JP6334963B2 - Method for joining ceramic member and aluminum member, and joined body - Google Patents

Method for joining ceramic member and aluminum member, and joined body Download PDF

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Description

本発明は、セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法、および接合体に関する。   The present invention relates to a method for bonding a ceramic member and an aluminum member, and a bonded body.

セラミックス部材と金属部材とを接合する技術には、多くの需要がある。しかしながら、セラミックス部材と金属部材の組み合わせ如何では、接合が難しい場合があることが知られている。   There is a great demand for techniques for joining ceramic members and metal members. However, it is known that joining may be difficult depending on the combination of the ceramic member and the metal member.

例えば、アルミナとアルミニウム部材を適正に接合させることが難しいことは、当業者には良く知られている。   For example, it is well known to those skilled in the art that it is difficult to properly join alumina and an aluminum member.

これは、アルミニウム部材の表面には、セラミックス部材との接合を妨害する酸化膜(アルミナ層)が存在するためであると考えられる。すなわち、接合過程において、アルミニウム部材の表面に存在する酸化膜によって、セラミックス部材とアルミニウム部材の間に良好な親和性、さらには良好な密着性が得られず、これにより両者の間で良好な接合状態を形成することができないものと考えられる。   This is presumably because an oxide film (alumina layer) that hinders bonding with the ceramic member is present on the surface of the aluminum member. That is, in the joining process, the oxide film present on the surface of the aluminum member does not provide good affinity and good adhesion between the ceramic member and the aluminum member. It is considered that the state cannot be formed.

なお、このような問題に対処するため、例えば、銅、ニッケルまたはチタン系のろう材を利用することが検討されている(特許文献1、2)。すなわち、これらのろう材をセラミックス部材の接合面にろう付けした場合、ろう材とアルミニウム部材との間の親和性が高まるため、このろう材を介して、セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合させることができることが報告されている。   In order to cope with such a problem, for example, use of a brazing material of copper, nickel, or titanium has been studied (Patent Documents 1 and 2). That is, when these brazing materials are brazed to the joint surface of the ceramic member, the affinity between the brazing material and the aluminum member is increased, so that the ceramic member and the aluminum member are joined via the brazing material. It has been reported that

特開平11−228245号公報JP 11-228245 A 特許第4367675号明細書Japanese Patent No. 4367675

前述のように、特許文献1、2には、銅、ニッケルまたはチタン系のろう材を利用することにより、接合の難しいセラミックス部材とアルミニウム部材を接合できることが記載されている。   As described above, Patent Documents 1 and 2 describe that a ceramic member and an aluminum member, which are difficult to join, can be joined by using a copper, nickel, or titanium brazing material.

しかしながら、この方法では、セラミックス部材の接合面に対するフラックスによる表面処理、およびセラミックス部材の接合面へのろう付けなど、多くの処理工程が必要となる。このため、この方法には、接合工程を簡略化することが難しいという問題がある。   However, this method requires many processing steps such as surface treatment with a flux on the joint surface of the ceramic member and brazing of the ceramic member to the joint surface. For this reason, this method has a problem that it is difficult to simplify the joining process.

また、この方法では、使用されるフラックスは、塩化物およびフッ化物を含む。このため、最終的に得られる製品中に塩化物やフッ化物が残留してしまう可能性が高い。このような残留化合物は、製品の品質、例えば接合強度を低下させる原因となり得る。   In this method, the flux used includes chloride and fluoride. For this reason, there is a high possibility that chlorides and fluorides remain in the finally obtained product. Such residual compounds can cause a reduction in product quality, such as bonding strength.

このため、より簡便で低コストな方法で、セラミックス部材とアルミニウム部材を適正に接合させる技術が要望されている。   For this reason, there is a demand for a technique for appropriately joining a ceramic member and an aluminum member by a simpler and lower cost method.

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、より簡便にセラミックス部材とアルミニウム部材を接合する方法を提供することを目的とする。また、本発明では、セラミックス部材とアルミニウム部材とが良好な強度で接合された接合体を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a background, and an object of this invention is to provide the method of joining a ceramic member and an aluminum member more simply. Another object of the present invention is to provide a joined body in which a ceramic member and an aluminum member are joined with good strength.

本発明では、セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法であって、
(a)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップと、
(b)前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーまたは炭素粉末含有シリカゾルを含むステップと、
(c)前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップと、
(d)前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下、600℃〜1400℃の温度で加熱するステップと、
を有する方法が提供される。
In the present invention, a method of joining a ceramic member and an aluminum member,
(A) preparing a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and an aluminum member;
(B) installing a bonding material on at least one of the ceramic member and the aluminum member, the bonding material including a siloxane polymer or a carbon powder-containing silica sol;
(C) laminating the ceramic member and the aluminum member with the bonding material interposed therebetween, and constituting an assembly;
(D) heating the assembly at a temperature of 600 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere;
Is provided.

また、本発明では、セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法であって、
(a)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップと、
(b)前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーまたは炭素粉末含有シリカゾルを含むステップと、
(c)前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップと、
(d)前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下、660℃〜1400℃の温度で加熱するステップと、
を有する方法が提供される。
Further, in the present invention, a method of joining a ceramic member and an aluminum member,
(A) preparing a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and an aluminum member;
(B) installing a bonding material on at least one of the ceramic member and the aluminum member, the bonding material including a siloxane polymer or a carbon powder-containing silica sol;
(C) laminating the ceramic member and the aluminum member with the bonding material interposed therebetween, and constituting an assembly;
(D) heating the assembly at a temperature of 660 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere;
Is provided.

ここで、本発明による方法において、前記セラミックス部材は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライトおよびアルミノシリケートからなる群から選定された、少なくとも一つの材料を含んでも良い。   Here, in the method according to the present invention, the ceramic member may include at least one material selected from the group consisting of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, mullite, and aluminosilicate.

また、本発明による方法において、前記(d)のステップの後、前記アルミニウム部材中に、炭素塊、炭化物塊または金属シリコン塊が形成されても良い。   In the method according to the present invention, a carbon lump, a carbide lump or a metal silicon lump may be formed in the aluminum member after the step (d).

さらに、本発明では、アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材と、アルミニウム部材とが、アルミノシリケートを含有する接合層を介して接合された接合体が提供される。   Furthermore, in the present invention, there is provided a joined body in which a ceramic member containing aluminum and / or silicon and an aluminum member are joined via a joining layer containing an aluminosilicate.

さらに、本発明では、アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材と、アルミニウム部材とが接合された接合体であって、
両者の間には、前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材に比べて、シリコンの量が高い領域が存在することを特徴とする接合体が提供される。
Furthermore, in the present invention, a joined body in which a ceramic member containing aluminum and / or silicon and an aluminum member are joined,
There is provided a joined body characterized in that there is a region where the amount of silicon is higher than the ceramic member and the aluminum member.

ここで、本発明による接合体において、前記アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライトおよびアルミノシリケートからなる群から選定された、少なくとも一つの材料を含んでも良い。   Here, in the joined body according to the present invention, the ceramic member containing aluminum and / or silicon may include at least one material selected from the group consisting of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, mullite, and aluminosilicate. good.

また、本発明による接合体において、前記アルミニウム部材中には、炭素塊、炭化物塊または金属シリコン塊が含まれても良い。   In the joined body according to the present invention, the aluminum member may include a carbon lump, a carbide lump, or a metal silicon lump.

また、本発明による接合体において、前記アルミニウム部材の前記セラミックス部材とは反対の側には、アルミノシリケートを含有する第2の接合層を介して、第2のセラミックス部材が配置されても良い。   In the joined body according to the present invention, a second ceramic member may be disposed on the opposite side of the aluminum member from the ceramic member via a second joining layer containing an aluminosilicate.

あるいは、本発明による接合体において、前記アルミニウム部材の前記セラミックス部材とは反対の側には、第2のセラミックス部材が配置され、
前記第2のセラミックス部材と前記アルミニウム部材の間には、前記第2のセラミックス部材および前記アルミニウム部材に比べて、シリコンの量が高い領域が存在しても良い。
Alternatively, in the joined body according to the present invention, a second ceramic member is disposed on a side of the aluminum member opposite to the ceramic member,
There may be a region where the amount of silicon is higher between the second ceramic member and the aluminum member than the second ceramic member and the aluminum member.

本発明では、より簡便にセラミックス部材とアルミニウム部材を接合する方法を提供することができる。また、本発明では、セラミックス部材とアルミニウム部材とが良好な強度で接合された接合体を提供することが可能になる。   In the present invention, a method of joining a ceramic member and an aluminum member more simply can be provided. In the present invention, it is possible to provide a joined body in which the ceramic member and the aluminum member are joined with good strength.

アルミニウム部材の上にシロキサン系ポリマーを塗布したサンプルについて、示差熱−熱重量(TG−DTA)同時分析を行った際の結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result at the time of performing a differential thermal-thermogravimetric (TG-DTA) simultaneous analysis about the sample which apply | coated the siloxane type polymer on the aluminum member. 本発明の一実施例によるセラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法(第1の接合方法)のフローを概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly the flow of the method (1st joining method) of joining the ceramic member and aluminum member by one Example of this invention. シロキサン系ポリマーの一種であるPMPhSの化学構造式である。It is a chemical structural formula of PMPhS which is a kind of siloxane polymer. シロキサン系ポリマーの一種であるPMSQの化学構造式である。It is a chemical structural formula of PMSQ which is a kind of siloxane polymer. 本発明の一実施例によるセラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する別の方法(第2の接合方法)のフローを概略的に示した図である。It is the figure which showed schematically the flow of another method (2nd joining method) which joins the ceramic member and aluminum member by one Example of this invention. 本発明の一実施例による接合体の概略的な構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the schematic structure of the conjugate | zygote by one Example of this invention. 本発明の一実施例による別の接合体の概略的な構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the schematic structure of another conjugate | zygote by one Example of this invention. 実施例1に係る接合体における接合部分の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。2 is a scanning electron microscope (SEM) image of a bonded portion in the bonded body according to Example 1. FIG. 実施例1に係る接合体における接合部分のエネルギー分散形X線分光分析(EDS)結果を示す図である。It is a figure which shows the energy dispersive X-ray-spectral-analysis (EDS) result of the junction part in the conjugate | zygote which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る接合体における接合界面のX線回折(XRD)分析のX線パターンを示す図である。3 is a diagram illustrating an X-ray pattern of X-ray diffraction (XRD) analysis of a bonded interface in the bonded body according to Example 1. FIG. TEMを用いて実施例6に係る接合体を観察した結果を示した図である。It is the figure which showed the result of having observed the joined body based on Example 6 using TEM. 実施例7において作製された接合体の平面図(写真)を示した図である。It is the figure which showed the top view (photograph) of the conjugate | zygote produced in Example 7. FIG. 実施例8において作製された接合体の平面図(写真)を示した図である。It is the figure which showed the top view (photograph) of the conjugate | zygote produced in Example 8. FIG. 実施例9において作製された接合体の平面図(写真)を示した図である。It is the figure which showed the top view (photograph) of the conjugate | zygote produced in Example 9. FIG. 実施例10において作製された接合体の平面図(写真)を示した図である。It is the figure which showed the top view (photograph) of the conjugate | zygote produced in Example 10. FIG. 実施例14において作製された接合体の平面図(写真)を示した図である。It is the figure which showed the top view (photograph) of the conjugate | zygote produced in Example 14. FIG.

以下、本発明について詳しく説明する。   The present invention will be described in detail below.

前述のように、アルミニウム部材の表面には、セラミックス部材との接合を妨害する酸化膜(アルミナ層)が存在するため、セラミックス部材とアルミニウム部材を適正に接合させることは難しい。また、これまでに提案されているセラミックス部材とアルミニウム部材の接合方法は、簡便な方法であるとは言い難い。また、従来の方法では、仮にセラミックス部材とアルミニウム部材を接合することができたとしても、接合部分に塩化物やフッ化物のような不純物が残留してしまう可能性が高い。このため、製品の品質、例えば接合強度の面で、問題が生じ得る。また、このような残留化合物を洗浄除去しようとすると、洗浄によるコストの増大や環境上の問題が生じ得る。   As described above, since an oxide film (alumina layer) that hinders bonding with the ceramic member exists on the surface of the aluminum member, it is difficult to appropriately bond the ceramic member and the aluminum member. Moreover, it is difficult to say that the joining method of the ceramic member and the aluminum member proposed so far is a simple method. Further, in the conventional method, even if the ceramic member and the aluminum member can be bonded, there is a high possibility that impurities such as chloride and fluoride remain in the bonded portion. For this reason, a problem may arise in terms of product quality, for example, bonding strength. In addition, if such residual compounds are to be removed by washing, an increase in cost due to washing and environmental problems may occur.

本願発明者らは、このような背景から、より簡便な方法で、セラミックス部材とアルミニウム部材を適正に接合させる技術について、鋭意研究開発を推進してきた。その結果、本願発明らは、セラミックス部材とアルミニウム部材との間に、特定の種類の接合材を設置することにより、セラミックス部材とアルミニウム部材を適正に接合させることができることを見出し、本願発明に至った。   From such a background, the inventors of the present application have been diligently promoting research and development on a technique for appropriately joining a ceramic member and an aluminum member by a simpler method. As a result, the inventors of the present application have found that the ceramic member and the aluminum member can be appropriately bonded by installing a specific type of bonding material between the ceramic member and the aluminum member, leading to the present invention. It was.

すなわち、本発明では、セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法であって、
(a)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップと、
(b)前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーまたは炭素粉末含有シリカゾルを含むステップと、
(c)前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップと、
(d)前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下、600℃〜1400℃の温度で加熱するステップと、
を有する方法が提供される。
That is, in the present invention, a method of joining a ceramic member and an aluminum member,
(A) preparing a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and an aluminum member;
(B) installing a bonding material on at least one of the ceramic member and the aluminum member, the bonding material including a siloxane polymer or a carbon powder-containing silica sol;
(C) laminating the ceramic member and the aluminum member with the bonding material interposed therebetween, and constituting an assembly;
(D) heating the assembly at a temperature of 600 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere;
Is provided.

本発明では、セラミックス部材とアルミニウム部材との間に、シロキサン系ポリマーを含む接合材(以下、「接合材1」とも称する)、または炭素粉末含有シリカゾルを含む接合材(以下、「接合材2」とも称する)が配置される。   In the present invention, a bonding material containing a siloxane polymer (hereinafter also referred to as “bonding material 1”) or a bonding material containing a carbon powder-containing silica sol (hereinafter referred to as “bonding material 2”) between the ceramic member and the aluminum member. (Also called).

これらの接合材1、2は、いずれも、炭素(カーボン)原子を含む。この炭素原子は、高温状態において、アルミニウム部材の表面に形成されている酸化膜を還元したり、酸化膜を不安定な状態する役割を果たす。従って、接合材1、2を使用した場合、炭素原子の働きにより、アルミニウム金属を覆う酸化膜のバリア性を低下させ、アルミニウム部材を活性化、すなわち反応しやすい状態にさせることができる。   Both of these bonding materials 1 and 2 contain carbon (carbon) atoms. These carbon atoms play a role of reducing the oxide film formed on the surface of the aluminum member or making the oxide film unstable in a high temperature state. Therefore, when the bonding materials 1 and 2 are used, the barrier property of the oxide film covering the aluminum metal can be lowered by the action of the carbon atoms, and the aluminum member can be activated, that is, can easily react.

また、接合材1は、Si−O−Si基を有し、この反応基は、高温環境において、酸化膜のバリア機能が低下した、いわゆる「活性な」アルミニウム部材と反応することができる。同様に、接合材2は、「活性な」アルミニウム部材と反応し得るシリカゾルを有する。   Further, the bonding material 1 has a Si—O—Si group, and this reactive group can react with a so-called “active” aluminum member having a reduced barrier function of an oxide film in a high temperature environment. Similarly, the bonding material 2 has a silica sol that can react with an “active” aluminum member.

従って、セラミックス部材とアルミニウム部材の間に前述のような接合材1または接合材2を介在させて、低酸素雰囲気下で熱処理を実施した場合、接合材中に含まれる炭素原子によって、アルミニウム部材の表面に存在する酸化膜の一部が還元される。あるいは、アルミニウム部材の表面に存在する酸化膜が不完全な状態となる。これにより、アルミニウム部材が活性化される。   Accordingly, when the bonding material 1 or the bonding material 2 as described above is interposed between the ceramic member and the aluminum member, and the heat treatment is performed in a low oxygen atmosphere, the carbon member contained in the bonding material causes the aluminum member to A part of the oxide film present on the surface is reduced. Or the oxide film which exists on the surface of an aluminum member will be in an incomplete state. Thereby, the aluminum member is activated.

活性化されたアルミニウム部材は、接合材中に含まれる反応成分、すなわち、Si−O−Si基またはシリカ粒子と反応する。これにより、アルミニウム部材と接合材の界面で、接合材中のSi−O−Si基またはシリカ粒子がケイ素と酸素を含有する物質、例えばアルミノシリケートに変化して、接合層が形成される。   The activated aluminum member reacts with reaction components contained in the bonding material, that is, Si—O—Si groups or silica particles. Thereby, at the interface between the aluminum member and the bonding material, the Si—O—Si group or the silica particles in the bonding material is changed to a substance containing silicon and oxygen, for example, aluminosilicate, and a bonding layer is formed.

ここで、本発明では、セラミックス部材として、アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材が使用される。そのようなセラミックス部材は、ケイ素と酸素を含有する接合層に対して親和性を有する。また、アルミニウム部材も、ケイ素と酸素を含有する接合層に対して親和性を有する。   Here, in the present invention, a ceramic member containing aluminum and / or silicon is used as the ceramic member. Such a ceramic member has an affinity for the bonding layer containing silicon and oxygen. The aluminum member also has an affinity for the bonding layer containing silicon and oxygen.

このため、接合層の存在により、セラミック部材が接合層と強固に密着されるとともに、アルミニウム部材も接合層と強固に密着される。その結果、セラミックス部材とアルミニウム部材は、ケイ素と酸素を含有する接合層を介して接合される。   For this reason, the ceramic member is firmly adhered to the bonding layer due to the presence of the bonding layer, and the aluminum member is also firmly adhered to the bonding layer. As a result, the ceramic member and the aluminum member are bonded via the bonding layer containing silicon and oxygen.

本発明による接合方法では、以上のような現象により、セラミックス部材とアルミニウム部分との間で、良好な接合を得ることができる。   In the joining method according to the present invention, good joining can be obtained between the ceramic member and the aluminum portion due to the above phenomenon.

ところで、本発明による接合方法では、組立体の熱処理温度、すなわち、セラミック部材とアルミニウム部材の接合温度は、600℃〜1400℃の範囲である。これは以下の実験結果に基づくものである。   By the way, in the joining method by this invention, the heat processing temperature of an assembly, ie, the joining temperature of a ceramic member and an aluminum member, is the range of 600 to 1400 degreeC. This is based on the following experimental results.

図1には、アルミニウム部材の上にシロキサン系ポリマーを塗布したサンプルについて、示差熱−熱重量(TG−DTA)同時分析を行った際の結果を示す。分析は、不活性ガス雰囲気下で実施した。   FIG. 1 shows the results of simultaneous differential thermal-thermogravimetric (TG-DTA) analysis of a sample in which a siloxane polymer is applied on an aluminum member. The analysis was performed under an inert gas atmosphere.

図1において、横軸は温度を示し、左縦軸は、サンプルの初期の重量に対する変化量(%)を表し、右縦軸は、熱フロー(W/g)を表す。また、図1において、破線は、サンプルの重量変化(左縦軸)を示しており、実線は、サンプルの熱フロー(右縦軸)を表している。   In FIG. 1, the horizontal axis represents temperature, the left vertical axis represents the amount of change (%) with respect to the initial weight of the sample, and the right vertical axis represents the heat flow (W / g). Moreover, in FIG. 1, the broken line has shown the weight change (left vertical axis | shaft) of the sample, and the continuous line represents the heat flow (right vertical axis) of the sample.

この分析結果から、不活性雰囲気下においてサンプルを加熱していくと、約500℃でシロキサン系ポリマーの分解が完了して、サンプルの重量がほぼ一定になることがわかる。また、さらにサンプルを加熱していくと、2段階の吸熱ピークが生じることが観測されるようになる。第1の吸熱ピークは、温度約580℃〜600℃の範囲に認められ、第2の吸収ピークは、温度約660℃近傍に認められる。   From this analysis result, it can be seen that when the sample is heated in an inert atmosphere, the decomposition of the siloxane-based polymer is completed at about 500 ° C., and the weight of the sample becomes almost constant. Further, when the sample is further heated, it is observed that two endothermic peaks are generated. The first endothermic peak is observed in the temperature range of about 580 ° C. to 600 ° C., and the second absorption peak is observed in the vicinity of the temperature of about 660 ° C.

このうち、第1の吸熱ピークは、アルミニウム部材の表面における化学反応、すなわちシロキサン系ポリマーの分解によって生じた生成物により、アルミナの表面酸化物が還元される反応に対応するものと考えられる。また、第2の吸熱ピークは、アルミニウムの融解による相変化に対応するものと考えられる。   Among these, the first endothermic peak is considered to correspond to a chemical reaction on the surface of the aluminum member, that is, a reaction in which the surface oxide of alumina is reduced by a product generated by decomposition of the siloxane polymer. The second endothermic peak is considered to correspond to a phase change due to melting of aluminum.

この結果から、第1の吸熱ピークの温度を確実に超えるような温度域、すなわち600℃以上の温度では、アルミニウムの表面酸化膜が還元されるため、アルミニウム部材を活性化させることができる。従って、接合温度を600℃以上とすることにより、アルミニウム部材とセラミックス部材の接合が可能になる。   From this result, since the surface oxide film of aluminum is reduced in a temperature range that reliably exceeds the temperature of the first endothermic peak, that is, a temperature of 600 ° C. or higher, the aluminum member can be activated. Therefore, by setting the bonding temperature to 600 ° C. or higher, the aluminum member and the ceramic member can be bonded.

なお、第2の吸熱ピークを超える温度域、すなわち660℃以上の温度域では、アルミニウム部材が溶融するため、アルミニウム部材の活性は、よりいっそう高くなる。従って、接合温度を660℃以上とした場合、アルミニウム部材とセラミックス部材を、より簡単に接合することが可能となる。   In the temperature range exceeding the second endothermic peak, that is, the temperature range of 660 ° C. or higher, the aluminum member is melted, so that the activity of the aluminum member is further increased. Therefore, when the joining temperature is set to 660 ° C. or higher, the aluminum member and the ceramic member can be joined more easily.

一方、接合温度が1400℃を超えると、アルミニウム部材の気化による逸散が無視できなくなる。   On the other hand, if the bonding temperature exceeds 1400 ° C., the dissipation due to the vaporization of the aluminum member cannot be ignored.

本発明では、このような観点から、セラミック部材とアルミニウム部材の接合温度は、600℃〜1400℃の範囲に設定されている。   In the present invention, from such a viewpoint, the bonding temperature between the ceramic member and the aluminum member is set in a range of 600 ° C to 1400 ° C.

なお、以上の説明は、現時点で考察される一メカニズムに基づいて、生じ得る現象を記載したものに過ぎない。すなわち、本発明による接合方法では、他のメカニズムにより、セラミックス部材とアルミニウム部分との間に良好な接合が形成されても良い。   In addition, the above description has only described the phenomenon which may occur based on one mechanism currently considered. That is, in the joining method according to the present invention, a good joint may be formed between the ceramic member and the aluminum portion by another mechanism.

(本発明の一実施例による接合方法)
次に、図面を参照して、本発明の一実施例によるセラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法(第1の接合方法)について、より詳しく説明する。
(Joining method according to one embodiment of the present invention)
Next, a method for joining a ceramic member and an aluminum member (first joining method) according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

図2には、第1の接合方法のフローを概略的に示す。   FIG. 2 schematically shows a flow of the first joining method.

図2に示すように、第1の接合方法は、
アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップ(ステップS110)と、
前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーを含むステップ(ステップS120)と、
前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップ(ステップS130)と、
前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下、600℃〜1400℃の温度で加熱するステップ(ステップS140)と、
を有する。
As shown in FIG. 2, the first joining method is:
Preparing a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and an aluminum member (step S110);
A step of installing a bonding material on at least one of the ceramic member and the aluminum member, the bonding material including a siloxane-based polymer (step S120);
Laminating the ceramic member and the aluminum member with the bonding material interposed therebetween to form an assembly (step S130);
Heating the assembly at a temperature of 600 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere (step S140);
Have

以下、各ステップについて詳しく説明する。   Hereinafter, each step will be described in detail.

(ステップS110)
まず、セラミックス部材およびアルミニウム部材が準備される。
(Step S110)
First, a ceramic member and an aluminum member are prepared.

セラミックス部材は、アルミニウムおよび/またはケイ素を含む限り、特に限られない。セラミックス部材は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライト、および/またはアルミノシリケートを含んでも良い。   The ceramic member is not particularly limited as long as it contains aluminum and / or silicon. The ceramic member may include, for example, alumina, aluminum nitride, silicon nitride, mullite, and / or aluminosilicate.

例えば、アルミナとしては、重量比で90wt%以上のアルミナを含む高純度アルミナが挙げられる。窒化アルミニウムとしては、重量比で90wt%以上の窒化アルミニウムを含む高純度窒化アルミナが挙げられる。窒化ケイ素としては、重量比で90wt%以上の窒化ケイ素を含んでいる高純度窒化ケイ素が挙げられる。   For example, the alumina includes high-purity alumina containing 90 wt% or more of alumina by weight. Examples of the aluminum nitride include high-purity alumina nitride containing 90 wt% or more aluminum nitride by weight. Examples of silicon nitride include high-purity silicon nitride containing 90 wt% or more of silicon nitride by weight.

なお、セラミックスの結晶形態に特に制限はないが、アルミナとしては、α−アルミナを好適に使用できる。   In addition, although there is no restriction | limiting in particular in the crystal form of ceramics, (alpha) -alumina can be used conveniently as an alumina.

セラミックス部材の形状は特に限られず、セラミックス部材は、ブロック、板、棒、またはディスク等の形状を有しても良い。   The shape of the ceramic member is not particularly limited, and the ceramic member may have a shape such as a block, a plate, a rod, or a disk.

同様に、アルミニウム部材の形状は特に限られず、アルミニウム部材は、ブロック、板、棒、箔、またはディスク等の形状を有しても良い。   Similarly, the shape of the aluminum member is not particularly limited, and the aluminum member may have a shape such as a block, a plate, a bar, a foil, or a disk.

なお、本願において、「アルミニウム部材」という用語は、実質的にアルミニウム金属で構成された部材の他、重量比で50wt%以上のアルミニウム金属を含む部材、実質的にアルミニウム合金で構成された部材、および重量比で50wt%以上のアルミニウム合金を含む部材等が含まれる。   In the present application, the term “aluminum member” means a member substantially composed of an aluminum metal, a member containing 50 wt% or more aluminum metal by weight, a member substantially composed of an aluminum alloy, And a member containing an aluminum alloy having a weight ratio of 50 wt% or more.

アルミニウム合金は、例えばAl−Si合金等であっても良く、例えば、ケイ素を12wt%程度含むシルミンであっても良い。   The aluminum alloy may be, for example, an Al—Si alloy or the like, for example, sirmine containing about 12 wt% silicon.

(ステップS120)
次に、セラミックス部材および/またはアルミニウム部材の少なくとも接合面に、接合材が設置される。接合材としては、シロキサン系ポリマーを含む接合材(すなわち、接合材1)が使用される。
(Step S120)
Next, a bonding material is placed on at least the bonding surface of the ceramic member and / or the aluminum member. As the bonding material, a bonding material containing a siloxane polymer (that is, the bonding material 1) is used.

ここで、接合材1の仕様について、簡単に説明する。   Here, the specification of the bonding material 1 will be briefly described.

(接合材1)
シロキサン系ポリマーを含む接合材1において、シロキサン系ポリマーの種類は、特に限られない。
(Bonding material 1)
In the bonding material 1 including the siloxane polymer, the type of the siloxane polymer is not particularly limited.

シロキサン系ポリマーは、例えば、主鎖として直鎖状のSi−O−Si基を有するシロキサン系ポリマー、例えばポリメチルヒドロシロキサン(PMHS)および/またはポリメチルフェニルシロキサン(PMPhS)であっても良い。あるいは、シロキサン系ポリマーは、例えば、Si−O−Si基を主骨格とする3次元構造を有するシルセスキオキサン系ポリマー、例えばポリメチルシルセスキオキサン(PMSQ)および/またはポリフェニルシロキサン(PPSQ)であっても良い。   The siloxane-based polymer may be, for example, a siloxane-based polymer having a linear Si—O—Si group as a main chain, such as polymethylhydrosiloxane (PMHS) and / or polymethylphenylsiloxane (PMPhS). Alternatively, the siloxane-based polymer is, for example, a silsesquioxane-based polymer having a three-dimensional structure having a Si—O—Si group as a main skeleton, such as polymethylsilsesquioxane (PMSQ) and / or polyphenylsiloxane (PPSQ). ).

図3および図4には、参考のため、PMPhS(図3)およびPMSQ(図4)の化学構造式を示した。   3 and 4 show chemical structural formulas of PMPhS (FIG. 3) and PMSQ (FIG. 4) for reference.

セラミックス部材および/またはアルミニウム部材の接合面(以下、単に「接合面」と称する)への接合材1の設置方法は、特に限られない。   The method of installing the bonding material 1 on the bonding surface (hereinafter simply referred to as “bonding surface”) of the ceramic member and / or the aluminum member is not particularly limited.

接合材1は、例えば、塗布法などにより、接合面に設置しても良い。塗布法としては、ディッピング法、スピンコーター法、スプレー法等の手法が挙げられる。接合材1は、なるべく均等に塗布することが望ましいため、引き上げ速度が1mm/秒以下のディッピング法、または回転速度が1500rpm以上のスピンコーター法による塗布が望ましい。   The bonding material 1 may be installed on the bonding surface by, for example, a coating method. Examples of the coating method include a dipping method, a spin coater method, and a spray method. Since it is desirable to apply the bonding material 1 as evenly as possible, it is preferable to apply the dipping method with a pulling speed of 1 mm / second or less, or the spin coater method with a rotation speed of 1500 rpm or more.

なお、接合材1の厚みによって、最終的に得られる接合層の厚さが変化する。従って、目的に応じて接合材1の種類と厚みを調整することが好ましい。   Note that the thickness of the finally obtained bonding layer varies depending on the thickness of the bonding material 1. Therefore, it is preferable to adjust the type and thickness of the bonding material 1 according to the purpose.

また、シロキサン系ポリマーは、粘性が高いため、ディッピング法等で接合面に塗布する際は、溶媒で希釈し、粘性を適宜調整することが好ましい。この際には、相溶性の観点から、ベンゼンやトルエン等の芳香族系有機溶媒を使用することが好ましい。溶媒濃度は、0.001mol/L〜1mol/Lの範囲であっても良い。   Further, since the siloxane polymer has high viscosity, it is preferable to adjust the viscosity appropriately by diluting with a solvent when applied to the joint surface by a dipping method or the like. In this case, it is preferable to use an aromatic organic solvent such as benzene or toluene from the viewpoint of compatibility. The solvent concentration may be in the range of 0.001 mol / L to 1 mol / L.

前述のように、シロキサン系ポリマーに含まれる炭素原子は、例えば、アルミニウム部材の表面を覆う酸化層を還元して、アルミニウム部材の反応活性を高める役割を有する。また、炭素原子は、接合層と接合面の界面近傍で、セラミックス部材および/またはアルミニウム部材と接合層とを結合するアンカーとしても機能すると考えられる。このため、シロキサン系ポリマーは、重量比で1wt%以上、好ましくは5wt%以上、より好ましくは10wt%〜30wt%の炭素を含有していることが望ましい。   As described above, the carbon atom contained in the siloxane-based polymer has a role of, for example, reducing the oxide layer covering the surface of the aluminum member and increasing the reaction activity of the aluminum member. Further, it is considered that carbon atoms also function as an anchor that bonds the ceramic member and / or the aluminum member and the bonding layer in the vicinity of the interface between the bonding layer and the bonding surface. For this reason, it is desirable that the siloxane-based polymer contains 1 wt% or more, preferably 5 wt% or more, more preferably 10 wt% to 30 wt% of carbon by weight ratio.

セラミックス部材の接合面に設置される接合材の量が少なすぎると、接合材が接合面全体に均一に広がらず、アルミニウム部材の接合面において、酸化層を十分に還元できないおそれがある。そのため、接合材の厚みは、0.1μm(溶媒揮発後)以上とすることが好ましい。一方、接合材が厚過ぎても、接合は可能である。しかしながら、接合材の厚みが厚すぎると、接合材部分のセラミックス化に伴う収縮により、セラミックス部材と接合層の界面に、クラックが生じやすくなる。このため、接合材の厚さは、1mm(溶媒揮発後)以下とすることが好ましい。   If the amount of the bonding material installed on the bonding surface of the ceramic member is too small, the bonding material does not spread uniformly over the entire bonding surface, and the oxide layer may not be sufficiently reduced on the bonding surface of the aluminum member. Therefore, the thickness of the bonding material is preferably 0.1 μm (after solvent volatilization) or more. On the other hand, even if the joining material is too thick, joining is possible. However, if the thickness of the bonding material is too thick, cracks are likely to occur at the interface between the ceramic member and the bonding layer due to the shrinkage accompanying the ceramicization of the bonding material portion. For this reason, it is preferable that the thickness of the bonding material is 1 mm (after solvent volatilization) or less.

また、接合材の設置量が過剰な場合、アルミニウム部材によるシロキサンの還元のため、接合層とアルミニウム部材の界面付近に金属シリコンが析出しやすくなる。ケイ素含有量が高いシロキサン系ポリマーを使用した場合も同様である。従って、シロキサン系ポリマー中のケイ素含有量は、10wt%〜45wt%の範囲で選択することが好ましい。   Moreover, when the installation amount of the bonding material is excessive, metal silicon is likely to be deposited in the vicinity of the interface between the bonding layer and the aluminum member due to the reduction of siloxane by the aluminum member. The same applies when a siloxane polymer having a high silicon content is used. Therefore, the silicon content in the siloxane polymer is preferably selected in the range of 10 wt% to 45 wt%.

特に、籠状シロキサン(シルセスキオキサン)は、ケイ素および酸素の含有量が高く、金属シリコンが析出しやすい。従って、接合層において、金属シリコンの析出を押さえたい場合は、直鎖状シロキサン(シリコーンオイル)を用いることが好ましい。ただし、アルミニウム部材中に金属シリコンが形成された場合、接合部材の強度が向上するため、強度を重視する場合、ケイ素含有量の高いシロキサン系ポリマーを使用しても良い。   In particular, cage-like siloxane (silsesquioxane) has a high content of silicon and oxygen, and metal silicon tends to precipitate. Therefore, when it is desired to suppress the deposition of metallic silicon in the bonding layer, it is preferable to use linear siloxane (silicone oil). However, when metal silicon is formed in the aluminum member, the strength of the joining member is improved. Therefore, when importance is attached to the strength, a siloxane polymer having a high silicon content may be used.

また、フェニル基を多く含有するシロキサンを用いた場合、アルミニウム部材の接合層側に、炭素塊または炭化物塊が形成されやすくなる。従って、炭素塊または炭化物塊の生成を抑えたい場合は、側鎖にフェニル基を有するシロキサン系ポリマーを使用しないことが好ましい。ただし、アルミニウム部材中に炭素塊または炭化物塊が形成された場合、強度が向上することがある。   Further, when siloxane containing a lot of phenyl groups is used, a carbon lump or carbide lump is easily formed on the bonding layer side of the aluminum member. Therefore, when it is desired to suppress the formation of carbon mass or carbide mass, it is preferable not to use a siloxane-based polymer having a phenyl group in the side chain. However, when a carbon lump or carbide lump is formed in the aluminum member, the strength may be improved.

(ステップS130)
次に、セラミックス部材とアルミニウム部材とを、接合材1を介在させた状態で積層し、組立体を構成する。すなわち、セラミックス部材の接合面と、アルミニウム部材の接合面とが、接合材1を介して対向するようにして、セラミックス部材とアルミニウム部材が配置される。
(Step S130)
Next, the ceramic member and the aluminum member are laminated with the bonding material 1 interposed therebetween to form an assembly. That is, the ceramic member and the aluminum member are arranged such that the bonding surface of the ceramic member and the bonding surface of the aluminum member face each other with the bonding material 1 interposed therebetween.

なお、組立体において、セラミックス部材とアルミニウム部材は、実質的に無加圧状態で相互に積層されても良い。ただし、両者の間にある程度の荷重を加えても良い。   In the assembly, the ceramic member and the aluminum member may be stacked on each other in a substantially non-pressurized state. However, a certain amount of load may be applied between the two.

(ステップS140)
次に、接合処理のため、組立体が熱処理される。これにより、セラミックス部材とアルミニウム部材とが接合層を介して接合された接合体が製造される。
(Step S140)
Next, the assembly is heat treated for the bonding process. Thereby, a joined body in which the ceramic member and the aluminum member are joined via the joining layer is manufactured.

熱処理は、実質的に酸素が存在しない雰囲気、例えば不活性ガス雰囲気または真空雰囲気で実施される。熱処理を大気雰囲気のような酸素を含む環境下で実施した場合、アルミニウム部材の表面の酸化物が十分に還元せず、セラミックス部材とアルミニウム部材との間で、良好な接合を得ることが難しくなる。   The heat treatment is performed in an atmosphere substantially free of oxygen, such as an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere. When heat treatment is carried out in an oxygen-containing environment such as an air atmosphere, the oxide on the surface of the aluminum member is not sufficiently reduced, making it difficult to obtain good bonding between the ceramic member and the aluminum member. .

不活性ガス雰囲気は、例えば、アルゴン、ヘリウム、および/または窒素などの雰囲気であっても良い。真空雰囲気における真空度は、例えば、大気圧を0MPaとした場合、−0.08MPa以下である。   The inert gas atmosphere may be an atmosphere of argon, helium, and / or nitrogen, for example. The degree of vacuum in the vacuum atmosphere is, for example, −0.08 MPa or less when the atmospheric pressure is set to 0 MPa.

熱処理の温度は、600℃〜1400℃の範囲である。熱処理の温度は、例えば、660℃〜1400℃の範囲である。ちなみに、この温度範囲では、アルミニウムは液体となる。熱処理の温度が1400℃を超えると、アルミニウム部材が気化するおそれがある。   The temperature of heat processing is the range of 600 to 1400 degreeC. The temperature of heat processing is the range of 660 degreeC-1400 degreeC, for example. Incidentally, in this temperature range, aluminum becomes a liquid. When the temperature of heat processing exceeds 1400 degreeC, there exists a possibility that an aluminum member may vaporize.

特に、熱処理の温度は、900℃以上であることが好ましい。900℃以上では、アルミニウム部材の表面に存在する酸化物が活性化し、AlO蒸気に変化することが期待される。また、アルミニウム部材の表面の酸化物のエネルギー低下の点から、熱処理の温度は、900℃〜1300℃の範囲であることが好ましい。 In particular, the temperature of the heat treatment is preferably 900 ° C. or higher. At 900 ° C. or higher, it is expected that the oxide present on the surface of the aluminum member is activated and changed to Al 2 O vapor. Moreover, it is preferable that the temperature of heat processing is the range of 900 to 1300 degreeC from the point of the energy fall of the oxide of the surface of an aluminum member.

組立体を熱処理することにより、接合材1が変化して、セラミックス部材とアルミニウム部材との界面に、接合層が形成される。   By heat-treating the assembly, the bonding material 1 changes, and a bonding layer is formed at the interface between the ceramic member and the aluminum member.

接合層は、「ケイ素リッチ」な層であっても良い。ここで、「ケイ素リッチ」と言う用語は、アルミニウム部材およびセラミック部材に比べて、ケイ素の量が有意に上昇していることを意味する。   The bonding layer may be a “silicon-rich” layer. Here, the term “silicon-rich” means that the amount of silicon is significantly increased compared to aluminum and ceramic members.

特に、接合層は、アルミノシリケートを含んでも良い。アルミノシリケートは、結晶質または非晶質であっても良い。   In particular, the bonding layer may include aluminosilicate. The aluminosilicate may be crystalline or amorphous.

アルミノシリケートは、一般式がAlSi(0<X<3、0<Y<51、0<Z<104)で表される。アルミノシリケートは、アルミナとシリカの混合体であっても良い。 The aluminosilicate is represented by a general formula of Al X Si Y O Z (0 <X <3, 0 <Y <51, 0 <Z <104). The aluminosilicate may be a mixture of alumina and silica.

なお、接合層中にはアルミノシリケートの他に、他の物質、例えばアルミニウム、アルミナ、および/またはシリカが存在しても良い。条件によっては、接合層には、ムライトのようなケイ素とアルミニウムが混在した酸化物が含まれる場合もある。   In addition to the aluminosilicate, other materials such as aluminum, alumina, and / or silica may be present in the bonding layer. Depending on conditions, the bonding layer may include an oxide in which silicon and aluminum are mixed, such as mullite.

ここで、接合材1として、炭素含有量の多いシロキサンを用いた場合、アルミニウム部材内に、塊状炭素が形成される場合がある。この炭素塊の外側は、アルミニウムカーバイドとなっている。この炭素塊は、接合部材の強度向上に寄与することが期待される。その他、炭化ケイ素と、アルミニウムと、ケイ素とを同時に含む炭化物等が生成されることもあり得る。   Here, when siloxane with a high carbon content is used as the bonding material 1, massive carbon may be formed in the aluminum member. The outside of the carbon block is aluminum carbide. This carbon block is expected to contribute to improving the strength of the joining member. In addition, a carbide containing silicon carbide, aluminum, and silicon at the same time may be generated.

一方、接合材1として、炭素含有量の低いシロキサンを用いた場合、アルミニウム部材中に炭素塊または炭化物塊は、ほとんど生じない。従って、この場合は、高純度のアルミニウム部材を得ることができる。   On the other hand, when a siloxane having a low carbon content is used as the bonding material 1, almost no carbon lump or carbide lump is generated in the aluminum member. Therefore, in this case, a high purity aluminum member can be obtained.

また、ケイ素含有量の多い接合材1を用いた場合、アルミニウム部材中には、金属シリコン塊が形成される場合がある。この金属シリコン塊は、アルミニウム部材と接合材との反応により、接合層が生成する際に、未反応のSi−O−Si基が還元され、これがアルミニウム部材内に拡散進入したものであると考えられる。このような金属シリコン塊は、炭素塊または炭化物塊と同様、接合部材の強度向上に寄与することが期待される。   Further, when the bonding material 1 having a high silicon content is used, a metal silicon lump may be formed in the aluminum member. This metal silicon mass is considered to be the one in which unreacted Si—O—Si groups are reduced and diffused and entered into the aluminum member when the bonding layer is generated by the reaction between the aluminum member and the bonding material. It is done. Such a metal silicon lump is expected to contribute to improving the strength of the joining member, like the carbon lump or carbide lump.

以上の工程により、セラミックス部材とアルミニウム部材とが接合層を介して良好に接合された接合体が製造される。   Through the above steps, a joined body in which the ceramic member and the aluminum member are favorably joined via the joining layer is manufactured.

(本発明の一実施例による別の接合方法)
次に、図5を参照して、本発明の一実施例によるセラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する別の方法(第2の接合方法)について説明する。
(Another joining method according to an embodiment of the present invention)
Next, another method (second joining method) for joining the ceramic member and the aluminum member according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図5には、第2の接合方法のフローを概略的に示す。   FIG. 5 schematically shows a flow of the second joining method.

図5に示すように、第2の接合方法は、
アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップ(ステップS210)と、
前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、炭素粉末含有シリカゾルを含むステップ(ステップS220)と、
前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップ(ステップS230)と、
前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下、600℃〜1400℃の温度で加熱するステップ(ステップS240)と、
を有する。
As shown in FIG. 5, the second joining method is as follows.
Preparing a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and an aluminum member (step S210);
Installing a bonding material on at least one of the ceramic member and the aluminum member, the bonding material including a carbon powder-containing silica sol (step S220);
Laminating the ceramic member and the aluminum member with the bonding material interposed therebetween to form an assembly (step S230);
Heating the assembly at a temperature of 600 ° C. to 1400 ° C. in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere (step S240);
Have

ここで、ステップS210、およびステップS230〜ステップS240は、それぞれ、前述の第1の接合方法におけるステップS110、およびステップS130〜ステップS140と実質的に同様である。そこで、ここでは、ステップS220について説明する。   Here, step S210 and steps S230 to S240 are substantially the same as step S110 and steps S130 to S140 in the first joining method described above, respectively. Therefore, step S220 will be described here.

(ステップS220)
第2の接合方法では、接合材として、炭素粉末含有シリカゾルを含む接合材(すなわち、接合材2)が使用される。
(Step S220)
In the second bonding method, a bonding material containing carbon powder-containing silica sol (that is, the bonding material 2) is used as the bonding material.

ここで、接合材2の仕様について、簡単に説明する。   Here, the specification of the bonding material 2 will be briefly described.

(接合材2)
炭素粉末含有シリカゾルを含む接合材2において、使用されるシリカゾルの形態は、特に限られない。ただし、炭素粒子の偏在を避けるため、炭素粉末はなるべく細かいもの、例えば#2000よりも細かい粉末を使うことが好ましい。例えば、シリカ粒子の粒子径が小さい(20nm以下の)コロイド系のシリカゾルを使用しても良い。そのようなシリカゾルとしては、例えば、スノーテックスNおよびスノーテックスN−40(日産化学社製)等がある。
(Bonding material 2)
In the bonding material 2 including the carbon powder-containing silica sol, the form of the silica sol used is not particularly limited. However, in order to avoid uneven distribution of carbon particles, it is preferable to use carbon powder as fine as possible, for example, powder finer than # 2000. For example, a colloidal silica sol having a small silica particle diameter (20 nm or less) may be used. Examples of such silica sol include Snowtex N and Snowtex N-40 (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.).

接合材2を調製するためには、シリカゾル中に、炭素粉末を添加する必要がある。添加される炭素粉末としては、例えば、カーボンブラック(三菱化学社製)またはケッチェンブラック(ライオン社製)などが挙げられる。   In order to prepare the bonding material 2, it is necessary to add carbon powder to the silica sol. Examples of the carbon powder to be added include carbon black (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) or ketjen black (manufactured by Lion Corporation).

炭素含有量は、シリカ粒子に対する質量比で1wt%以上、好ましくは5wt%以上、より好ましくは10wt%〜30wt%である。これは、前述の接合材1において、シロキサン系ポリマーに含まれる炭素量と同等の値である。   The carbon content is 1 wt% or more, preferably 5 wt% or more, more preferably 10 wt% to 30 wt% in terms of mass ratio to the silica particles. This is a value equivalent to the amount of carbon contained in the siloxane polymer in the bonding material 1 described above.

接合材2は、シリカゾル中に炭素粉末を添加して調製されるため、接合材1に比べて、炭素粉末とシリカゾルの配合比率を自由に調整することができるという利点がある。   Since the bonding material 2 is prepared by adding carbon powder to the silica sol, the bonding material 2 has an advantage that the mixing ratio of the carbon powder and the silica sol can be freely adjusted as compared with the bonding material 1.

シリカゾルと炭素粉末を混合させる際の溶媒としては、例えば、エタノールおよびイソプロピルアルコール等が使用される。これらの溶媒は、シリカゾルおよび炭素粉末に対して悪影響を及ぼさず、速乾性であるため好ましい。   As a solvent for mixing silica sol and carbon powder, for example, ethanol and isopropyl alcohol are used. These solvents are preferable because they do not adversely affect the silica sol and the carbon powder and are quick-drying.

このような接合材2は、セラミックス部材および/またはアルミニウム部材の少なくとも接合面に設置される。   Such a bonding material 2 is placed on at least the bonding surface of the ceramic member and / or the aluminum member.

接合面への接合材2の設置方法は、特に限られず、例えば、前述のステップS120で説明したような、接合面への接合材1の設置方法が同様に適用できる。   The method for installing the bonding material 2 on the bonding surface is not particularly limited, and for example, the method for setting the bonding material 1 on the bonding surface as described in Step S120 described above can be similarly applied.

その後、ステップS230〜ステップS240を経て、セラミックス部材とアルミニウム部材とが接合層を介して良好に接合された接合体が製造される。   Thereafter, a joined body in which the ceramic member and the aluminum member are satisfactorily joined via the joining layer is manufactured through steps S230 to S240.

以上、第1の接合方法および第2の接合方法を例に、本発明の一実施例によるセラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法について説明した。しかしながら、以上の説明は、単なる一例に過ぎず、前述の方法の一部を変更したり、他の工程を組み合わせたりしても良いことは当業者には明らかである。   The method for joining the ceramic member and the aluminum member according to one embodiment of the present invention has been described above by taking the first joining method and the second joining method as examples. However, the above description is merely an example, and it will be apparent to those skilled in the art that some of the methods described above may be modified or other steps may be combined.

例えば、前述の2つの例では、接合体は、セラミックス部材と、接合層と、アルミニウム部材とがこの順に積層された構造を有する。しかしながら、接合体は、例えば、第1のセラミックス部材、第1の接合層、アルミニウム部材、第2の接合層、および第2のセラミック部材がこの順に積層された構造を有しても良い。   For example, in the two examples described above, the joined body has a structure in which a ceramic member, a joining layer, and an aluminum member are laminated in this order. However, the joined body may have a structure in which, for example, a first ceramic member, a first joining layer, an aluminum member, a second joining layer, and a second ceramic member are laminated in this order.

そのような接合体は、例えば、前述の組立体を製造する工程(ステップS130、ステップS230)において、2つのセラミックス部材のそれぞれの接合面に接合材を配置し、さらに両セラミックス部材の間にアルミニウム部材が介在された組立体を構成し、この組立体を、ステップS140、ステップS240のように熱処理することにより製造することができる。   Such a bonded body is formed, for example, by placing a bonding material on each bonding surface of two ceramic members in the process of manufacturing the above-described assembly (step S130, step S230), and further, aluminum between the two ceramic members. An assembly in which members are interposed is formed, and this assembly can be manufactured by heat treatment as in steps S140 and S240.

(本発明の一実施例による接合体)
次に、図6および図7を参照して、本発明の一実施例による接合体について説明する。
(Joint body according to one embodiment of the present invention)
Next, a joined body according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図6には、本発明の一実施例による接合体の概略的な断面図を示す。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a joined body according to an embodiment of the present invention.

図6に示すように、この接合体100は、セラミックス部材110と、アルミニウム部材130と、両者の間に配置された接合層150とを有する。   As shown in FIG. 6, this joined body 100 includes a ceramic member 110, an aluminum member 130, and a joining layer 150 disposed between the two.

セラミックス部材110は、アルミニウム成分および/またはケイ素成分を含有するセラミックスで構成される。例えば、セラミックス部材110は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライトおよびアルミノシリケートの少なくとも1種を含む。   The ceramic member 110 is made of a ceramic containing an aluminum component and / or a silicon component. For example, the ceramic member 110 includes at least one of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, mullite, and aluminosilicate.

アルミニウム部材130は、前述のように、実質的にアルミニウム金属で構成された部材、重量比で50wt%以上のアルミニウム金属を含む部材、実質的にアルミニウム合金で構成された部材、または重量比で50wt%以上のアルミニウム合金を含む部材であっても良い。また、アルミニウム部材130の内部には、炭素塊、炭化物塊、または金属シリコンが存在しても良い。   As described above, the aluminum member 130 is a member substantially made of aluminum metal, a member containing 50 wt% or more aluminum metal by weight, a member substantially made of aluminum alloy, or 50 wt% by weight. % Or more of an aluminum alloy-containing member may be used. Further, a carbon lump, a carbide lump, or metal silicon may be present inside the aluminum member 130.

接合層150は、アルミノシリケートを含む層であっても良い。   The bonding layer 150 may be a layer containing aluminosilicate.

あるいは、より一般的には、接合層150は、「ケイ素リッチ」な層で構成される。ここで、「ケイ素リッチ」と言う用語は、アルミニウム部材130およびセラミック部材110に比べて、ケイ素の量が有意に上昇していることを意味する。   Or, more generally, the bonding layer 150 is comprised of a “silicon-rich” layer. Here, the term “silicon-rich” means that the amount of silicon is significantly increased as compared to the aluminum member 130 and the ceramic member 110.

前述のようなメカニズムにより、アルミノシリケート、あるいは「ケイ素リッチ」な層を含む接合層150の存在によって、セラミックス部材110とアルミニウム部材130の間に、良好な接合状態が得られる。従って、このような構成の接合体100は、良好な接合強度を有する。   Due to the mechanism as described above, a good bonding state is obtained between the ceramic member 110 and the aluminum member 130 due to the presence of the bonding layer 150 including an aluminosilicate or “silicon-rich” layer. Therefore, the bonded body 100 having such a configuration has good bonding strength.

図7には、本発明の一実施例による別の接合体の概略的な断面図を示す。   FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of another joined body according to an embodiment of the present invention.

図7に示すように、この接合体200は、図6に示した接合体100を構成する各部材に加えて、さらに、第2のセラミックス部材260および第2の接合層290を有する。すなわち、この接合体200は、第1のセラミックス部材210、第1の接合層250、アルミニウム部材230、第2の接合層290、および第2のセラミックス部材260をこの順に配置することにより構成される。   As shown in FIG. 7, the joined body 200 further includes a second ceramic member 260 and a second joining layer 290 in addition to the members constituting the joined body 100 shown in FIG. 6. That is, the bonded body 200 is configured by arranging the first ceramic member 210, the first bonding layer 250, the aluminum member 230, the second bonding layer 290, and the second ceramic member 260 in this order. .

ここで、第2のセラミックス部材260は、アルミニウム成分および/またはケイ素成分を含有するセラミックスで構成される。例えば、第2のセラミックス部材260は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライトおよびアルミノシリケートの少なくとも1種を含む。また、第2の接合層290は、アルミノシリケートを含む層であっても良く、あるいは、より一般的には、第2の接合層290は、「ケイ素リッチ」な層であっても良い。   Here, the second ceramic member 260 is made of a ceramic containing an aluminum component and / or a silicon component. For example, the second ceramic member 260 includes at least one of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, mullite, and aluminosilicate. Further, the second bonding layer 290 may be a layer containing aluminosilicate, or more generally, the second bonding layer 290 may be a “silicon-rich” layer.

このような構成の第2の接合体200においても、第1および第2の接合層250、290の存在により、良好な接合強度が得られることは、容易に予想されるであろう。   Even in the second bonded body 200 having such a configuration, it will be easily expected that good bonding strength can be obtained by the presence of the first and second bonding layers 250 and 290.

以下、本発明の実施例について、詳しく説明する。ただし、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described in detail below. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
以下の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
Example 1
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、寸法20×30×20mmのアルミナ(純度99.5%のα−アルミナ)ブロックを2つ準備した。また、市販のポリメチルフェニルシロキサン(KF−54:信越化学製。以下、「PMPhS」と称する)を濃度0.1mol/Lで含有するトルエン溶液を準備した。   First, two alumina blocks having a size of 20 × 30 × 20 mm (α-alumina having a purity of 99.5%) were prepared. In addition, a toluene solution containing a commercially available polymethylphenylsiloxane (KF-54: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., hereinafter referred to as “PMPhS”) at a concentration of 0.1 mol / L was prepared.

次に、前記トルエン溶液中に2つのアルミナブロックを完全に浸漬した後、これらを1mm/秒の速度で引き上げた。その後、各アルミナブロックを大気雰囲気下で十分に乾燥させた。これにより、少なくとも各アルミナブロックの接合面(20×30mmの一面)には、PMPhSが均一に塗布された。   Next, after the two alumina blocks were completely immersed in the toluene solution, they were pulled up at a speed of 1 mm / second. Thereafter, each alumina block was sufficiently dried under an air atmosphere. As a result, PMPhS was uniformly applied to at least the bonding surface (one surface of 20 × 30 mm) of each alumina block.

なお、塗布材中に含まれる炭素の含有量は、61.8wt%であり、ケイ素の含有量は、20.6wt%であり、酸素の含有量は、11.8wt%である。   The carbon content contained in the coating material is 61.8 wt%, the silicon content is 20.6 wt%, and the oxygen content is 11.8 wt%.

次に、一方のアルミナブロックの接合面に接するようにして、厚さ22μmの市販のアルミ箔(マイホイル:住軽アルミ製)を配置した後、このアルミ箔上に、別のアルミナブロックを配置した。この際には、別のアルミナブロックの接合面がアルミ箔と接するようにして、別のアルミナブロックを配置した。   Next, after placing a commercially available aluminum foil (My Foil: made by Sumi Light Aluminum) having a thickness of 22 μm so as to be in contact with the joining surface of one alumina block, another alumina block was placed on this aluminum foil. . At this time, another alumina block was disposed such that the joining surface of the other alumina block was in contact with the aluminum foil.

このようにして得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、900℃で1時間焼成した。これにより、2つのアルミナブロックがアルミ箔を介して接合された接合体が得られた。この接合体を、以下、「実施例1に係る接合体」と称する。   The assembly thus obtained was fired at 900 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. As a result, a joined body in which the two alumina blocks were joined via the aluminum foil was obtained. Hereinafter, this joined body is referred to as “joined body according to Example 1”.

走査型電子顕微鏡(SEM)(JEM−5600:JEOL社製)を用いて、実施例1に係る接合体の接合断面を観察した。図8には、測定結果(SEM画像)を示す。   The joining cross section of the joined body according to Example 1 was observed using a scanning electron microscope (SEM) (JEM-5600: manufactured by JEOL). FIG. 8 shows the measurement result (SEM image).

図8に示すように、各アルミナブロックの間には、連続的で、比較的厚さが均一なアルミニウム層が存在していることがわかる。また、アルミニウム層の内部には、寸法約5μmの炭素塊(黒っぽい粒子)が複数存在していることがわかる。   As shown in FIG. 8, it can be seen that there is a continuous and relatively uniform aluminum layer between the alumina blocks. It can also be seen that a plurality of carbon blocks (black particles) having a size of about 5 μm are present inside the aluminum layer.

なお、この図8の倍率では、アルミナブロックとアルミニウム層の間の接合層は、視認できない。しかしながら、アルミナブロックとアルミニウム層の界面には、隙間やボイドは認められず、接合層は、健全な状態で存在していることが予想される。   In addition, in the magnification of this FIG. 8, the joining layer between an alumina block and an aluminum layer cannot be visually recognized. However, no gaps or voids are observed at the interface between the alumina block and the aluminum layer, and the bonding layer is expected to exist in a healthy state.

図9には、実施例1に係る接合体のEDS分析結果の一例を示す。この分析には、エネルギー分散形X線分光分析装置(JEM−2300:JEOL社製)を使用した。また、この分析は、実施例1に係る接合体のアルミナブロックとアルミニウム層の間の界面近傍で実施した(図8の枠で囲まれた領域参照)。   In FIG. 9, an example of the EDS analysis result of the conjugate | zygote which concerns on Example 1 is shown. For this analysis, an energy dispersive X-ray spectrometer (JEM-2300: manufactured by JEOL) was used. In addition, this analysis was performed near the interface between the alumina block and the aluminum layer of the joined body according to Example 1 (see the region surrounded by the frame in FIG. 8).

図9から、アルミナブロックとアルミニウム層の間には、接合層として、厚さ約4μmのケイ素リッチな層が形成されていることがわかる。   FIG. 9 shows that a silicon-rich layer having a thickness of about 4 μm is formed as a bonding layer between the alumina block and the aluminum layer.

このケイ素リッチな接合層をX線回折装置(RINT2500:Rigaku社製)で分析したところ、図10に示す結果が得られた。   When the silicon-rich bonding layer was analyzed with an X-ray diffractometer (RINT2500: manufactured by Rigaku), the result shown in FIG. 10 was obtained.

図10に示す結果から、このケイ素リッチな接合層は、アルミノシリケート(AlSi50103、Al1.9Si0.052.95、およびAlSi10)を含有していることが確認された。 From the results shown in FIG. 10, this silicon-rich bonding layer contains aluminosilicates (Al 2 Si 50 O 103 , Al 1.9 Si 0.05 O 2.95 , and Al 2 Si 4 O 10 ). It was confirmed that

この実施例1に係る接合体を切り出して、試験片を作製し、試験片の4点曲げ試験を実施した。試験片の作製および4点曲げ試験の実施は、JIS R 1601:2008に準ずる方法で実施した。試験数は、6とした。   The joined body according to Example 1 was cut out to prepare a test piece, and a four-point bending test was performed on the test piece. The preparation of the test piece and the four-point bending test were performed by a method according to JIS R 1601: 2008. The number of tests was 6.

試験片の4点曲げ試験の結果、曲げ強度は、平均255MPaであり、最大強度は304MPaであった。また、試験後の各試料片を観察したところ、試験片の半数以上は、アルミナブロック内で破断していることが確認された。このことから、アルミノシリケートを含む接合層は、アルミナブロックの強度に匹敵する接合強度を有すると予想される。   As a result of the 4-point bending test of the test piece, the bending strength was an average of 255 MPa, and the maximum strength was 304 MPa. Moreover, when each sample piece after the test was observed, it was confirmed that more than half of the test pieces were broken in the alumina block. From this, the bonding layer containing aluminosilicate is expected to have a bonding strength comparable to that of the alumina block.

以下の表1の「実施例1」の欄には、実施例1に係る接合体を製造する際に使用した接合材、該接合材中の炭素、ケイ素および酸素含有量、ならびに4点曲げ試験結果などをまとめて示した。   In the column of “Example 1” in Table 1 below, the bonding material used in manufacturing the bonded body according to Example 1, the carbon, silicon and oxygen contents in the bonding material, and the four-point bending test The results are summarized.


(実施例2)
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例2では、シロキサン系ポリマーとして、PMPhSの代わりに、市販のポリメチルヒドロシロキサン(KF−99:信越化学社製。以下、「PMHS」と称する)を使用した。PMHSは、トルエン溶液中に、濃度が0.1mol/Lとなるように添加して使用した。

(Example 2)
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured in the same manner as in Example 1. However, in Example 2, a commercially available polymethylhydrosiloxane (KF-99: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., hereinafter referred to as “PMHS”) was used as the siloxane polymer instead of PMPhS. PMHS was added to a toluene solution so as to have a concentration of 0.1 mol / L.

なお、塗布材中に含まれる炭素の含有量は、26.9wt%であり、ケイ素の含有量は、41.8wt%であり、酸素の含有量は、23.9wt%であった。   The carbon content in the coating material was 26.9 wt%, the silicon content was 41.8 wt%, and the oxygen content was 23.9 wt%.

その他の条件は、実施例1の場合と同様である。   Other conditions are the same as in the first embodiment.

これにより、2つのアルミナブロックがアルミ箔を介して接合された接合体が得られた。この接合体を、以下、「実施例2に係る接合体」と称する。   As a result, a joined body in which the two alumina blocks were joined via the aluminum foil was obtained. Hereinafter, this joined body is referred to as “joined body according to Example 2”.

実施例2に係る接合体に対して、実施例1と同様の評価を行った。その結果、実施例2に係る接合体においても、各アルミナブロックの間には、連続的で、比較的厚さが均一なアルミニウム層が存在していることが確認された。なお、アルミニウム層の内部に、炭素塊は認められなかった。   Evaluation similar to Example 1 was performed with respect to the joined body which concerns on Example 2. FIG. As a result, also in the joined body according to Example 2, it was confirmed that an aluminum layer having a continuous and relatively uniform thickness was present between the alumina blocks. In addition, the carbon lump was not recognized inside the aluminum layer.

また、アルミナブロックとアルミニウム層の界面には、隙間やボイドは認められず、接合層は、健全な状態で存在していることが確認された。接合層は、約1μmの厚さであった。また、接合層は、アルミノシリケート(AlSi50103、Al1.9Si0.052.95、およびAlSi10)を含有していることが確認された。 Further, no gaps or voids were observed at the interface between the alumina block and the aluminum layer, and it was confirmed that the bonding layer was in a healthy state. The bonding layer was about 1 μm thick. Further, the bonding layer, it was confirmed to contain the aluminosilicate (Al 2 Si 50 O 103, Al 1.9 Si 0.05 O 2.95, and Al 2 Si 4 O 10).

実施例2に係る接合体を切り出して、試験片を作製し、試験片の4点曲げ試験を実施したところ、曲げ強度は、平均176MPaであり、最大強度は277MPaであった。試験後の試料片は、半数以上がアルミナブロック部分で破断していることが確認された。このことから、アルミノシリケートを含む接合層は、アルミナブロックの強度に匹敵する接合強度を有すると予想される。   When the joined body according to Example 2 was cut out to produce a test piece and a four-point bending test was performed on the test piece, the bending strength was an average of 176 MPa and the maximum strength was 277 MPa. It was confirmed that more than half of the sample pieces after the test were broken at the alumina block portion. From this, the bonding layer containing aluminosilicate is expected to have a bonding strength comparable to that of the alumina block.

なお、実施例2に係る接合体の曲げ強度は、実施例1に係る接合体に比べて幾分低くなっている。これは、アルミニウム層内に形成された炭素塊の有無によるものと考えられる。すなわち、実施例2に係る接合体では、接合材中に含まれる炭素量が比較的少ないため、熱処理後にアルミニウム層内に炭素塊が形成せず、実施例1に係る接合体ほど強度が上昇しなかったものと予想される。   In addition, the bending strength of the joined body according to Example 2 is somewhat lower than that of the joined body according to Example 1. This is considered to be due to the presence or absence of carbon blocks formed in the aluminum layer. That is, in the joined body according to Example 2, since the amount of carbon contained in the joining material is relatively small, no carbon lump is formed in the aluminum layer after the heat treatment, and the joined body according to Example 1 has higher strength. It is expected that there was not.

前述の表1の「実施例2」の欄には、実施例2に係る接合体を製造する際に使用した接合材、該接合材中の炭素、ケイ素および酸素含有量、ならびに4点曲げ試験結果などをまとめて示した。   In the column of “Example 2” in Table 1 above, the bonding material used when manufacturing the bonded body according to Example 2, the carbon, silicon and oxygen contents in the bonding material, and the four-point bending test The results are summarized.

(実施例3)
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例3では、シロキサン系ポリマーとして、PMPhSの代わりに、市販のポリメチルシルセスキオキサン(YR−33707:モメンティブパフォーマンスマテリアルズ社製。以下、「PMSQ」と称する)を使用した。PMSQは、トルエン溶液中に、濃度が0.1mol/Lとなるように添加して使用した。
(Example 3)
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured in the same manner as in Example 1. However, in this Example 3, instead of PMPhS, a commercially available polymethylsilsesquioxane (YR-33707: manufactured by Momentive Performance Materials, Inc., hereinafter referred to as “PMSQ”) was used as the siloxane polymer. PMSQ was added to a toluene solution so that the concentration was 0.1 mol / L.

なお、塗布材中に含まれる炭素の含有量は、10.2wt%であり、ケイ素の含有量は、47.6wt%であり、酸素の含有量は、40.7wt%であった。   The carbon content contained in the coating material was 10.2 wt%, the silicon content was 47.6 wt%, and the oxygen content was 40.7 wt%.

その他の条件は、実施例1の場合と同様である。   Other conditions are the same as in the first embodiment.

これにより、2つのアルミナブロックがアルミ箔を介して接合された接合体が得られた。この接合体を、以下、「実施例3に係る接合体」と称する。   As a result, a joined body in which the two alumina blocks were joined via the aluminum foil was obtained. Hereinafter, this joined body is referred to as “joined body according to Example 3.”

実施例3に係る接合体に対して、実施例1と同様の評価を行った。その結果、実施例3に係る接合体においても、各アルミナブロックの間には、連続的で、比較的厚さが均一なアルミニウム層が存在していることが確認された。なお、アルミニウム層の内部には、寸法約3μm×3μm×30μmの金属シリコン塊が複数存在していることが確認された。   Evaluation similar to Example 1 was performed with respect to the joined body which concerns on Example 3. FIG. As a result, also in the joined body according to Example 3, it was confirmed that an aluminum layer having a continuous and relatively uniform thickness was present between the alumina blocks. It was confirmed that a plurality of metal silicon blocks having dimensions of about 3 μm × 3 μm × 30 μm were present inside the aluminum layer.

また、アルミナブロックとアルミニウム層の界面には、隙間やボイドは認められず、接合層は、健全な状態で存在していることが確認された。接合層は、約2μmの厚さであった。また、接合層は、アルミノシリケート(AlSi50103、Al1.9Si0.052.95、およびAlSi10)を含有していることが確認された。 Further, no gaps or voids were observed at the interface between the alumina block and the aluminum layer, and it was confirmed that the bonding layer was in a healthy state. The bonding layer was about 2 μm thick. Further, the bonding layer, it was confirmed to contain the aluminosilicate (Al 2 Si 50 O 103, Al 1.9 Si 0.05 O 2.95, and Al 2 Si 4 O 10).

実施例3に係る接合体を切り出して、試験片を作製し、試験片の4点曲げ試験を実施したところ、曲げ強度は、平均225MPaであり、最大強度は278MPaであった。試験後の試料片は、半数以上がアルミナブロック部分で破断していることが確認された。このことから、アルミノシリケートを含む接合層は、アルミナブロックの強度に匹敵する接合強度を有すると予想される。   When the joined body according to Example 3 was cut out to produce a test piece and a four-point bending test was performed on the test piece, the bending strength was an average of 225 MPa and the maximum strength was 278 MPa. It was confirmed that more than half of the sample pieces after the test were broken at the alumina block portion. From this, the bonding layer containing aluminosilicate is expected to have a bonding strength comparable to that of the alumina block.

前述の表1の「実施例3」の欄には、実施例3に係る接合体を製造する際に使用した接合材、該接合材中の炭素、ケイ素および酸素含有量、ならびに4点曲げ試験結果などをまとめて示した。   In the column of “Example 3” in Table 1 described above, the bonding material used in manufacturing the bonded body according to Example 3, the carbon, silicon and oxygen contents in the bonding material, and the four-point bending test The results are summarized.

(実施例4)
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例4では、接合材として、炭素粉末を含むシリカゾルを使用した。
Example 4
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured in the same manner as in Example 1. However, in Example 4, silica sol containing carbon powder was used as the bonding material.

このため、まず、エタノールで希釈した市販のシリカゾル(スノーテックスN:日産化学社製)中に、炭素粉末(#2700、三菱化学社製)を添加し、炭素粉末量が10wt%の混合溶液を調製した。   For this purpose, first, carbon powder (# 2700, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is added to a commercially available silica sol diluted with ethanol (Snowtex N: manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.), and a mixed solution having a carbon powder amount of 10 wt% is added. Prepared.

次に、この混合溶液中に、2つのアルミナブロックを完全に浸漬した後、これらを1mm/秒の速度で引き上げた。その後、各アルミナブロックを大気雰囲気下で十分に乾燥させた。   Next, after the two alumina blocks were completely immersed in the mixed solution, they were pulled up at a speed of 1 mm / second. Thereafter, each alumina block was sufficiently dried under an air atmosphere.

これにより、少なくとも各アルミナブロックの接合面(20×30mmの一面)には、炭素粉末を含むシリカゾルが均一に塗布された。   Thereby, the silica sol containing carbon powder was uniformly apply | coated to the joining surface (one surface of 20x30 mm) of at least each alumina block.

なお、塗布材中に含まれる炭素の含有量は、30.3wt%であり、ケイ素の含有量は、32.6wt%であり、酸素の含有量は、37.1wt%であった。   The content of carbon contained in the coating material was 30.3% by weight, the content of silicon was 32.6% by weight, and the content of oxygen was 37.1% by weight.

その他の条件は、実施例1の場合と同様である。   Other conditions are the same as in the first embodiment.

これにより、2つのアルミナブロックがアルミ箔を介して接合された接合体が得られた。この接合体を、以下、「実施例4に係る接合体」と称する。   As a result, a joined body in which the two alumina blocks were joined via the aluminum foil was obtained. Hereinafter, this joined body is referred to as “joined body according to Example 4”.

実施例4に係る接合体に対して、実施例1と同様の評価を行った。その結果、実施例4に係る接合体においても、各アルミナブロックの間には、連続的で、比較的厚さが均一なアルミニウム層が存在していることが確認された。なお、アルミニウム層の内部には、金属シリコン塊が認められた。   Evaluation similar to Example 1 was performed with respect to the joined body which concerns on Example 4. FIG. As a result, also in the joined body according to Example 4, it was confirmed that an aluminum layer having a continuous and relatively uniform thickness was present between the alumina blocks. A metallic silicon lump was observed inside the aluminum layer.

また、アルミナブロックとアルミニウム層の界面には、隙間やボイドは認められず、接合層は、健全な状態で存在していることが確認された。接合層は、約5μmの厚さであった。また、接合層は、アルミノシリケート(AlSi50103、Al1.9Si0.052.95、およびAlSi10)を含有していることが確認された。 Further, no gaps or voids were observed at the interface between the alumina block and the aluminum layer, and it was confirmed that the bonding layer was in a healthy state. The bonding layer was about 5 μm thick. Further, the bonding layer, it was confirmed to contain the aluminosilicate (Al 2 Si 50 O 103, Al 1.9 Si 0.05 O 2.95, and Al 2 Si 4 O 10).

実施例4に係る接合体を切り出して、試験片を作製し、試験片の4点曲げ試験を実施したところ、曲げ強度は、平均212MPaであり、最大強度は272MPaであった。試験後の試料片は、半数以上がアルミナブロック部分で破断していることが確認された。このことから、アルミノシリケートを含む接合層は、アルミナブロックの強度に匹敵する接合強度を有すると予想される。   When the joined body according to Example 4 was cut out to prepare a test piece and a four-point bending test was performed on the test piece, the bending strength was an average of 212 MPa and the maximum strength was 272 MPa. It was confirmed that more than half of the sample pieces after the test were broken at the alumina block portion. From this, the bonding layer containing aluminosilicate is expected to have a bonding strength comparable to that of the alumina block.

前述の表1の「実施例4」の欄には、実施例4に係る接合体を製造する際に使用した接合材、該接合材中の炭素、ケイ素および酸素含有量、ならびに4点曲げ試験結果などをまとめて示した。   In the column of “Example 4” in Table 1 above, the bonding material used when manufacturing the bonded body according to Example 4, the carbon, silicon and oxygen contents in the bonding material, and the four-point bending test The results are summarized.

なお、本技術の応用例として、セラミックス部材上へのスクリーン印刷法またはインクジェット法によるアルミニウム配線形成が考えられる。このため、これらの実現性を確認するため、以下の実験を行った。   As an application example of the present technology, aluminum wiring formation by a screen printing method or an ink jet method on a ceramic member can be considered. For this reason, in order to confirm these feasibility, the following experiment was conducted.

(実施例5)
純度99%以上であるアルミニウム粉末(和光純薬製)を85wt%程度含むスラリー(溶媒:エタノール)を作製し、実施例1と同じ要領で表面をコーティングしたアルミナ基板上にスラリーをスクリーン印刷の要領で塗布し、アルゴン雰囲気下、900℃で1時間焼成した。その結果、スクリーンと同じ模様の配線状のアルミニウム金属が、アルミナ基板上に接合された。このアルミニウム金属は、指で引っ掻いても剥離せず、良好な接合力を有することが確認された。
(Example 5)
A slurry (solvent: ethanol) containing about 85 wt% of aluminum powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) having a purity of 99% or more was prepared, and the slurry was screen-printed on the alumina substrate whose surface was coated in the same manner as in Example 1. And baked at 900 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. As a result, a wiring-like aluminum metal having the same pattern as the screen was bonded onto the alumina substrate. This aluminum metal was confirmed not to peel off even when scratched with a finger and to have a good bonding force.

(実施例6)
焼成温度を900℃から950℃に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、2つのアルミナブロックがアルミ箔を介して接合された接合体を製作した。この接合体を、以下、「実施例6に係る接合体」と称する。
(Example 6)
Except that the firing temperature was changed from 900 ° C. to 950 ° C., a joined body in which two alumina blocks were joined via an aluminum foil was produced in the same manner as in Example 1. Hereinafter, this joined body is referred to as “joined body according to Example 6”.

実施例6に係る接合体に対して、実施例1と同様の評価を行った。その結果、実施例6に係る接合体においても、各アルミナブロックの間には、連続的で、比較的厚さが均一なアルミニウム層が存在していることが確認された。なお、アルミニウム層の内部には、炭化物塊が複数存在していることが確認された。   Evaluation similar to Example 1 was performed with respect to the joined body which concerns on Example 6. FIG. As a result, also in the joined body according to Example 6, it was confirmed that an aluminum layer having a continuous and relatively uniform thickness was present between the alumina blocks. In addition, it was confirmed that a plurality of carbide lumps exist inside the aluminum layer.

また、アルミナブロックとアルミニウム層の界面には、隙間やボイドは認められず、接合層は、健全な状態で存在していることが確認された。   Further, no gaps or voids were observed at the interface between the alumina block and the aluminum layer, and it was confirmed that the bonding layer was in a healthy state.

図11には、透過型電子顕微鏡(TEM)(JEM−2010:JEOL社製、S−5000:日立社製)を用いて、実施例6に係る接合体を観察した結果を示す。なお、図11には、接合部近傍のTEM画像に加えて、接合部近傍の3箇所(A点、B点およびC点)における元素分析の結果を同時に示した。   In FIG. 11, the result of having observed the joined_body | zygote which concerns on Example 6 using the transmission electron microscope (TEM) (JEM-2010: The product made by JEOL, S-5000: The product made from Hitachi) is shown. In addition to the TEM image in the vicinity of the joint, FIG. 11 shows the results of elemental analysis at three locations (points A, B, and C) near the joint at the same time.

図11に示すように、アルミニウム層の領域に相当するA点では、アルミニウムのピークのみが検出された。また、アルミナブロックの領域に相当するC点では、アルミニウムと酸素のピークが観測された。   As shown in FIG. 11, only the aluminum peak was detected at point A corresponding to the region of the aluminum layer. Also, aluminum and oxygen peaks were observed at point C corresponding to the area of the alumina block.

これに対して、両者の界面に相当するB点では、A点およびC点では認められなかったシリコンの存在を示す大きなピークが認められた。なお、B点では、酸素および炭素の大きなピークも同時に観測された。   In contrast, at point B corresponding to the interface between the two, a large peak indicating the presence of silicon that was not observed at points A and C was observed. At point B, large peaks of oxygen and carbon were also observed.

この結果から、アルミニウム層とアルミナブロックの界面には、接合層が存在しており、この接合層は、アルミニウム層およびアルミナブロックに比べて、シリコン含有量が有意に高くなっていることが確認された。   From this result, it was confirmed that there is a bonding layer at the interface between the aluminum layer and the alumina block, and this bonding layer has a significantly higher silicon content than the aluminum layer and the alumina block. It was.

実施例6に係る接合体を切り出して、試験片を作製し、試験片の4点曲げ試験を実施したところ、曲げ強度は、平均242MPaであり、最大強度は289MPaであった。試験後の試料片は、半数以上がアルミナブロック部分で破断していることが確認された。このことから、アルミノシリケートを含む接合層は、アルミナブロックの強度に匹敵する接合強度を有すると予想される。   When the joined body according to Example 6 was cut out to prepare a test piece and a four-point bending test was performed on the test piece, the bending strength was an average of 242 MPa and the maximum strength was 289 MPa. It was confirmed that more than half of the sample pieces after the test were broken at the alumina block portion. From this, the bonding layer containing aluminosilicate is expected to have a bonding strength comparable to that of the alumina block.

前述の表1の「実施例6」の欄には、実施例6に係る接合体を製造する際に使用した接合材、該接合材中の炭素、ケイ素および酸素含有量、ならびに4点曲げ試験結果などをまとめて示した。   In the column of “Example 6” in Table 1 above, the bonding material used when manufacturing the bonded body according to Example 6, the carbon, silicon and oxygen contents in the bonding material, and the four-point bending test The results are summarized.

(比較例1)
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例1では、各アルミニウムブロックの接合面に、PMPhSを塗布しなかった。
(Comparative Example 1)
The ceramic member and the aluminum member were tried to be joined by the same method as in Example 1. However, in this comparative example 1, PMPhS was not applied to the joint surface of each aluminum block.

組立体をアルゴン雰囲気下900℃で1時間焼成した後、組立体を観察したところ、両アルミナブロックは、接合されていなかった。両アルミナブロックの間の部分を観察したところ、この箇所には、酸化アルミニウムは存在するものの、アルミニウム層は、認められなかった。また、同箇所において、アルミノシリケートの存在は、観測されなかった。   After the assembly was fired at 900 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere, the assembly was observed. As a result, both alumina blocks were not joined. When the portion between the two alumina blocks was observed, aluminum oxide was present at this location, but no aluminum layer was observed. At the same location, the presence of aluminosilicate was not observed.

比較例1では、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を得ることができなかったため、4点曲げ試験は実施しなかった。   In Comparative Example 1, since a joined body of a ceramic member and an aluminum member could not be obtained, a four-point bending test was not performed.

(比較例2)
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例2では、接合材として、ポリカルボシラン(Nipusi Type−A:日本カーボン社製。以下、「PCS」と称する)を使用した。PCSは、トルエン溶液中に、濃度が0.1mol/Lとなるように添加して使用した。
(Comparative Example 2)
The ceramic member and the aluminum member were tried to be joined by the same method as in Example 1. However, in Comparative Example 2, polycarbosilane (Nippi Type-A: manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd., hereinafter referred to as “PCS”) was used as the bonding material. PCS was added to a toluene solution so that the concentration was 0.1 mol / L.

その後、このトルエン溶液中に、2つのアルミナブロックを完全に浸漬した後、これらを1mm/秒の速度で引き上げた。その後、各アルミナブロックを大気雰囲気下で十分に乾燥させた。   Then, after completely immersing two alumina blocks in this toluene solution, they were pulled up at a speed of 1 mm / second. Thereafter, each alumina block was sufficiently dried under an air atmosphere.

これにより、少なくとも各アルミナブロックの接合面(20×30mmの一面)には、PCSが均一に塗布された。   As a result, PCS was uniformly applied to at least the bonding surface (one surface of 20 × 30 mm) of each alumina block.

次に、大気下、200℃において、各アルミナブロックを22.5時間保持し、酸化不融化処理を行った。その後、アルゴンガス流通下において、各アルミナブロックを1200℃で1時間熱処理した。これにより、セラミック部材の表面(接合面)に、SiCからなる接合材を形成した。   Next, at 200 ° C. in the atmosphere, each alumina block was held for 22.5 hours to perform oxidation infusibilization treatment. Then, each alumina block was heat-treated at 1200 ° C. for 1 hour under an argon gas flow. As a result, a bonding material made of SiC was formed on the surface (bonding surface) of the ceramic member.

なお、計算上、接合材中に含まれる炭素の含有量は、49.8wt%であり、ケイ素の含有量は、37.6wt%であり、酸素の含有量は、12.5wt%であると予想される。   In calculation, the carbon content in the bonding material is 49.8 wt%, the silicon content is 37.6 wt%, and the oxygen content is 12.5 wt%. is expected.

次に、一方のアルミナブロックの接合面に接するようにして、厚さ24μmの市販のアルミ箔(マイホイル:住軽アルミ製)を配置した後、このアルミ箔上に、別のアルミナブロックを配置した。この際には、別のアルミナブロックの接合面がアルミ箔と接するようにして、別のアルミナブロックを配置した。   Next, after placing a commercially available aluminum foil (My foil: made by Sumi Light Aluminum) having a thickness of 24 μm so as to be in contact with the joining surface of one alumina block, another alumina block was placed on this aluminum foil. . At this time, another alumina block was disposed such that the joining surface of the other alumina block was in contact with the aluminum foil.

このようにして得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、800℃で1時間焼成した。これにより、2つのアルミナブロックが接合された接合体が得られた。この接合体を、以下、「比較例2に係る接合体」と称する。   The assembly thus obtained was fired at 800 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. As a result, a joined body in which two alumina blocks were joined was obtained. Hereinafter, this joined body is referred to as “joined body according to Comparative Example 2”.

比較例2に係る接合体に対して、実施例1と同様の評価を行った。その結果、比較例2に係る接合体の場合、2つのアルミナブロックの間には、厚さ約40μmのセラミックス接合層が形成されていることがわかった。しかしながら、2つのアルミナブロックの間には、アルミニウム部材が残存していないことが確認された。このことから、比較例2の方法では、アルミニウム部材は、処理中にほとんどが消失してしまうことがわかった。   Evaluation similar to Example 1 was performed with respect to the joined body which concerns on the comparative example 2. FIG. As a result, in the case of the joined body according to Comparative Example 2, it was found that a ceramic joining layer having a thickness of about 40 μm was formed between the two alumina blocks. However, it was confirmed that no aluminum member remained between the two alumina blocks. From this, it was found that in the method of Comparative Example 2, most of the aluminum member disappeared during the treatment.

比較例2では、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を得ることができなかったため、4点曲げ試験は実施しなかった。   In Comparative Example 2, since a joined body of a ceramic member and an aluminum member could not be obtained, a four-point bending test was not performed.

前述の表1の「比較例2」の欄には、比較例2に係る接合体を製造する際に使用した接合材、該接合材中の炭素、ケイ素および酸素含有量などをまとめて示した。   In the column of “Comparative Example 2” in Table 1 described above, the bonding material used when manufacturing the bonded body according to Comparative Example 2 and the contents of carbon, silicon, and oxygen in the bonding material are collectively shown. .

(実施例7)
以下の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
(Example 7)
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、寸法30mm×30mm×厚さ2.5mmのアルミナ板(純度99.5%のα−アルミナ)を準備した。また、実施例1と同様の方法で、PMPhSを含むトルエン溶液を準備した。   First, an alumina plate (α-alumina with a purity of 99.5%) having a size of 30 mm × 30 mm × thickness of 2.5 mm was prepared. In addition, a toluene solution containing PMPhS was prepared in the same manner as in Example 1.

次に、アルミナ板上にトルエン溶液を5滴滴下した後、アルミナ板を3000rpmで回転させ、スピンコートを実施した。   Next, 5 drops of a toluene solution was dropped on the alumina plate, and then the alumina plate was rotated at 3000 rpm to perform spin coating.

次に、アルミナ板上に、市販のアルミニウム線(純度99%以上:ニラコ社製)を配置した。アルミニウム線の太さは、直径100μmφ、500μmφ、および1000μmφの3種類とした。その後、アルミナ板をアルゴン雰囲気下900℃で1時間焼成した。   Next, a commercially available aluminum wire (purity 99% or more: manufactured by Nilaco) was placed on the alumina plate. The thickness of the aluminum wire was three types with diameters of 100 μmφ, 500 μmφ, and 1000 μmφ. Thereafter, the alumina plate was fired at 900 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere.

これにより、アルミナ板上に各種太さのアルミニウム線が接合された接合体が得られた。   Thereby, the joined body with which the aluminum wire of various thickness was joined on the alumina board was obtained.

図12には、得られた接合体の平面図(写真)を示す。なお、いずれのアルミニウム線も、指で引っ掻いた程度では、全く剥離しなかった。このことから、各アルミニウム線は、アルミナ板に対して良好に接合していることがわかった。   FIG. 12 shows a plan view (photograph) of the obtained joined body. In addition, none of the aluminum wires peeled at all to the extent that they were scratched with a finger. From this, it was found that each aluminum wire was well bonded to the alumina plate.

(実施例8)
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
(Example 8)
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured in the same procedure as in Example 7.

ただし、この実施例8では、アルミニウム線の代わりに、寸法が20mm×20mm×厚さ300μmのアルミニウム板(純度99.5%のα−アルミナ)を使用した。また、アルミナ板の熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、650℃、1時間とした。   However, in Example 8, an aluminum plate (α-alumina having a purity of 99.5%) having dimensions of 20 mm × 20 mm × thickness 300 μm was used instead of the aluminum wire. Moreover, the heat treatment (joining with the aluminum member) conditions of the alumina plate were 650 ° C. and 1 hour in an argon atmosphere.

これにより、アルミナ板上にアルミニウム板が接合された接合体が得られた。   Thereby, the joined body with which the aluminum plate was joined on the alumina plate was obtained.

図13には、得られた接合体の平面図(写真)を示す。なお、アルミニウム板は、指で引っ掻いた程度では、全く剥離しなかった。このことから、アルミニウム板は、アルミナ板に対して良好に接合していることがわかった。   FIG. 13 shows a plan view (photograph) of the obtained joined body. The aluminum plate did not peel at all as long as it was scratched with a finger. From this, it was found that the aluminum plate was well bonded to the alumina plate.

(実施例9)
実施例8の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
Example 9
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the same procedure as in Example 8.

ただし、この実施例9では、アルミニウム板の代わりに、実施例1で使用したものと同じアルミニウム箔(20mm×20mm×厚さ22μm)を使用した。また、アルミナ板の熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、600℃、1時間とした。   However, in this Example 9, the same aluminum foil (20 mm × 20 mm × thickness 22 μm) used in Example 1 was used instead of the aluminum plate. Moreover, the heat processing (joining with an aluminum member) conditions of an alumina board were 600 degreeC and 1 hour in argon atmosphere.

これにより、アルミナ板上にアルミニウム箔が接合された接合体が得られた。   Thereby, the joined body with which the aluminum foil was joined on the alumina plate was obtained.

図14には、得られた接合体の平面図(写真)を示す。なお、アルミニウム箔は、指で引っ掻いた程度では、全く剥離しなかった。このことから、アルミニウム箔は、アルミナ板に対して良好に接合していることがわかった。   FIG. 14 shows a plan view (photograph) of the obtained joined body. The aluminum foil did not peel at all as long as it was scratched with a finger. From this, it was found that the aluminum foil was well bonded to the alumina plate.

なお、基板の上には、接合剤由来の炭素塊の残留が見られた。   In addition, the residue of the carbon block derived from the bonding agent was observed on the substrate.

(実施例10)
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム合金部材の接合体を製作した。だだし、この実施例10では、アルミニウム線の代わりに、直径2000μmφのAl−Si合金(シルミン:ケイ素量12wt%)線を使用した。また、アルミナ板の熱処理(アルミニウム合金部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、650℃、1時間とした。
(Example 10)
A joined body of a ceramic member and an aluminum alloy member was manufactured in the same procedure as in Example 7. However, in Example 10, an Al—Si alloy (silmine: silicon content 12 wt%) wire having a diameter of 2000 μmφ was used instead of the aluminum wire. Moreover, the heat processing (joining with an aluminum alloy member) conditions of an alumina plate were 650 degreeC and 1 hour in argon atmosphere.

これにより、アルミナ板上にAl−Si合金線が接合された接合体が得られた。   As a result, a joined body in which an Al—Si alloy wire was joined on the alumina plate was obtained.

図15には、得られた接合体の平面図(写真)を示す。なお、Al−Si合金線は、指で引っ掻いた程度では、全く剥離しなかった。このことから、Al−Si合金線は、アルミナ板に対して良好に接合していることがわかった。   FIG. 15 shows a plan view (photograph) of the obtained joined body. In addition, the Al—Si alloy wire did not peel at all as long as it was scratched with a finger. From this, it was found that the Al—Si alloy wire was well bonded to the alumina plate.

(実施例11)
実施例1と同様の方法により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例11では、セラミックス部材として、アルミナブロックの代わりに、窒化ケイ素ブロック(20mm×4mm×4mm)を使用した。すなわち、PMPhSが塗布された2つの窒化ケイ素ブロックを、アルミニウム箔を介して接合面(20mm×4mmの一面)同士で接合して、接合体を作製した。
(Example 11)
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured in the same manner as in Example 1. However, in Example 11, a silicon nitride block (20 mm × 4 mm × 4 mm) was used as the ceramic member instead of the alumina block. That is, the two silicon nitride blocks coated with PMPhS were joined to each other at the joining surfaces (one surface of 20 mm × 4 mm) via an aluminum foil to produce a joined body.

実施例11に係る接合体に対して、実施例1と同様の評価を行った。その結果、実施例11に係る接合体においても、各窒化ケイ素ブロックの間には、連続的で、比較的厚さが均一なアルミニウム層が存在していることが確認された。なお、アルミニウム層の内部には、炭化物(炭化ケイ素)塊が複数存在していることが確認された。   Evaluation similar to Example 1 was performed with respect to the joined body which concerns on Example 11. FIG. As a result, also in the joined body according to Example 11, it was confirmed that an aluminum layer having a continuous and relatively uniform thickness was present between the silicon nitride blocks. In addition, it was confirmed that a plurality of carbide (silicon carbide) lumps exist inside the aluminum layer.

また、窒化ケイ素ブロックとアルミニウム層の界面には、隙間やボイドは認められず、接合層は、健全な状態で存在していることが確認された。   Further, no gaps or voids were observed at the interface between the silicon nitride block and the aluminum layer, and it was confirmed that the bonding layer was in a healthy state.

(実施例12)
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
(Example 12)
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured in the same procedure as in Example 7.

ただし、この実施例12では、アルミナ板の代わりに、寸法が20mm×20mm×厚さ1mmの窒化ケイ素板を使用した。   However, in Example 12, a silicon nitride plate having dimensions of 20 mm × 20 mm × thickness 1 mm was used instead of the alumina plate.

これにより、窒化ケイ素板上にアルミニウム線が接合された接合体が得られた。   As a result, a joined body in which an aluminum wire was joined on the silicon nitride plate was obtained.

なお、いずれのアルミニウム線も、指で引っ掻いた程度では、全く剥離しなかった。このことから、各アルミニウム線は、窒化ケイ素板に対して良好に接合していることがわかった。   In addition, none of the aluminum wires peeled at all to the extent that they were scratched with a finger. From this, it was found that each aluminum wire was well bonded to the silicon nitride plate.

(実施例13)
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。
(Example 13)
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured in the same procedure as in Example 7.

ただし、この実施例13では、アルミナ板の代わりに、寸法が25mm×25mm×厚さ400μmの窒化アルミニウム板を使用した。   However, in Example 13, an aluminum nitride plate having dimensions of 25 mm × 25 mm × thickness 400 μm was used instead of the alumina plate.

これにより、窒化アルミニウム板上にアルミニウム線が接合された接合体が得られた。   Thereby, a joined body in which an aluminum wire was joined on the aluminum nitride plate was obtained.

なお、いずれのアルミニウム線も、指で引っ掻いた程度では、全く剥離しなかった。このことから、各アルミニウム線は、窒化アルミニウム板に対して良好に接合していることがわかった。   In addition, none of the aluminum wires peeled at all to the extent that they were scratched with a finger. From this, it was found that each aluminum wire was well bonded to the aluminum nitride plate.

(実施例14)
実施例13の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例14では、熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、600℃、1時間とした。
(Example 14)
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured in the same procedure as in Example 13. However, in Example 14, the heat treatment (joining with aluminum member) conditions were set to 600 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere.

これにより、窒化アルミニウム板上にアルミニウム線が接合された接合体が得られた。   Thereby, a joined body in which an aluminum wire was joined on the aluminum nitride plate was obtained.

図16には、得られた接合体の平面図(写真)を示す。なお、いずれのアルミニウム線も、指で引っ掻いた程度では、全く剥離しなかった。このことから、各アルミニウム線は、窒化アルミニウム板に対して良好に接合していることがわかった。   FIG. 16 shows a plan view (photograph) of the obtained joined body. In addition, none of the aluminum wires peeled at all to the extent that they were scratched with a finger. From this, it was found that each aluminum wire was well bonded to the aluminum nitride plate.

(実施例15)
実施例12の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合体を製作した。ただし、この実施例15では、熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、600℃、1時間とした。
(Example 15)
A joined body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured in the same procedure as in Example 12. However, in Example 15, the heat treatment (joining with aluminum member) conditions were set to 600 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere.

これにより、窒化ケイ素板上にアルミニウム線が接合された接合体が得られた。   As a result, a joined body in which an aluminum wire was joined on the silicon nitride plate was obtained.

なお、いずれのアルミニウム線も、指で引っ掻いた程度では、全く剥離しなかった。このことから、各アルミニウム線は、窒化ケイ素板に対して良好に接合していることがわかった。   In addition, none of the aluminum wires peeled at all to the extent that they were scratched with a finger. From this, it was found that each aluminum wire was well bonded to the silicon nitride plate.

(比較例3)
実施例7の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例3では、アルミナ板の熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、580℃、1時間とした。その他の条件は実施例7の場合と同様である。
(Comparative Example 3)
The ceramic member and the aluminum member were tried to be joined by the same procedure as in Example 7. However, in Comparative Example 3, the heat treatment (joining with the aluminum member) conditions of the alumina plate were 580 ° C. and 1 hour in an argon atmosphere. Other conditions are the same as those in the seventh embodiment.

熱処理後に確認したところ、いずれのアルミニウム線も、アルミナ板に接合していないことがわかった。   When it confirmed after heat processing, it turned out that neither aluminum wire is joined to the alumina board.

(比較例4)
実施例12の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例4では、窒化ケイ素板の熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、580℃、1時間とした。その他の条件は実施例12の場合と同様である。
(Comparative Example 4)
A ceramic member and an aluminum member were tried to be joined in the same procedure as in Example 12. However, in Comparative Example 4, the heat treatment (bonding with the aluminum member) condition of the silicon nitride plate was 580 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere. Other conditions are the same as in the case of Example 12.

熱処理後に確認したところ、いずれのアルミニウム線も、窒化ケイ素板に接合していないことがわかった。   When confirmed after the heat treatment, it was found that none of the aluminum wires were bonded to the silicon nitride plate.

(比較例5)
実施例13の場合と同様の手順により、セラミックス部材とアルミニウム部材の接合を試みた。ただし、この比較例5では、窒化アルミニウム板の熱処理(アルミニウム部材との接合)条件は、アルゴン雰囲気下、580℃、1時間とした。その他の条件は実施例13の場合と同様である。
(Comparative Example 5)
A ceramic member and an aluminum member were tried to join in the same procedure as in Example 13. However, in Comparative Example 5, the heat treatment conditions (joining with the aluminum member) of the aluminum nitride plate were 580 ° C. and 1 hour in an argon atmosphere. Other conditions are the same as in the case of Example 13.

熱処理後に確認したところ、いずれのアルミニウム線も、窒化アルミニウム板に接合していないことがわかった。   When it confirmed after heat processing, it turned out that neither aluminum wire is joined to the aluminum nitride board.

以下の表2には、実施例7〜実施例15、および比較例3〜比較例5に係る接合体の作製条件、および接合状態をまとめて示した。   Table 2 below collectively shows the manufacturing conditions and bonding states of the bonded bodies according to Examples 7 to 15 and Comparative Examples 3 to 5.

本発明は、例えば、セラミックス接合技術、ヘテロ材料(金属−セラミックス)製造技術、およびセラミックス基板に対する配線技術等に利用することができる。   The present invention can be used, for example, for ceramic bonding technology, heteromaterial (metal-ceramics) manufacturing technology, wiring technology for ceramic substrates, and the like.

100 接合体
110 セラミックス部材
130 アルミニウム部材
150 接合層
200 接合体
210 第1のセラミックス部材
230 アルミニウム部材
250 第1の接合層
260 第2のセラミックス部材
290 第2の接合層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Bonded body 110 Ceramic member 130 Aluminum member 150 Bonding layer 200 Bonded body 210 First ceramic member 230 Aluminum member 250 First bonding layer 260 Second ceramic member 290 Second bonding layer

Claims (4)

セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法であって、
(a)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップと、
(b)前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーまたは炭素粉末含有シリカゾルを含むステップと、
(c)前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップと、
(d)前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下、600℃〜950℃の温度で加熱するステップと、
を有する方法。
A method of joining a ceramic member and an aluminum member,
(A) preparing a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and an aluminum member;
(B) installing a bonding material on at least one of the ceramic member and the aluminum member, the bonding material including a siloxane polymer or a carbon powder-containing silica sol;
(C) laminating the ceramic member and the aluminum member with the bonding material interposed therebetween, and constituting an assembly;
(D) heating the assembly at a temperature of 600 ° C. to 950 ° C. in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere;
Having a method.
セラミックス部材とアルミニウム部材とを接合する方法であって、
(a)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有するセラミックス部材、およびアルミニウム部材を準備するステップと、
(b)前記セラミックス部材および前記アルミニウム部材の少なくとも一方に、接合材を設置するステップであって、前記接合材は、シロキサン系ポリマーまたは炭素粉末含有シリカゾルを含むステップと、
(c)前記セラミックス部材と前記アルミニウム部材を、前記接合材を介在させた状態で積層し、組立体を構成するステップと、
(d)前記組立体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下、660℃〜950℃の温度で加熱するステップと、
を有する方法。
A method of joining a ceramic member and an aluminum member,
(A) preparing a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and an aluminum member;
(B) installing a bonding material on at least one of the ceramic member and the aluminum member, the bonding material including a siloxane polymer or a carbon powder-containing silica sol;
(C) laminating the ceramic member and the aluminum member with the bonding material interposed therebetween, and constituting an assembly;
(D) heating the assembly at a temperature of 660 ° C. to 950 ° C. in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere;
Having a method.
前記セラミックス部材は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ムライトおよびアルミノシリケートからなる群から選定された、少なくとも一つの材料を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the ceramic member includes at least one material selected from the group consisting of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, mullite, and aluminosilicate. 前記(d)のステップの後、前記アルミニウム部材中に、炭素塊、炭化物塊または金属シリコン塊が形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の方法。   4. The method according to claim 1, wherein a carbon lump, a carbide lump or a metal silicon lump is formed in the aluminum member after the step (d). 5.
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