説明したが、レーザー等を用いて接合材のみを局部加熱しても構わない。   The method for heat-treating the entire laminate of the member to be bonded and the bonding material has been described above, but only the bonding material may be locally heated using a laser or the like.

第1の被接合部材および第2の被接合部材の材質としては特に限定されないが、本発明の接合材を使用すれば、石英ガラス(線熱膨張係数:5.5×10−7/K)をはじめ、低膨張結晶化ガラスや低膨張セラミックス等の低線熱膨張係数を有する材料を、残留応力が小さな状態で接合することが可能となる。 Although it does not specifically limit as a material of a 1st to-be-joined member and a 2nd to-be-joined member, If the joining material of this invention is used, quartz glass (Linear thermal expansion coefficient: 5.5 * 10 < -7 > / K) In addition, a material having a low linear thermal expansion coefficient, such as low expansion crystallized glass and low expansion ceramics, can be bonded with a small residual stress.

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1〜3)
(a)結晶性ガラスの製造
表1に示す各ガラス組成となるように調合したガラス原料を、電気炉中にて所定温度で12時間溶融した後、溶融ガラスをツインローラーに流し出して急冷し、0.5mm厚の板状に成形した。次いで、ボールミルを用いて板状ガラスを粉砕し、篩を用いて平均粒径150μmの結晶性ガラス粉末(接合材)を得た。
(Examples 1-3)
(A) Production of crystalline glass After melting glass raw materials prepared so as to have the respective glass compositions shown in Table 1 at a predetermined temperature in an electric furnace for 12 hours, the molten glass is poured into twin rollers and rapidly cooled. And formed into a 0.5 mm thick plate. Next, the plate glass was pulverized using a ball mill, and a crystalline glass powder (bonding material) having an average particle size of 150 μm was obtained using a sieve.

(b)接合体の製造
結晶性ガラス粉末にイオン交換水を加えてスラリー状にした後、当該スラリーを、寸法50mm×5mm×5mmの石英ガラスの長方形面に塗布し、その上に同寸法の石英ガラスを同じ向きに重ね、80℃で1時間乾燥した。その後、電気炉中で表1に記載の温度にて熱処理を行うことにより、接合材により接合された石英ガラス接合体を得た。得られた接合体の接合部付近の残留応力をセナルモン法によって測定した。測定結果を表1に示す。また、接合部付近の偏光顕微鏡写真を図1に示す。
(B) Manufacture of joined body After adding ion-exchanged water to crystalline glass powder to form a slurry, the slurry is applied to a rectangular surface of quartz glass having dimensions of 50 mm × 5 mm × 5 mm, and the same size is applied thereon. Quartz glass was stacked in the same direction and dried at 80 ° C. for 1 hour. Then, the quartz glass joined body joined by the joining material was obtained by heat-processing in the temperature of Table 1 in an electric furnace. The residual stress in the vicinity of the joint of the obtained joined body was measured by the Senarmon method. The measurement results are shown in Table 1. In addition, FIG. 1 shows a polarizing microscope photograph near the joint.

なお、接合プロセスにおける熱処理の条件は次の通りとした。まず、500℃/hの速度で室温から500℃まで昇温した後、さらに100℃/hの速度で表1に示した所定の焼成温度まで昇温した後、そのまま1時間保持した。その後、100℃/hの速度で500℃まで冷却した後、さらに300℃/hの速度で室温まで冷却した。   The heat treatment conditions in the joining process were as follows. First, after raising the temperature from room temperature to 500 ° C. at a rate of 500 ° C./h, the temperature was further raised to a predetermined firing temperature shown in Table 1 at a rate of 100 ° C./h, and then kept for 1 hour. Then, after cooling to 500 ° C. at a rate of 100 ° C./h, it was further cooled to room temperature at a rate of 300 ° C./h.

(c)接合材の物性の測定
(a)で得られた結晶性ガラス粉末を、80mm×5mm×5mmの角柱になるようプレス装置で空気圧プレス成形し、上記と同じ条件で熱処理を行うことにより結晶化ガラスを得た。得られた結晶化ガラスの一部を用いて、X線回折装置(リガク社製 RINT2100)により、析出結晶の同定と結晶量の測定を行った。結晶量の測定は多重ピーク分離法により行った。測定結果を表1に示す。
(C) Measurement of physical properties of bonding material The crystalline glass powder obtained in (a) is pneumatically press-molded with a pressing device so as to be a prismatic column of 80 mm × 5 mm × 5 mm, and is subjected to heat treatment under the same conditions as above. Crystallized glass was obtained. Part of the obtained crystallized glass was used to identify the precipitated crystals and measure the amount of crystals with an X-ray diffractometer (RINT2100 manufactured by Rigaku Corporation). The amount of crystals was measured by a multiple peak separation method. The measurement results are shown in Table 1.

さらに、残りの試料を用いて、30〜530℃における線熱膨張係数をディラトメータ(Bruker AXS社製 TD5010)を用いて測定した。測定結果を表1に示す。   Furthermore, the linear thermal expansion coefficient in 30-530 degreeC was measured using the remaining sample using the dilatometer (TD5010 by Bruker AXS). The measurement results are shown in Table 1.

(実施例4)
(a)結晶性ガラスの製造
実施例3と同一の組成となるように調合したガラス原料を、電気炉中にて所定温度で12時間溶融した。溶融ガラスをカーボン板状に流し出して成形し、アニールした後、厚さ50mm×5mm×1mmの板状に研磨加工することにより、結晶性ガラス板(接合材)を得た。
Example 4
(A) Production of crystalline glass A glass raw material prepared so as to have the same composition as in Example 3 was melted in an electric furnace at a predetermined temperature for 12 hours. The molten glass was cast out into a carbon plate shape, molded, annealed, and then polished into a plate shape having a thickness of 50 mm × 5 mm × 1 mm to obtain a crystalline glass plate (joining material).

(b)接合体の製造
寸法50mm×5mm×5mmの石英ガラスの長方形面上に、結晶性ガラス板、さらにその上に上記石英ガラスと同寸法の石英ガラスを同じ向きに重ね、電気炉中で表1に記載の温度にて熱処理を行うことにより、接合材で接合された石英ガラス接合体を得た。得られた接合体の接合部付近の残留応力をセナルモン法によって測定した。
(B) Manufacture of joined body A crystalline glass plate on a rectangular surface of quartz glass having a size of 50 mm × 5 mm × 5 mm, and a quartz glass having the same size as that of the quartz glass are stacked in the same direction on the rectangular surface. By performing heat treatment at the temperature shown in Table 1, a quartz glass joined body joined with a joining material was obtained. The residual stress in the vicinity of the joint of the obtained joined body was measured by the Senarmon method.

(c)接合材の物性の測定
80mm×5mm×5mmの角柱状に加工した結晶性ガラスを、上記と同じ条件で熱処理を行うことにより結晶化ガラスを得た。得られた結晶化ガラスを用いて実施例1〜3と同様にして析出結晶の同定と結晶量の測定、さらに30〜530℃における線熱膨張係数を測定した。
(C) Measurement of physical properties of bonding material Crystallized glass processed into a prismatic shape of 80 mm × 5 mm × 5 mm was subjected to heat treatment under the same conditions as above to obtain crystallized glass. Using the resulting crystallized glass, identification of precipitated crystals and measurement of the amount of crystals were carried out in the same manner as in Examples 1 to 3, and the linear thermal expansion coefficient at 30 to 530 ° C. was measured.

(比較例1および2)
表1に示すガラス組成を有するように調合したガラス原料を用いたこと以外は、実施例1〜3と同様にして結晶性ガラス粉末を作製し、各物性の測定を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Examples 1 and 2)
A crystalline glass powder was prepared in the same manner as in Examples 1 to 3 except that a glass raw material prepared so as to have the glass composition shown in Table 1 was used, and each physical property was measured. The results are shown in Table 1.

表1から明らかなように、実施例1〜4においては、接合部の残留応力値が3MPa以下と極めて小さい。また、図1の写真は、接合部付近の石英ガラスにおける光の透過状態が均一で、残留応力値が極めて小さいことを示している。   As is clear from Table 1, in Examples 1 to 4, the residual stress value at the joint is as small as 3 MPa or less. Moreover, the photograph of FIG. 1 shows that the light transmission state in the quartz glass near the joint is uniform and the residual stress value is extremely small.

一方、比較例1および2の結晶化ガラス接合材は、線熱膨張係数が10×10−7/K以下と比較的小さいにも拘わらず、残留応力値が15MPa以上と大きくなった。 On the other hand, although the crystallized glass bonding materials of Comparative Examples 1 and 2 had a relatively low linear thermal expansion coefficient of 10 × 10 −7 / K or less, the residual stress value increased to 15 MPa or more.

1 石英ガラス
2 接合部
1 Quartz glass 2 Joint

Claims (8)

熱処理により、LiO−Al−SiO系結晶 20〜70質量%、かつ、RO−Al−SiO系結晶(R=Mg、Ca、Sr、Ba)またはR’O−Al−SiO系結晶(R’=Na、K) 1〜75質量%を析出する結晶性ガラスからなることを特徴とする接合材。 By heat treatment, Li 2 O—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal 20 to 70 mass%, and RO—Al 2 O 3 —SiO 2 -based crystal (R = Mg, Ca, Sr, Ba) or R ′ 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 based crystal (R '= Na, K) 1~75 wt% bonding material, characterized in that it consists of crystalline glass to deposit. 結晶性ガラスが、質量%で、SiO 55〜72%、Al 14〜30%、LiO 1.5〜10%、NaO 0〜10%、KO 1〜10%、MgO 0〜10%、CaO 0〜10%、SrO 0〜10%、BaO 0〜10%、ZnO 0〜5%、TiO 0〜5%、ZrO 0〜3%、B 0〜3%およびP 0〜1%を含有することを特徴とする請求項1に記載の接合材。 Crystalline glass, in mass%, SiO 2 55~72%, Al 2 O 3 14~30%, Li 2 O 1.5~10%, Na 2 O 0~10%, K 2 O 1~10% , 0~10% MgO, CaO 0~10% , SrO 0~10%, BaO 0~10%, 0~5% ZnO, TiO 2 0~5%, ZrO 2 0~3%, B 2 O 3 0 bonding material according to claim 1, characterized in that it contains 3% and P 2 O 5 0~1%. 結晶性ガラスが、熱処理によりβ−スポジュメン固溶体およびサニディン結晶を析出することを特徴とする請求項1または2に記載の接合材。   The bonding material according to claim 1 or 2, wherein the crystalline glass precipitates β-spodumene solid solution and sanidine crystals by heat treatment. 熱処理後において、30〜530℃における平均線熱膨張係数の絶対値が15×10−7/K以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の接合材。 4. The bonding material according to claim 1, wherein an absolute value of an average linear thermal expansion coefficient at 30 to 530 ° C. is 15 × 10 −7 / K or less after the heat treatment. 析出結晶の平均粒径が0.5μm以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の接合材。   The bonding material according to any one of claims 1 to 4, wherein an average particle size of the precipitated crystals is 0.5 µm or more. 第1の被接合部材と第2の被接合部材との間に請求項1〜5のいずれか一項に記載の接合材を配置し、熱処理することにより、第1の被接合部材と第2の被接合部材を接合することを特徴とする接合体の製造方法。   By arranging the bonding material according to any one of claims 1 to 5 between the first bonded member and the second bonded member and performing a heat treatment, the first bonded member and the second bonded member. A method for manufacturing a joined body comprising joining members to be joined. 第1の被接合部材および/または第2の被接合部材が石英ガラスであることを特徴とする請求項6に記載の接合体の製造方法。   The method for manufacturing a joined body according to claim 6, wherein the first member to be joined and / or the second member to be joined is quartz glass. 請求項6または7に記載の方法により製造されてなることを特徴とする接合体。   A joined body produced by the method according to claim 6 or 7.
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