JP2851881B2 - Jointed body of alumina ceramics and iron-nickel alloy and joining method thereof - Google Patents

Jointed body of alumina ceramics and iron-nickel alloy and joining method thereof

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金
との接合体およびその接合方法に係り、特に光電子増倍
管に好適に用いられる接合体およびその接合方法に関す
る。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a joined body of alumina ceramics and an iron / nickel-based alloy and a joining method thereof, particularly a joined body suitably used for a photomultiplier tube and the joined body. It relates to a joining method.

「従来技術とその課題」 真空気密性および高絶縁性が要求される電気機器部
品、例えば光電子増倍管をアルミナセラミックスと金属
との接合体で構成する場合には、アルミナセラミックス
と鉄・ニッケル系合金との接合体を用いるのが一般的で
ある。これは、鉄・ニッケル系合金からアルミナセラミ
ックスと熱膨張係数の近似する合金が得られるためであ
り、アルミナセラミックスの熱応力破壊を避けることが
できるからである。
"Conventional technology and its problems" When electrical equipment parts that require vacuum tightness and high insulation, such as a photomultiplier tube made of a bonded body of alumina ceramic and metal, alumina ceramic and iron-nickel Generally, a joined body with an alloy is used. This is because an alloy having a similar thermal expansion coefficient to alumina ceramics can be obtained from an iron-nickel alloy, and thermal stress destruction of alumina ceramics can be avoided.

上記組合せによる接合体は、一般に“テレフンケン
法”と呼ばれる方法によって接合されている。この方法
は第2図に示すように、アルミナセラミックス基板1上
にMo−Mn混合粉末をペースト状にして一定厚さに塗布
し、加湿水素気流中で高温加熱してメタライズ層2を形
成すると共に、メタライズ層2の表面にNiメッキ層3を
形成し、さらにNiメッキ層3の上にろう材4を介して鉄
・ニッケル系合金基板5を載置して接合する方法であ
る。
The joined body of the above combination is joined by a method generally called "Telefunken method". In this method, as shown in FIG. 2, a Mo-Mn mixed powder is applied as a paste on an alumina ceramic substrate 1 to a predetermined thickness, and is heated at a high temperature in a humidified hydrogen stream to form a metallized layer 2. In this method, a Ni plating layer 3 is formed on the surface of the metallized layer 2, and an iron / nickel-based alloy substrate 5 is placed on the Ni plating layer 3 via a brazing material 4 and joined.

しかしながら、上述のテレフンケン法によって接合体
を得るには、Mo−Mn混合粉末によって形成されるメタラ
イズ層2による接合機構に起因して以下に述べるような
不都合がある。
However, obtaining a joined body by the above-described telefunken method has the following disadvantages due to the joining mechanism of the metallized layer 2 formed by the Mo-Mn mixed powder.

メタライズ層2による接合機構を説明すると、加湿水
蒸気流中での高温加熱によりMoは金属状態を維持するも
のの、適当濃度の水分が供給されることにより酸素分圧
がコントロールされ、Mn表面が酸化されてMnOとなる。
そして、このMnOがアルミナセラミックス基板の主成分
であるAlO3が、アルミナセラミックス中に不純物として
含まれるSiO2と反応してMnO−Al2O3−SiO3系の低融点ガ
ラスを形成し、これがMo−Mnの空隙を充填することによ
り、アルミナセラミックス基板1と接合する。このよう
に、上記メタライズ層2にはMo−Mn−MnO−Al2O3−SiO2
系の反応相が形成されることになる。
The joining mechanism by the metallized layer 2 will be described. Mo is maintained in a metallic state by high-temperature heating in a humidified steam flow, but the oxygen partial pressure is controlled by supplying an appropriate concentration of water, and the Mn surface is oxidized. To MnO.
Then, MnO, which is the main component of the alumina ceramic substrate, AlO 3 reacts with SiO 2 contained as an impurity in the alumina ceramic to form a MnO-Al 2 O 3 -SiO 3 low melting point glass, which is By filling the gap of Mo-Mn, it is joined to the alumina ceramic substrate 1. Thus, in the above metallized layer 2 Mo-Mn-MnO-Al 2 O 3 -SiO 2
A reaction phase of the system will be formed.

ところが、水素気流中に供給する水蒸気量は、酸素分
圧と関連して形成されるMnO−Al2O3−SiO2系ガラスの組
成に大きく影響するものであり、この水蒸気量によって
該ガラスの物性、例えば熱膨張係数などが大きく左右さ
れる。したがって、Mo−Mnメタル間に微小クラックが発
生して真空気密性を損なうことがないよう、水蒸気量を
厳密にコントロールする必要があることから、操作条件
やその制御等も煩雑となり、しかもこの接合方法ではア
ルミナセラミックスと合金との間にメタライズ層2、メ
ッキ層3、およびろう材4層を順次形成する多段プロセ
スであることから、コストの高い接合方法となってい
る。
However, the amount of water vapor supplied into the hydrogen stream greatly affects the composition of the MnO-Al 2 O 3 -SiO 2 glass formed in relation to the oxygen partial pressure. Physical properties, such as the coefficient of thermal expansion, are greatly affected. Therefore, it is necessary to strictly control the amount of water vapor so that a minute crack does not occur between the Mo-Mn metals and impair the vacuum tightness. The method is a multi-step process in which a metallized layer 2, a plated layer 3, and a brazing material 4 are sequentially formed between an alumina ceramic and an alloy.

また、このような方法ではアルミナセラミックス中に
含まれる不純物としてのSiO2が接合に関与するため、純
度94〜96%のアルミナセラミックスが一般に使用され、
99.5%以上のAl2O3を含む高純度アルミナセラミックス
が作用できなかった。その結果、このような純度の低い
アルミナセラミックスを使用するために、高純度アルミ
ナセラミックスで得られる高絶縁特性が損なわれ、例え
ば光電子増倍管として用いる場合では高電圧に対して不
利となる。
Further, in such a method, since SiO 2 as an impurity contained in the alumina ceramics is involved in the bonding, alumina ceramics having a purity of 94 to 96% are generally used,
High purity alumina ceramics containing more than 99.5% Al 2 O 3 could not work. As a result, the use of such low-purity alumina ceramics impairs the high insulation properties obtained from high-purity alumina ceramics, and is disadvantageous for high voltages, for example, when used as a photomultiplier tube.

一方、上記テレフンケン法とは別に、チタンを数%含
む活性金属ろう材、例えばAg−Cu−TiまたはCu−Tiなど
の系を用いて接合する方法も知られている。この接合方
法ではAg−CuあるいはCuなどの軟質金属が共存すること
でアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金の高温域
での熱膨張差(一般に500℃以上では鉄・ニッケル系合
金の熱膨張係数がアルミナセラミックスのそれより急激
に大きくなる)を緩和して、良好な接合体を得られるこ
とが知られている。
On the other hand, apart from the above-mentioned telefunken method, a method of joining using an active metal brazing material containing several% of titanium, for example, a system such as Ag-Cu-Ti or Cu-Ti is also known. In this joining method, the difference in thermal expansion between alumina ceramics and iron-nickel alloy in the high temperature range (generally, the thermal expansion coefficient of iron-nickel alloy at 500 ° C or higher is caused by the coexistence of soft metals such as Ag-Cu or Cu. It is known that a good joined body can be obtained by alleviating abrupt increase in the size of alumina ceramics).

しかしながら、最近では光電子増倍管の性能要求が厳
しくなっていることから、光電子増倍管として使用する
場合高温での使用に耐え得ることが必須となっている
が、上述のようにAg,Cuなどの軟質金属を多量に含む場
合には耐高温性能が低下するといった不都合がある。
However, recently, the performance requirements of photomultiplier tubes have become stricter, so when used as photomultiplier tubes, it is essential to be able to withstand use at high temperatures. When a large amount of soft metal such as is used, there is an inconvenience that high-temperature resistance performance is reduced.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、高温での使用においても十分な接合強
度および封着性能を保持し、電子管などとして使用する
場合にも真空気密性を十分に保持し、高純度のアルミナ
セラミックスに対しても、接合性が良好で、なおかつ耐
電圧に対しても優れた性能を保持し得る接合体を簡易な
手段で得る点にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to maintain sufficient bonding strength and sealing performance even at high temperatures, and to maintain vacuum tightness even when used as an electron tube. The point is to obtain a bonded body that can be sufficiently held, has good bonding properties with high-purity alumina ceramics, and can maintain excellent performance with respect to withstand voltage by simple means.

「課題を解決するための手段」 本発明のアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金
との接合体では、アルミナセラミックスと鉄・ニッケル
系合金との間に、アルミナセラミックスとの界面側より
高チタン含有の接合層、鉄・ニッケル・マンガン・チタ
ンを主成分とする第1の合金層、銀・マンガン・銅・チ
タン合金層、鉄・ニッケル・マンガン・チタンを主成分
とする第2の合金層が順次形成され、かつ高チタン含有
の接合層の層厚が0.1〜5μm、鉄・ニッケル・マンガ
ン・チタンを主成分とする第1の合金層と銀・マンガン
・銅・チタン合金層と鉄・ニッケル・マンガン・チタン
を主成分とする第2の合金層の合計の層厚が1〜100μ
mである接合部を有したことを上記課題の解決手段とし
た。
[Means for Solving the Problems] In the bonded body of the alumina ceramics and the iron-nickel alloy according to the present invention, a high titanium content between the alumina ceramics and the iron-nickel alloy is higher than the interface side with the alumina ceramics. A bonding layer, a first alloy layer mainly composed of iron, nickel, manganese and titanium, a silver alloy layer composed mainly of iron, nickel, manganese and titanium, and a second alloy layer mainly composed of iron, nickel, manganese and titanium The first and second alloy layers mainly composed of iron, nickel, manganese, and titanium, the silver, manganese, copper, and titanium alloy layers and the iron, nickel, The total thickness of the second alloy layer containing manganese / titanium as a main component is 1 to 100 μm
Having the bonded portion of m was the means for solving the above problem.

またアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金との
接合方法では、アルミナセラミックス側にチタン薄膜ま
たはチタン薄板が、鉄・ニッケル系合金側に銀60〜95重
量%・マンガン3〜20重量%・銅3〜30重量%の合金粉
末または混合粉末、もしくは銀60〜95重量%、マンガン
3〜20重量%・銅3〜30重量%の合金薄板がそれぞれ配
置されるようにして、アルミナセラミックスと鉄・ニッ
ケル系合金との間にチタン薄膜またはチタン薄板と、上
記銀・マンガン・銅の合金粉末または混合粉末、もしく
はその合金薄板を介在せしめ、その後熱拡散処理してア
ルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金とを接合する
ことを上記課題の解決手段とした。
In addition, in the joining method of the alumina ceramic and the iron-nickel alloy, a titanium thin film or a titanium thin plate is provided on the alumina ceramic side, and 60 to 95% by weight of silver, 3 to 20% by weight of manganese, and 3 to 30% by weight of the iron / nickel alloy. 30% by weight of alloy powder or mixed powder, or alloy thin plates of 60 to 95% by weight of silver, 3 to 20% by weight of manganese and 3 to 30% by weight of copper are arranged respectively, and alumina ceramic and iron / nickel based A titanium thin film or titanium thin plate and the above-mentioned silver / manganese / copper alloy powder or mixed powder, or an alloy thin plate are interposed between the alloy and the alloy, and then heat diffusion is performed to join the alumina ceramic and the iron / nickel alloy. Is a means for solving the above-mentioned problem.

以下、本発明を詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

第1図は本発明の一例を示す図であって、第1図中符
号10はアルミナセラミックス板(以下、セラミックス板
と略称する)、11は鉄・ニッケル系合金板(以下、合金
板と略称する)である。これらセラミックス板10と合金
板11とは、その間に整合部12を有したことによって接合
体13となっている。
FIG. 1 is a view showing an example of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an alumina ceramic plate (hereinafter abbreviated as a ceramic plate), and 11 denotes an iron-nickel alloy plate (hereinafter abbreviated as an alloy plate). Do). The ceramic plate 10 and the alloy plate 11 form a joined body 13 by having the matching portion 12 between them.

接合部12は、セラミックス板10側より高チタン含有の
接合層14、鉄・ニッケル・マンガン・チタンを主成分と
する第1の合金層15、銀・マンガン・銅・チタン合金層
16、鉄・ニッケル・マンガン・チタンを主成分とする第
2の合金層17が順次形成されてなるもので、接合層14の
層厚が0.1〜5μmに、合金層15および16、17の層厚の
合計が1〜100μm以下にそれぞれ調整されたものであ
る。
The bonding portion 12 includes a bonding layer 14 containing a high titanium content from the ceramic plate 10 side, a first alloy layer 15 mainly composed of iron, nickel, manganese, and titanium, and a silver, manganese, copper, and titanium alloy layer.
16. A second alloy layer 17 mainly composed of iron, nickel, manganese, and titanium is sequentially formed. The thickness of the bonding layer 14 is 0.1 to 5 μm, and the thickness of the alloy layers 15, 16 and 17 is The total thickness was adjusted to 1 to 100 μm or less.

次に、請求項2ないし4記載の接合方法に基づいて上
記接合体13の作製方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the joined body 13 will be described based on the joining method according to claims 2 to 4.

まず、セラミックス板10および合金板11を用意し、セ
ラミックス板10側にチタン薄膜またはチタン薄板が、鉄
・ニッケル系合金側に銀60〜95重量%・マンガン3〜20
重量%・銅3〜30重量%の合金粉末または混合粉末、も
しくは銀60〜95重量%・マンガン3〜20重量%・銅3〜
30重量%の合金薄板(以下、銀・マンガン・銅合金薄板
とする)がそれぞれ配置されるようにして、セラミック
ス10と合金11との間にチタン薄膜またはチタン薄板と上
記銀・マンガン・銅の合金粉末または混合粉末、もしく
はその合金薄板を介在せしめる。ここで、チタンとして
薄膜を用いる場合には、その薄膜形成法として高真空蒸
着法などの物理的気相蒸着法(PVD法)やチタンをター
ゲットとするスパッタ法が好適に採用される。すなわ
ち、高真空蒸着法やスパッタ法によってセラミックス板
10上に厚さ1〜20μmのチタン薄膜を形成し、さらにそ
の上に厚さ3〜100μmの銀・マンガン・銅合金薄板を
載せ、その後この銀・マンガン・銅合金薄板上に合金板
11を載置する。ここで、チタン薄膜の厚さの下限を1μ
mとしたのは、接合に必要な反応融体量を確保するため
である。
First, a ceramic plate 10 and an alloy plate 11 are prepared, and a titanium thin film or a titanium thin plate is provided on the ceramic plate 10 side, and 60 to 95% by weight of silver and manganese 3 to 20 are provided on the iron / nickel alloy side.
Alloy powder or mixed powder of 3 to 30% by weight of copper, or 60 to 95% by weight of silver, 3 to 20% by weight of manganese, 3 to copper
A 30% by weight alloy thin plate (hereinafter referred to as a silver / manganese / copper alloy thin plate) is arranged so that a titanium thin film or a titanium thin plate and the silver / manganese / copper are placed between the ceramics 10 and the alloy 11. An alloy powder, a mixed powder, or a thin alloy plate thereof is interposed. Here, when a thin film is used as titanium, a physical vapor deposition method (PVD method) such as a high vacuum evaporation method or a sputtering method using titanium as a target is suitably adopted as the thin film formation method. That is, a ceramic plate is formed by high vacuum evaporation or sputtering.
A titanium thin film having a thickness of 1 to 20 μm is formed on 10 and a silver / manganese / copper alloy thin plate having a thickness of 3 to 100 μm is further placed thereon. Then, an alloy plate is placed on the silver / manganese / copper alloy thin plate.
Place 11 Here, the lower limit of the thickness of the titanium thin film is 1 μm.
The reason for setting m is to secure the amount of reaction melt required for joining.

一方、チタンおよび銀・マンガン・銅合金として薄板
を用いる場合には、例えば多段圧延法によって厚さ3〜
20μmに形成したチタン薄板と、同様に多段圧延法によ
って厚さ3〜100μmに形成した銀・マンガン合金薄板
を予め用意する。ここで、薄板の厚さの下限を3μmと
したのは、これ未満であると取扱い操作が非常に困難に
なるからである。そして、これらをセラミックス板10と
合金板11との間に挟むとともにセラミックス板10側にチ
タン薄板を、また合金板11側に銀・マンガン・銅合金薄
板を配置せしめる。
On the other hand, when a thin plate is used as titanium and silver / manganese / copper alloy, for example, a thickness of 3 to
A titanium thin plate having a thickness of 20 μm and a silver / manganese alloy thin plate having a thickness of 3 to 100 μm similarly prepared by a multi-stage rolling method are prepared in advance. The reason why the lower limit of the thickness of the thin plate is set to 3 μm is that if the thickness is less than 3 μm, the handling operation becomes extremely difficult. These are sandwiched between the ceramic plate 10 and the alloy plate 11, and a titanium thin plate is arranged on the ceramic plate 10 side, and a silver / manganese / copper alloy thin plate is arranged on the alloy plate 11 side.

このようにしてチタンと、銀・マンガン・銅の合金粉
末または混合粉末、もしくは銀・マンガン・銅の合金薄
板を介在せしめた後、全体を真空中もしくは不活性ガス
中にて950〜1250℃程度の温度で5〜30分間程度加熱し
て熱拡散処理を施し、第1図に示した接合体13を得る。
After interposing titanium and silver / manganese / copper alloy powder or mixed powder, or silver / manganese / copper alloy thin plate in this way, the whole is about 950 to 1250 ° C. in a vacuum or in an inert gas. Heat treatment is performed at the above temperature for about 5 to 30 minutes to obtain a joined body 13 shown in FIG.

ここで、このような熱拡散処理によってチタン薄膜ま
たはチタン薄板と銀・マンガン・銅の合金粉末または混
合粉末もしくは合金薄板とは、合金板11(鉄・ニッケル
系合金)と高温下で反応してセラミックス板10(アルミ
ナセラミックス)との界面にFe−Ni−Mn−Tiを主成分と
する融体を形成する。そして、この融体がセラミックス
板10との良好な反応性および濡れ性を持つことで、冷却
した際セラミックス板10との強固かつ高気密性の接合を
一段で形成するものとなる。またこのとき、銀・マンガ
ン・銅の合金粉末または混合粉末もしくは合金薄板は、
銀・マンガン・銅・チタンの融体を形成することによ
り、合金板11とセラミックス板10との応力緩和および耐
熱性向上に寄与するものとなる。
Here, due to such thermal diffusion treatment, the titanium thin film or the titanium thin plate and the alloy powder or the mixed powder or the alloy thin plate of silver / manganese / copper react with the alloy plate 11 (iron / nickel alloy) at a high temperature. A melt mainly composed of Fe-Ni-Mn-Ti is formed at the interface with the ceramic plate 10 (alumina ceramics). Then, since the melt has good reactivity and wettability with the ceramic plate 10, a solid and highly airtight bond with the ceramic plate 10 is formed in one step when cooled. At this time, the alloy powder of silver, manganese, and copper, or the mixed powder or alloy thin plate,
By forming a melt of silver / manganese / copper / titanium, it contributes to stress relaxation between the alloy plate 11 and the ceramic plate 10 and improvement in heat resistance.

このようにして得られた接合体13において、さらに詳
しくその接合機構を説明すると、セラミックス板10と合
金11との接合を形成するのは高チタン含有の接合層14で
ある。この接合層14は、若干の酸素をセラミックス板10
側より取り込みつつ合金板11と反応して形成される、
(Fe−Ni)2Ti4Oに似た構造のものである。またこの接
合層14の厚さは、2μm以下好ましくは0.1〜0.6μm程
度とされる。
The bonding mechanism of the thus obtained bonded body 13 will be described in more detail. The bonding layer between the ceramic plate 10 and the alloy 11 is formed by the bonding layer 14 containing high titanium. This bonding layer 14 slightly oxygenates the ceramic plate 10
Formed by reacting with the alloy plate 11 while taking in from the side,
It has a structure similar to (Fe-Ni) 2 Ti 4 O. The thickness of the bonding layer 14 is 2 μm or less, preferably about 0.1 to 0.6 μm.

一方、鉄・ニッケル・マンガン・チタンを主成分とす
る第1の合金層15および第2の合金層17は、加熱接合時
に形成された融体およびチタンが合金板11に拡散するこ
と、および反応融体の冷却過程で銀・マンガン・銅・チ
タン合金層16からその両側に鉄・ニッケル・マンガン・
チタンを主成分とする合金が離溶析出することによって
必然的に形成されたものである。そして、これら合金層
15,17は、合金板11(鉄・ニッケル系合金)に比べて熱
膨張係数が大きくなるとともに、チタンを含むことで展
延性が減少したものとなる。したがって合金層15,17の
生成は、上記接合体13において熱応力破壊の原因となり
好ましくないが、上記反応融体の形成を伴なう熱拡散接
合においては、一定厚さの合金層15,17の形成を避ける
ことはできないのである。この合金層15,17の厚さは、
上記接合層14を形成する際の厚さに依存している。した
がって本発明では、合金層15,17をできるだけ薄く形成
するために、チタン薄膜またはチタン薄板を用いて接合
層14を形成するとともに熱処理条件を最適化することで
合金層15,17の厚さを抑えている。
On the other hand, the first alloy layer 15 and the second alloy layer 17 containing iron, nickel, manganese, and titanium as main components are capable of diffusing the melt and titanium formed at the time of the heat bonding into the alloy plate 11, During the cooling of the melt, the silver, manganese, copper and titanium alloy layers 16
This is inevitably formed by exsolution and precipitation of an alloy containing titanium as a main component. And these alloy layers
In Nos. 15 and 17, the coefficient of thermal expansion is larger than that of the alloy plate 11 (iron-nickel alloy), and the ductility is reduced by including titanium. Therefore, the formation of the alloy layers 15 and 17 is not preferable because it causes thermal stress destruction in the joined body 13; however, in the thermal diffusion joining accompanied by the formation of the reaction melt, the alloy layers 15 and 17 having a constant thickness are formed. It is impossible to avoid the formation. The thickness of the alloy layers 15, 17 is
It depends on the thickness when the bonding layer 14 is formed. Therefore, in the present invention, in order to form the alloy layers 15 and 17 as thin as possible, the thickness of the alloy layers 15 and 17 is reduced by forming the bonding layer 14 using a titanium thin film or a titanium thin plate and optimizing the heat treatment conditions. I am holding it down.

また、銀・マンガン・銅・チタン合金層16も、加熱接
合時に形成された融体およびチタンが銀・マンガン中に
拡散することにより必然的に形成されるものであるが、
鉄・ニッケル・マンガン・チタン(合金層15,17)、鉄
・ニッケル系合金(合金板11)に比べて展延性に優れて
いることから、セラミックス板10と合金板11との間に発
生する熱応力を緩和するものとなる。
Further, the silver / manganese / copper / titanium alloy layer 16 is also inevitably formed by diffusing the melt and titanium formed during the heat bonding into silver / manganese.
Due to its excellent ductility compared to iron / nickel / manganese / titanium (alloy layers 15 and 17) and iron / nickel-based alloy (alloy plate 11), it is generated between ceramic plate 10 and alloy plate 11. This reduces the thermal stress.

なお、熱拡散処理により得られる各層の厚さは、予め
調整した薄膜あるいは薄板の厚さに加え、熱拡散処理の
条件によっても十分に抑制することが可能である。そし
て、このときの熱拡散処理結果で生ずる高チタン含有の
接合層14の層厚が0.1〜5μm、鉄・ニッケル・マンガ
ン・チタンを主成分とする第1の合金層15と銀・マンガ
ン・銅・チタン合金層16と第2の合金層との合計の層厚
が1〜100μmとなったとき、安定した高い接合強度と
高い気密性が得られるが、この範囲外では強度低下が生
じたり、融体流出による耐電圧低下が起こるといった不
都合がある。
In addition, the thickness of each layer obtained by the thermal diffusion treatment can be sufficiently suppressed by the condition of the thermal diffusion treatment in addition to the previously adjusted thickness of the thin film or thin plate. Then, the thickness of the high titanium-containing bonding layer 14 resulting from the heat diffusion treatment at this time is 0.1 to 5 μm, and the first alloy layer 15 mainly composed of iron, nickel, manganese, and titanium is combined with silver, manganese, and copper. When the total thickness of the titanium alloy layer 16 and the second alloy layer is 1 to 100 μm, stable high bonding strength and high airtightness can be obtained. There is an inconvenience that the withstand voltage decreases due to the outflow of the melt.

一方、チタンの薄膜または薄板、および銀・マンガン
・銅の合金薄板は、熱拡散処理時において、相接する合
金層11およびセラミックス板10との反応もしくは拡散に
おいて界面近傍が関与するに過ぎない。それゆえ、その
厚さと拡散後に得られる各層の厚さとは必ずしも正比例
しないが、特にチタンとして薄板を用いた場合、チタン
薄板の厚さが20μm、銀・マンガン・銅合金薄板の厚さ
が100μmを越える場合には、各層中で生成する反応融
体量が多くなってこれが外部へ流出し易くなり、得られ
た接合体13の高電圧に対する絶縁耐力が著しく低下する
恐れを生ずる。
On the other hand, the thin film or thin plate of titanium and the thin alloy plate of silver, manganese, and copper only involve the vicinity of the interface in the reaction or diffusion with the alloy layer 11 and the ceramic plate 10 that are in contact with each other during the thermal diffusion treatment. Therefore, the thickness and the thickness of each layer obtained after diffusion are not necessarily directly proportional, but especially when a thin plate is used as titanium, the thickness of the titanium thin plate is 20 μm, and the thickness of the silver / manganese / copper alloy thin plate is 100 μm. If it exceeds, the amount of reaction melt generated in each layer increases, which tends to flow out to the outside, and there is a possibility that the dielectric strength of the obtained joined body 13 against a high voltage is significantly reduced.

「実施例」 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。"Example" Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

(実施例1) ・真空ベーキングテスト アルミナセラミックスと鉄・ニッケル合金との間に第
1表に示したような異なる厚さのチタンおよび銀・マン
ガン・銅合金を介在せしめ、真空中(5×10-5Torr)に
て950〜1150℃で10分間熱処理し、数種の接合体を得
た。さらに、これらを800℃で4時間真空ベーキングし
た後、Heリークディテクターを用いて耐リーク性を調
べ、その結果を第1表に示す。
(Example 1) Vacuum baking test Titanium and silver, manganese, and copper alloys having different thicknesses as shown in Table 1 were interposed between alumina ceramics and an iron / nickel alloy, and were placed in a vacuum (5 × 10 (5 Torr) at 950 to 1150 ° C. for 10 minutes to obtain several kinds of joined bodies. Further, these were vacuum baked at 800 ° C. for 4 hours, and then leak resistance was examined using a He leak detector. The results are shown in Table 1.

なお、接合に使用したチタンおよび銀・マンガン・銅
合金薄板の厚さを第1表中に示す。
Table 1 shows the thicknesses of the titanium and silver / manganese / copper alloy sheets used for the joining.

(実施例2) ・圧縮剪断強度試験 接合部の形成材として、チタン薄板と銀・マンガン・
銅合金薄板とを用いるか、もしくはスパッタ法により形
成したチタン薄膜と銀・マンガン・銅合金薄板とを用
い、接合部の厚さの違いが圧縮剪断強度にどのような影
響を及ぼすかを調べた。得られた結果を第2表に示す。
(Example 2) Compressive shear strength test As a material for forming a joint, a titanium thin plate and silver / manganese /
Using a copper alloy thin plate or a titanium thin film formed by a sputtering method and a silver / manganese / copper alloy thin plate, we examined how the difference in the thickness of the joint affected the compressive shear strength. . Table 2 shows the obtained results.

なお、試験方法はクロスヘッドスピード0.5mm/minの
圧縮剪断強度試験(常温)により行った。
The test method was a compression shear strength test (normal temperature) at a crosshead speed of 0.5 mm / min.

また、比較として、チタン厚および銀・マンガン・銅
合金厚の大きいものを用いて接合した場合の強度を調
べ、その結果を第2表に併記する。
Also, as a comparison, the strength in the case of joining by using a titanium alloy having a large thickness and a silver-manganese-copper alloy thickness is examined, and the results are also shown in Table 2.

(実施例3) ・耐電圧試験 チタン薄板および銀・マンガン・銅合金薄板の厚みの
違いが耐電圧にどのように影響するかを調べた。試験方
法は1×10-6Torr以下の真空中にて常温で測定した。得
られた結果を第3表に示す。
(Example 3)-Withstand voltage test It was examined how a difference in thickness between a titanium thin plate and a silver / manganese / copper alloy thin plate affects the withstand voltage. The test method was measured at room temperature in a vacuum of 1 × 10 −6 Torr or less. Table 3 shows the obtained results.

また、比較としてチタン厚および銀・マンガン・銅合
金厚の大きいものを用い、同様にして耐電圧への影響を
調べてその結果を第3表に併記する。
As a comparison, those having a large titanium thickness and a large silver-manganese-copper alloy thickness were used, and the influence on the withstand voltage was similarly examined. The results are also shown in Table 3.

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わるアルミナセラミ
ックスと鉄・ニッケル系合金との接合体は、アルミナセ
ラミックスと鉄・ニッケル系合金との間に、アルミナセ
ラミックスとの界面側より高チタン含有の接合層、鉄・
ニッケル・マンガン・チタンを主成分とする第1の合金
層、銀・マンガン・銅・チタン合金層、鉄・ニッケル・
マンガン・チタンを主成分とする第2の合金層を順次形
成してなる接合部を有したものであるので、高温使用で
の接合強度に優れ、例えば電子管等の真空封管に適用し
た場合でも、耐電圧耐気密性に優れた効果を発揮するも
のとなる。
[Effects of the Invention] As described above, the joined body of the alumina ceramic and the iron-nickel alloy according to the present invention is higher than the interface between the alumina ceramic and the iron-nickel alloy between the alumina ceramic and the iron-nickel alloy. Titanium-containing bonding layer, iron
A first alloy layer containing nickel, manganese, and titanium as main components, a silver, manganese, copper, and titanium alloy layer;
Since it has a joining portion formed by sequentially forming a second alloy layer containing manganese / titanium as a main component, it has excellent joining strength at a high temperature use, and can be applied to a vacuum sealed tube such as an electron tube. Thus, an effect excellent in withstand voltage and airtightness is exhibited.

またアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金との
接合方法によれば、従来の接合方法に比べて極めて簡易
なものとなり、しかも得られた接合体は上述したごとく
高温使用での接合強度に優れたものとなる。
Also, according to the joining method of the alumina ceramic and the iron / nickel alloy, the joining method is extremely simple as compared with the conventional joining method, and the obtained joined body has excellent joining strength at a high temperature as described above. Becomes

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係わる接合体の接合構造を示す断面
図、第2図は従来における接合構造の一例を示す図であ
る。 10……アルミナセラミックス板、 11……鉄・ニッケル系合金板、 12……接合部、13……接合体、 14……高チタン含有の接合層、 15……鉄・ニッケル・マンガン・チタンを主成分とする
第1の合金層、 16……銀・マンガン・銅・チタンの合金層、 17……鉄・ニッケル・マンガン・チタンを主成分とする
第2の合金層。
FIG. 1 is a sectional view showing a joint structure of a joined body according to the present invention, and FIG. 2 is a view showing an example of a conventional joint structure. 10 ... Alumina ceramic plate, 11 ... Iron / nickel alloy plate, 12 ... Joint, 13 ... Joint body, 14 ... Joint layer containing high titanium, 15 ... Iron, nickel, manganese, titanium A first alloy layer composed mainly of 16; an alloy layer composed of silver, manganese, copper, and titanium; 17 a second alloy layer composed mainly of iron, nickel, manganese, and titanium;

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アルミナセラミックスおよび鉄・ニッケル
系合金とこれらの間に形成された接合部からなる接合体
において、 上記接合部が、アルミナセラミックスとの界面側から高
チタン含有の接合層、鉄・ニッケル・マンガン・チタン
を主成分とする第1の合金層、銀・マンガン・銅・チタ
ン合金層、鉄・ニッケル・マンガン・チタンを主成分と
する第2の合金層が順次形成されることによって鉄・ニ
ッケル系合金と接合し、かつ高チタン含有の接合層の層
厚が0.1〜5μm、鉄・ニッケル・マンガン・チタンを
主成分とする第1の合金層と銀・マンガン・銅・チタン
合金層と鉄・ニッケル・マンガン・チタンを主成分とす
る第2の合金層の合計の層厚が1〜100μmであること
を特徴とするアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合
金との接合体。
1. A joined body comprising an alumina ceramic, an iron-nickel alloy, and a joint formed therebetween, wherein the joint comprises a high titanium-containing joining layer, By forming a first alloy layer mainly composed of nickel, manganese and titanium, a silver-manganese-copper-titanium alloy layer, and a second alloy layer mainly composed of iron, nickel, manganese and titanium A first alloy layer mainly composed of iron, nickel, manganese, and titanium, and a silver, manganese, copper, and titanium alloy, which is joined to an iron-nickel alloy and has a thickness of 0.1 to 5 μm in a bonding layer containing high titanium. The total thickness of the layer and the second alloy layer containing iron, nickel, manganese, and titanium as main components is 1 to 100 μm, and the bonding between the alumina ceramic and the iron-nickel alloy is performed. .
【請求項2】アルミナセラミックス側にチタン薄膜また
はチタン薄板が、鉄・ニッケル系合金側に銀60〜95重量
%・マンガン3〜20重量%・銅3〜30重量%の合金粉末
または混合粉末、もしくは銀60〜95重量%・マンガン3
〜20重量%・銅3〜30重量%の合金薄板がそれぞれ配置
されるようにして、アルミナセラミックスと鉄・ニッケ
ル系合金との間にチタン薄膜またはチタン薄板と、上記
銀・マンガン・銅の合金粉末または混合粉末、もしくは
その合金薄板を介在せしめ、その後熱拡散処理してアル
ミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金とを接合するこ
とを特徴とするアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系
合金との接合方法。
2. An alloy powder or mixed powder of 60 to 95% by weight of silver, 3 to 20% by weight of manganese and 3 to 30% by weight of copper on the side of iron / nickel alloy, Or 60-95% by weight of silver, manganese 3
Alloy thin plates of up to 20% by weight and 3 to 30% by weight of copper, respectively, and a titanium thin film or a titanium thin plate and an alloy of silver, manganese and copper are interposed between the alumina ceramic and the iron-nickel alloy. A method of joining alumina ceramics and an iron-nickel alloy, comprising interposing a powder or a mixed powder, or a thin alloy plate thereof, and then performing thermal diffusion treatment to join the alumina ceramic and the iron-nickel alloy.
【請求項3】請求項2記載のアルミナセラミックスと鉄
・ニッケル系合金との接合方法において、 物理的気相蒸着法あるいはスパッタ法によりアルミナセ
ラミックス上に厚さ1〜20μmのチタン薄膜を形成し、
次にその上に厚さ5〜100μmの銀60〜95重量%・マン
ガン3〜20重量%・銅3〜30重量%の合金薄板を載せ、
次いで該合金薄板の上に鉄・ニッケル系合金を載置した
後、真空中もしくは不活性気流中で熱拡散処理すること
を特徴とするアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合
金との接合方法。
3. A method for bonding an alumina ceramic and an iron-nickel alloy according to claim 2, wherein a titanium thin film having a thickness of 1 to 20 μm is formed on the alumina ceramic by physical vapor deposition or sputtering.
Next, an alloy thin plate of 5 to 100 μm in thickness of 60 to 95% by weight of silver, 3 to 20% by weight of manganese and 3 to 30% by weight of copper is placed thereon,
A method of joining an alumina ceramic and an iron-nickel alloy, comprising placing an iron-nickel alloy on the thin alloy plate and subjecting the iron-nickel alloy to heat diffusion in a vacuum or an inert gas stream.
【請求項4】請求項2記載のアルミナセラミックスと鉄
・ニッケル系合金との接合方法において、 アルミナセラミックス側にチタン薄板が、鉄・ニッケル
系合金側に銀60〜95重量%・マンガン3〜20重量%・銅
3〜30重量%の合金薄板がそれぞれ配置されるようにし
て、アルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金との間
に厚さ3〜20μmのチタン薄板と厚さ5〜100μmの合
金薄板とを挟み、その後真空中もしくは不活性気相中で
熱拡散処理することを特徴とするアルミナセラミックス
と鉄・ニッケル系合金との接合方法。
4. The method of joining alumina ceramics to an iron-nickel alloy according to claim 2, wherein a titanium thin plate is provided on the alumina ceramics side, and 60 to 95% by weight of silver and manganese 3 to 20 is provided on the iron-nickel alloy side. 3% to 30% by weight of an alloy thin plate, and a titanium thin plate having a thickness of 3 to 20 μm and an alloy thin plate having a thickness of 5 to 100 μm between the alumina ceramic and the iron-nickel alloy. And then performing a thermal diffusion treatment in a vacuum or in an inert gas phase.
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