JP6851033B2 - Method of manufacturing the joint and the joint - Google Patents

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    • C04B37/02Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles

Description

本発明は、アルミニウム部材とセラミックス部材とが接合された接合体の製造方法、およびそのような接合体に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a bonded body in which an aluminum member and a ceramic member are joined, and such 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 technology 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 an 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、アルミニウム部材とセラミックス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。 It is considered that this is because an oxide film (alumina layer) that interferes with the bonding with the ceramic member exists on the surface of the aluminum member. That is, in the bonding process, the oxide film existing on the surface of the aluminum member does not provide good affinity between the aluminum member and the ceramic member, and further, good adhesion cannot be obtained, whereby good bonding between the two is not obtained. It is considered that the state cannot be formed.

このような背景の下、最近、アルミニウム部材とセラミックス部材を接合する新たな方法が提案されている(特許文献1)。 Against this background, a new method for joining an aluminum member and a ceramic member has recently been proposed (Patent Document 1).

特開2014−196233号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-196233

特許文献1に記載の方法では、アルミニウム部材とセラミックス部材の間にシロキサン系ポリマーを設置した状態で、両者を加熱することにより、アルミニウム部材とセラミックス部材を接合することができる。 In the method described in Patent Document 1, the aluminum member and the ceramic member can be joined by heating both of them in a state where the siloxane-based polymer is installed between the aluminum member and the ceramic member.

しかしながら、元来、アルミニウム部材とセラミックス部材では、熱膨張係数の差が比較的大きいという問題がある。このため、前述の方法により、アルミニウム部材とセラミックス部材を接合することができたとしても、そのような接合体は、例えば使用中に、熱応力を受けた際に、破損する可能性がある。 However, originally, there is a problem that the difference in the coefficient of thermal expansion is relatively large between the aluminum member and the ceramic member. Therefore, even if the aluminum member and the ceramic member can be joined by the above-mentioned method, such a joined body may be damaged when subjected to thermal stress, for example, during use.

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、熱応力を受けても比較的破損が生じ難い、アルミニウム部材とセラミックス部材の接合体の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明では、熱応力を受けても比較的破損が生じ難い、アルミニウム部材とセラミックス部材の接合体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a bonded body of an aluminum member and a ceramic member, which is relatively unlikely to be damaged even when subjected to thermal stress. And. Another object of the present invention is to provide a bonded body of an aluminum member and a ceramic member, which is relatively resistant to breakage even when subjected to thermal stress.

本発明では、アルミニウム部材とセラミックス部材とを有する接合体の製造方法であって、
(a)アルミニウム部材、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、ならびにアルミニウムを含む第1の合金部材を準備するステップであって、
前記第1の合金部材は、第1および第2の表面を有し、
前記第1の合金部材の熱膨張係数は、前記アルミニウム部材よりも小さく、前記セラミックス部材よりも大きい、ステップと、
(b)前記アルミニウム部材の被接合面および前記第1の合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材を設置するとともに、前記セラミックス部材の被接合面および前記第1の合金部材の第2の表面の少なくとも一方に、第2の接合材を設置する、ステップであって、
前記第1および第2の接合材は、それぞれ独立に、
(i)主鎖がSi−C−Si基およびSi−N−Si基の少なくとも一つを有する有機ケイ素系ポリマー、
(ii)主鎖がSi−O−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
(iii)炭素粉末含有シリカゾル、ならびに
(iv)主鎖がSi−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
の少なくとも一つの化合物を有する、ステップと、
(c)前記アルミニウム部材、前記第1の合金部材、および前記セラミックス部材を、この順に積層し、組立体を構成するステップであって、
前記第1の合金部材は、前記第1の表面の側が前記アルミニウム部材の被接合面と対面し、前記第2の表面の側が前記セラミックス部材の被接合面と対面するように配置される、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、400℃〜800℃の温度で加熱するステップと、
を有する製造方法が提供される。
The present invention is a method for manufacturing a bonded body having an aluminum member and a ceramic member.
(A) A step of preparing an aluminum member, a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and a first alloy member containing aluminum.
The first alloy member has first and second surfaces.
The coefficient of thermal expansion of the first alloy member is smaller than that of the aluminum member and larger than that of the ceramic member.
(B) The first bonding material is installed on at least one of the bonded surface of the aluminum member and the first surface of the first alloy member, and the bonded surface of the ceramic member and the first alloy. A step of installing a second bonding material on at least one of the second surfaces of the member.
The first and second joint materials are independently
(I) An organosilicon polymer having a main chain having at least one Si—C—Si group and a Si—N—Si group.
(Ii) An organosilicon polymer having a Si—O—Si group in the main chain,
(Iii) Carbon powder-containing silica sol, and (iv) Organosilicon polymer having a Si—Si group in the main chain,
With at least one compound of
(C) A step of laminating the aluminum member, the first alloy member, and the ceramic member in this order to form an assembly.
The first alloy member is arranged so that the side of the first surface faces the surface to be joined of the aluminum member and the side of the second surface faces the surface to be joined of the ceramic member. When,
(D) A step of heating the assembly at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere.
A manufacturing method having the above is provided.

また、本発明では、アルミニウム部材とセラミックス部材とを有する接合体の製造方法であって、
(a)アルミニウム部材、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、アルミニウムを含む第1の合金部材、ならびにアルミニウムを含む第2の合金部材を準備するステップであって、
前記第1の合金部材は、第1および第2の表面を有し、
前記第2の合金部材は、第3および第4の表面を有し、
前記第1および第2の合金部材の熱膨張係数は、それぞれ、前記アルミニウム部材よりも小さく、前記セラミックス部材よりも大きく、
前記第2の合金部材の熱膨張係数は、前記第1の合金部材の熱膨張係数よりも小さい、ステップと、
(b)前記アルミニウム部材の被接合面および前記第1の合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材を設置し、前記セラミックス部材の被接合面および前記第2の合金部材の第4の表面の少なくとも一方に、第2の接合材を設置し、前記第1の合金部材の第2の表面および前記第2の合金部材の第3の表面の少なくとも一方に、第3の接合材を設置する、ステップであって、
前記第1、第2、および第3の接合材は、それぞれ独立に、
(i)主鎖がSi−C−Si基およびSi−N−Si基の少なくとも一つを有する有機ケイ素系ポリマー、
(ii)主鎖がSi−O−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
(iii)炭素粉末含有シリカゾル、ならびに
(iv)主鎖がSi−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
の少なくとも一つを有する、ステップと、
(c)前記アルミニウム部材、前記第1の合金部材、前記第2の合金部材、および前記セラミックス部材を、この順に積層し、組立体を構成するステップであって、
前記第1の合金部材は、前記第1の表面の側が前記アルミニウム部材の被接合面と対面するように配置され、前記第2の合金部材は、前記第4の表面が前記セラミックス部材の被接合面と対面するように配置される、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、400℃〜800℃の温度で加熱するステップと、
を有する製造方法が提供される。
Further, the present invention is a method for manufacturing a bonded body having an aluminum member and a ceramic member.
(A) A step of preparing an aluminum member, a ceramic member containing aluminum and / or silicon, a first alloy member containing aluminum, and a second alloy member containing aluminum.
The first alloy member has first and second surfaces.
The second alloy member has third and fourth surfaces and has
The coefficient of thermal expansion of the first and second alloy members is smaller than that of the aluminum member and larger than that of the ceramic member, respectively.
The coefficient of thermal expansion of the second alloy member is smaller than the coefficient of thermal expansion of the first alloy member.
(B) A first bonding material is installed on at least one of the bonded surface of the aluminum member and the first surface of the first alloy member, and the bonded surface of the ceramic member and the second alloy member. A second bonding material is installed on at least one of the fourth surfaces of the first alloy member, and a third surface is provided on at least one of the second surface of the first alloy member and the third surface of the second alloy member. It is a step to install the joint material,
The first, second, and third joint materials are independently
(I) An organosilicon polymer having a main chain having at least one Si—C—Si group and a Si—N—Si group.
(Ii) An organosilicon polymer having a Si—O—Si group in the main chain,
(Iii) Carbon powder-containing silica sol, and (iv) Organosilicon polymer having a Si—Si group in the main chain,
With at least one of the steps,
(C) A step of laminating the aluminum member, the first alloy member, the second alloy member, and the ceramic member in this order to form an assembly.
The first alloy member is arranged so that the side of the first surface faces the surface to be joined of the aluminum member, and the second alloy member has the fourth surface to be joined to the ceramic member. Steps and steps that are placed face-to-face
(D) A step of heating the assembly at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere.
A manufacturing method having the above is provided.

さらに、本発明では、アルミニウム部材と、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、を含む接合体であって、
さらに、前記アルミニウム部材と前記セラミックス部材との間に、第1の合金部材を有し、
前記第1の合金部材は、第1の側および第2の側を有し、前記第1の側は、前記第2の側よりも前記アルミニウム部材に近く、
前記第1の合金部材は、アルミニウムを含み、
前記第1の合金部材の熱膨張係数は、前記アルミニウム部材よりも小さく、前記セラミックス部材よりも大きく、
前記第1の合金部材の前記第1の側には、第1の接合層が存在し、
前記第1の合金部材の前記第2の側には、第2の接合層が存在し、
前記第1および第2の接合層は、それぞれ、
(I)炭素およびケイ素を含むアモルファス相であって、炭素量が8重量%以上であり、酸素量が30重量%未満である、アモルファス相、ならびに/または
(II)アルミノシリケート、
を含む、接合体が提供される。
Further, in the present invention, it is a joint including an aluminum member and a ceramic member containing aluminum and / or silicon.
Further, a first alloy member is provided between the aluminum member and the ceramic member.
The first alloy member has a first side and a second side, and the first side is closer to the aluminum member than the second side.
The first alloy member contains aluminum and contains aluminum.
The coefficient of thermal expansion of the first alloy member is smaller than that of the aluminum member and larger than that of the ceramic member.
A first bonding layer is present on the first side of the first alloy member.
A second bonding layer is present on the second side of the first alloy member.
The first and second bonding layers are, respectively.
(I) Amorphous phase containing carbon and silicon, having a carbon content of 8% by weight or more and an oxygen content of less than 30% by weight, and / or (II) aluminosilicate.
Bonds are provided, including.

本発明では、本発明では、熱応力を受けても比較的破損が生じ難い、アルミニウム部材とセラミックス部材の接合体の製造方法を提供することができる。また、本発明では、熱応力を受けても比較的破損が生じ難い、アルミニウム部材とセラミックス部材の接合体を提供することができる。 In the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a bonded body of an aluminum member and a ceramic member, which is relatively unlikely to be damaged even when subjected to thermal stress. Further, in the present invention, it is possible to provide a bonded body of an aluminum member and a ceramic member, which is relatively unlikely to be damaged even when subjected to thermal stress.

本発明の一実施例によるアルミニウム部材とセラミックス部材を含む接合体の製造方法のフローを概略的に示した図である。It is a figure which showed schematic flow of the manufacturing method of the joint body including the aluminum member and the ceramics member by one Example of this invention. 本発明の一実施例によるアルミニウム部材とセラミックス部材を含む接合体の別の製造方法のフローを概略的に示した図である。It is a figure which showed the flow of another manufacturing method of the joint containing the aluminum member and the ceramics member according to one Example of this invention schematically. 本発明の一実施例によるアルミニウム部材とセラミックス部材を含む接合体のさらに別の製造方法のフローを概略的に示した図である。It is a figure which showed the flow of still another manufacturing method of the joined body including the aluminum member and the ceramics member according to one Example of this invention schematically. 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 joint body 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 joint by one Example of this invention. 例1に係る接合体における、シルミン板とセラミックス部材の間の接合層のX線回折(XRD)分析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the X-ray diffraction (XRD) analysis of the bonding layer between a silumin plate and a ceramic member in the bonding body which concerns on Example 1. FIG.

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

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という問題がある。 As described above, since an oxide film (alumina layer) that interferes with the bonding with the ceramic member exists on the surface of the aluminum member, there is a problem that it is difficult to properly bond the ceramic member and the aluminum member.

この問題に関連して、本願発明者らは、これまでに、アルミニウム部材とセラミックス部材の間にシロキサン系ポリマーを設置した状態で、両者を加熱することにより、セラミックス部材とセラミックス部材とを接合できることを見出している(例えば特許文献1)。 In relation to this problem, the inventors of the present application have been able to bond the ceramic member and the ceramic member by heating both of them in a state where the siloxane-based polymer is installed between the aluminum member and the ceramic member. (For example, Patent Document 1).

しかしながら、元来、アルミニウム部材とセラミックス部材とでは、熱膨張係数の差が比較的大きいという問題がある。このため、前述の方法により、アルミニウム部材とセラミックス部材とを接合することができたとしても、そのような接合体は、例えば使用中に、熱応力を受けた際に、破損する可能性がある。 However, originally, there is a problem that the difference in the coefficient of thermal expansion is relatively large between the aluminum member and the ceramic member. Therefore, even if the aluminum member and the ceramic member can be joined by the above-mentioned method, such a joined body may be damaged when subjected to thermal stress, for example, during use. ..

このような問題意識の下、本願発明者らは、アルミニウム部材とセラミックス部材の接合方法に関する研究をさらに推し進めてきた。その結果、アルミニウム部材とセラミックス部材の接合体の熱応力に対する耐性を有意に改善できる方策を見出し、本願発明に至った。 With this awareness in mind, the inventors of the present application have further promoted research on a method for joining an aluminum member and a ceramic member. As a result, we have found a measure that can significantly improve the resistance of the joint body of the aluminum member and the ceramic member to thermal stress, and have reached the present invention.

すなわち、本発明の一実施形態では、アルミニウム部材とセラミックス部材とを有する接合体の製造方法であって、
(a)アルミニウム部材、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、ならびにケイ素およびアルミニウムを含む第1の合金部材を準備するステップであって、
前記第1の合金部材は、第1および第2の表面を有し、
前記第1の合金部材の熱膨張係数は、前記アルミニウム部材よりも小さく、前記セラミックス部材よりも大きい、ステップと、
(b)前記アルミニウム部材の被接合面および前記第1の合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材を設置するとともに、前記セラミックス部材の被接合面および前記第1の合金部材の第2の表面の少なくとも一方に、第2の接合材を設置する、ステップであって、
前記第1および第2の接合材は、それぞれ独立に、
(i)主鎖がSi−C−Si基およびSi−N−Si基の少なくとも一つを有する有機ケイ素系ポリマー、
(ii)主鎖がSi−O−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
(iii)炭素粉末含有シリカゾル、ならびに
(iv)主鎖がSi−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
の少なくとも一つの化合物を有する、ステップと、
(c)前記アルミニウム部材、前記第1の合金部材、および前記セラミックス部材を、この順に積層し、組立体を構成するステップであって、
前記第1の合金部材は、前記第1の表面の側が前記アルミニウム部材の被接合面と対面し、前記第2の表面の側が前記セラミックス部材の被接合面と対面するように配置される、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、400℃〜800℃の温度で加熱するステップと、
を有する製造方法が提供される。
That is, in one embodiment of the present invention, it is a method for manufacturing a bonded body having an aluminum member and a ceramic member.
(A) A step of preparing an aluminum member, a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and a first alloy member containing silicon and aluminum.
The first alloy member has first and second surfaces.
The coefficient of thermal expansion of the first alloy member is smaller than that of the aluminum member and larger than that of the ceramic member.
(B) The first bonding material is installed on at least one of the bonded surface of the aluminum member and the first surface of the first alloy member, and the bonded surface of the ceramic member and the first alloy. A step of installing a second bonding material on at least one of the second surfaces of the member.
The first and second joint materials are independently
(I) An organosilicon polymer having a main chain having at least one Si—C—Si group and a Si—N—Si group.
(Ii) An organosilicon polymer having a Si—O—Si group in the main chain,
(Iii) Carbon powder-containing silica sol, and (iv) Organosilicon polymer having a Si—Si group in the main chain,
With at least one compound of
(C) A step of laminating the aluminum member, the first alloy member, and the ceramic member in this order to form an assembly.
The first alloy member is arranged so that the side of the first surface faces the surface to be joined of the aluminum member and the side of the second surface faces the surface to be joined of the ceramic member. When,
(D) A step of heating the assembly at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere.
A manufacturing method having the above is provided.

本発明の一実施形態では、アルミニウム部材とセラミックス部材とを有する接合体を製造する際に、両者の間に合金部材が介在される。この合金部材は、アルミニウム部材よりも小さな熱膨張係数であって、セラミックス部材よりも大きな熱膨張係数を有する。このような合金部材は、接合体が熱応力を受けた際に、応力緩和層として機能できる。 In one embodiment of the present invention, when a bonded body having an aluminum member and a ceramic member is manufactured, an alloy member is interposed between the two. This alloy member has a smaller coefficient of thermal expansion than the aluminum member and a larger coefficient of thermal expansion than the ceramic member. Such an alloy member can function as a stress relaxation layer when the joint body is subjected to thermal stress.

従って、本発明の一実施形態による製造方法で製造された接合体は、熱応力を受けても、接合体の破損を有意に抑制することができる。 Therefore, the joint body produced by the production method according to the embodiment of the present invention can significantly suppress the breakage of the joint body even if it receives thermal stress.

ただし、本発明の一実施形態では、前記合金部材は、ケイ素およびアルミニウムを含む。従って、この合金部材は、接合処理の際に、アルミニウム部材に近い挙動を示す。このため、単に、アルミニウム部材とセラミックス部材との間に、そのような合金部材を配置しただけでは、熱処理を実施しても、合金部材の表面の前述のような酸化膜の存在により、各部材が良好に接合された接合体を得ることは難しい。 However, in one embodiment of the present invention, the alloy member comprises silicon and aluminum. Therefore, this alloy member behaves like an aluminum member during the joining process. Therefore, if such an alloy member is simply arranged between the aluminum member and the ceramic member, even if the heat treatment is performed, the presence of the oxide film as described above on the surface of the alloy member causes each member. It is difficult to obtain a well-bonded alloy.

これに対して、本発明の一実施形態では、接合処理の際に、合金部材の両側に、特定の材料群から選定された接合材が設置される。この状態で加熱すると、後述するように、接合材がアルミニウム部材と合金部材、および該合金部材とセラミックス部材とを接合する接着剤としての機能を発揮する。その結果、本発明の一実施形態による接合体の製造方法では、間に合金部材を介在させた状態で、アルミニウム部材とセラミックス部材とを、適正に接合することができる。 On the other hand, in one embodiment of the present invention, a joining material selected from a specific material group is installed on both sides of the alloy member during the joining treatment. When heated in this state, as will be described later, the joining material exerts a function as an adhesive for joining the aluminum member and the alloy member, and the alloy member and the ceramic member. As a result, in the method for manufacturing a bonded body according to the embodiment of the present invention, the aluminum member and the ceramic member can be appropriately bonded with the alloy member interposed therebetween.

このように、本発明の一実施形態では、アルミニウム部材とセラミックス部材とを、適正に接合することができる上、得られた接合体の耐熱応力特性を向上させることができる。 As described above, in one embodiment of the present invention, the aluminum member and the ceramic member can be properly joined, and the heat-resistant stress characteristics of the obtained joined body can be improved.

なお、本願では、アルミニウム部材と合金部材とを合わせて、「金属部材」と称する場合がある。 In the present application, the aluminum member and the alloy member may be collectively referred to as a "metal member".

ここで、本発明の一実施形態では、接合材は、以下の材料(i)〜(iv)の少なくとも一つを含む:
(i)主鎖がSi−C−Si基およびSi−N−Si基の少なくとも一つを有する有機ケイ素系ポリマー、
(ii)主鎖がSi−O−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
(iii)炭素粉末含有シリカゾル、ならびに
(iv)主鎖がSi−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー。
Here, in one embodiment of the present invention, the bonding material includes at least one of the following materials (i) to (iv):
(I) An organosilicon polymer having a main chain having at least one Si—C—Si group and a Si—N—Si group.
(Ii) An organosilicon polymer having a Si—O—Si group in the main chain,
(Iii) A carbon powder-containing silica sol, and (iv) an organosilicon polymer having a Si—Si group in the main chain.

このうち、(i)の有機ケイ素系ポリマーは、炭素原子を含む。この炭素原子は、高温状態において、金属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、(i)を含む接合材を使用した場合、炭素原子の働きにより、金属部材の表面を覆う酸化膜のバリア性を低下させ、金属部材を活性化、すなわち反応しやすい状態にさせることができる。 Of these, the organosilicon polymer of (i) contains a carbon atom. This carbon atom plays a role of reducing the oxide film formed on the surface of the metal member or destabilizing the oxide film in a high temperature state. Therefore, when a bonding material containing (i) is used, the action of carbon atoms reduces the barrier property of the oxide film covering the surface of the metal member, and activates the metal member, that is, makes the metal member easy to react. it can.

また、(i)の有機ケイ素系ポリマーは、主鎖がSi−C−Si基およびSi−N−Si基の少なくとも一つを有する。従って、(i)のような主鎖を有する有機ケイ素系ポリマーは、不活性雰囲気下で加熱すると、ケイ素と炭素を含む化合物に変化する。このケイ素と炭素を含む化合物は、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」金属部材と反応することができる。 Further, the organosilicon polymer of (i) has at least one Si—C—Si group and Si—N—Si group in the main chain. Therefore, an organosilicon polymer having a main chain as in (i) changes into a compound containing silicon and carbon when heated in an inert atmosphere. This silicon-carbon-containing compound can react in high temperature environments with so-called "active" metal members with reduced barrier function of the oxide film.

また、本発明の一実施形態では、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、前述のケイ素と炭素を含む化合物に対して親和性を有する。 Further, in one embodiment of the present invention, a ceramic member containing aluminum and / or silicon is used as the ceramic member. Such ceramic members have an affinity for the above-mentioned compounds containing silicon and carbon.

従って、アルミニウム部材と合金部材の間、および合金部材とセラミックス部材との間に、前述のような接合材を介在させて、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、金属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、金属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、金属部材が活性化される。 Therefore, when the heat treatment is performed in a low oxygen atmosphere by interposing the above-mentioned joining material between the aluminum member and the alloy member and between the alloy member and the ceramic member, the carbon contained in the joining material is contained. Atoms reduce a portion of the oxide film present on the surface of the metal member. Alternatively, the oxide film existing on the surface of the metal member becomes incomplete. As a result, the metal member is activated.

また、接合材を加熱した際に生じる反応成分、すなわち前述のようなケイ素と炭素を含む化合物は、活性化された金属部材と反応し、その結果、接合材が接合層に変化する。通常の場合、得られる接合層は、炭化ケイ素系化合物を含む。 Further, the reaction component generated when the bonding material is heated, that is, the compound containing silicon and carbon as described above reacts with the activated metal member, and as a result, the bonding material is transformed into a bonding layer. Usually, the resulting bonding layer contains a silicon carbide compound.

ここで、炭化ケイ素系化合物には、例えば、SiC、SiOC、SiCN、SiOCN、AlSiC、AlSiOC、AlSiCN、および/またはAlSiOCN等が含まれる。炭化ケイ素系化合物は、アモルファス(ガラス)相として形成される場合が多い。 Here, the silicon carbide-based compound includes, for example, SiC, SiOC, SiCN, SiOCN, AlSiC, AlSiOC, AlSiCN, and / or AlSiOCN and the like. Silicon carbide compounds are often formed as an amorphous (glass) phase.

このような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、アルミニウム部材および合金部材も接合層と強固に密着される。その結果、アルミニウム部材、合金部材、およびセラミックス部材は、接合層を介して接合される。 Due to the presence of such a bonding layer, the ceramic member is firmly adhered to the bonding layer, and the aluminum member and the alloy member are also firmly adhered to the bonding layer. As a result, the aluminum member, the alloy member, and the ceramic member are joined via the joining layer.

以上のような現象により、本発明による接合方法では、アルミニウム部分、合金部材、およびセラミックス部材の三者間で、良好な接合を得ることができる。 Due to the above phenomenon, in the joining method according to the present invention, good joining can be obtained between the aluminum portion, the alloy member, and the ceramic member.

一方、接合材が(ii)〜(iv)を含む場合も、同様に考えられる。 On the other hand, the case where the bonding material contains (ii) to (iv) is also considered in the same manner.

ただし、接合材が(ii)または(iii)を含む場合、接合材中に含まれるケイ素(Si)および酸素(O)により、接合材を不活性雰囲気下で加熱すると、ケイ素と酸素を含む化合物が生成される。そして、この化合物が金属部材と反応する結果、アルミニウム部材と合金部材の間、および合金部材とセラミックス部材との間に、接合層として、アルミノシリケート系化合物が形成される。 However, when the bonding material contains (ii) or (iii), when the bonding material is heated in an inert atmosphere by the silicon (Si) and oxygen (O) contained in the bonding material, a compound containing silicon and oxygen. Is generated. Then, as a result of this compound reacting with the metal member, an aluminosilicate-based compound is formed as a bonding layer between the aluminum member and the alloy member and between the alloy member and the ceramic member.

アルミノシリケート系化合物は、一般式がAlSiで表され、ここで、0<x<3、0<y<51、0<z<104である。アルミノシリケート系化合物は、アルミナとシリカの混合物であっても良い。Aluminosilicate-based compound, general formula is represented by Al x Si y O z, where a 0 <x <3,0 <y < 51,0 <z <104. The aluminosilicate compound may be a mixture of alumina and silica.

なお、本願で使用されるセラミックス部材は、ケイ素と酸素を含む化合物に対しても親和性を有する。 The ceramic member used in the present application also has an affinity for compounds containing silicon and oxygen.

このため、接合材が(ii)または(iii)を含む場合も、接合層の存在により、セラミックス部材は、接合層と強固に密着される。従って、この場合も、アルミニウム部分、合金部材、およびセラミックス部材の三者間で、良好な接合を得ることができる。 Therefore, even when the bonding material contains (iii) or (iii), the ceramic member is firmly adhered to the bonding layer due to the presence of the bonding layer. Therefore, in this case as well, good bonding can be obtained between the aluminum portion, the alloy member, and the ceramic member.

なお、上記記載では、合金部材がケイ素とアルミニウムとをともに含有する材料で構成される場合を例に、本発明の一実施形態の特徴について説明した。しかしながら、これは単なる一例であって、合金部材は、アルミニウムを含み、ケイ素を含まない材料で構成されても良い。 In the above description, the features of one embodiment of the present invention have been described by taking as an example the case where the alloy member is composed of a material containing both silicon and aluminum. However, this is only an example, and the alloy member may be composed of a material containing aluminum and not silicon.

(本発明の一実施形態による接合体の製造方法)
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
(Method for manufacturing a bonded body according to an embodiment of the present invention)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明の一実施形態による、アルミニウム部材とセラミックス部材を含む接合体の製造方法(以下、「第1の製造方法」と称する)のフローを模式的に示す。 FIG. 1 schematically shows a flow of a method for manufacturing a bonded body including an aluminum member and a ceramic member (hereinafter, referred to as “first manufacturing method”) according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、第1の製造方法は、
(a)アルミニウム部材、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、ならびにケイ素およびアルミニウムを含む合金部材を準備するステップ(ステップS110)と、
(b)前記アルミニウム部材の被接合面および前記合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材を設置するとともに、前記セラミックス部材の被接合面および前記合金部材の第2の表面の少なくとも一方に、第2の接合材を設置するステップ(ステップS120)と、
(c)前記アルミニウム部材、前記合金部材、および前記セラミックス部材を、この順に積層し、組立体を構成するステップ(ステップS130)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、400℃〜800℃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. 1, the first manufacturing method is
(A) A step (step S110) of preparing an aluminum member, a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and an alloy member containing silicon and aluminum.
(B) The first bonding material is installed on at least one of the bonded surface of the aluminum member and the first surface of the alloy member, and the bonded surface of the ceramic member and the second surface of the alloy member. Step (step S120) of installing the second bonding material on at least one of the above.
(C) A step (step S130) of laminating the aluminum member, the alloy member, and the ceramic member in this order to form an assembly.
(D) A step of heating the assembly at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. under 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。 Each step will be described in detail below.

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

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。 The shape of the aluminum member is not particularly limited, and the aluminum member may have the shape of a block, a plate, a rod, a foil, a disk, or the like.

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80wt%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" refers to a member substantially made of aluminum metal, a member containing 50 wt% or more of aluminum metal by weight, and a member substantially made of aluminum alloy. And a member containing an aluminum alloy having a weight ratio of 80 wt% or more is included.

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, and may be, for example, silumin containing about 12 wt% of silicon.

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80wt%以上の窒化ケイ素を含む高純度窒化ケイ素が挙げられる。 For example, examples of alumina include 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 of aluminum nitride by weight. Examples of the silicon nitride include high-purity silicon nitride containing 80 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。 Although the crystal form of the ceramics is not particularly limited, α-alumina can be preferably used as the 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 the shape of a block, a plate, a rod, a disk, or the like.

一方、合金部材は、ケイ素およびアルミニウムを含む合金材料から選定される。ケイ素の重量比は、0.3〜99%であっても良い。また、アルミニウムの重量比は、1%〜99%の範囲であっても良い。 On the other hand, the alloy member is selected from alloy materials containing silicon and aluminum. The weight ratio of silicon may be 0.3 to 99%. Further, the weight ratio of aluminum may be in the range of 1% to 99%.

ケイ素は、熱膨張係数が小さいため、合金部材にケイ素を加えることにより、合金部材の熱膨張係数を低減することができる。また、接合工程中にアルミニウムが溶融後凝固する際に、ケイ素は凝固膨張する。従って、合金部材にアルミニウムおよびケイ素を加えることにより、接合工程中に生じ得る合金部材の体積変化を緩和することができる。 Since silicon has a small coefficient of thermal expansion, the coefficient of thermal expansion of the alloy member can be reduced by adding silicon to the alloy member. Further, when aluminum melts and then solidifies during the joining process, silicon solidifies and expands. Therefore, by adding aluminum and silicon to the alloy member, it is possible to mitigate the volume change of the alloy member that may occur during the joining process.

合金部材の組成は、準備されたアルミニウム部材よりも小さな熱膨張係数を有し、かつセラミックス部材よりも大きな熱膨張係数を有する限り、特に限られない。 The composition of the alloy member is not particularly limited as long as it has a coefficient of thermal expansion smaller than that of the prepared aluminum member and a coefficient of thermal expansion larger than that of the ceramic member.

合金部材は、例えば、アルミニウム(Al)を主体としてケイ素(Si)を含む合金(Al−Si合金)、Alを主体としてSiおよびマグネシウム(Mg)を含む合金(Al−Si−Mg合金)、またはSiを主体としてAlを含む合金(Si−Al合金)等であっても良い。ここで、「元素Aを主体とする」とは、元素Aを50重量%以上含むことを意味する。 The alloy member is, for example, an alloy containing aluminum (Al) as a main component and silicon (Si) (Al—Si alloy), an alloy mainly composed of Al containing Si and magnesium (Mg) (Al—Si—Mg alloy), or an alloy member. It may be an alloy containing Si as a main component and Al (Si—Al alloy) or the like. Here, "mainly composed of element A" means that element A is contained in an amount of 50% by weight or more.

合金部材がAl−Si合金またはAl−Si−Mg合金の場合、Alの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Siの重量比は、0.3%〜50%の範囲であっても良い。また、Mgの重量比は、0.1%〜5.0%の範囲であっても良い。 When the alloy member is an Al—Si alloy or an Al—Si—Mg alloy, the weight ratio of Al may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Si may be in the range of 0.3% to 50%. Further, the weight ratio of Mg may be in the range of 0.1% to 5.0%.

一方、合金部材がSi−Al合金の場合、Siの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Alの重量比は、1%〜50%の範囲であっても良い。 On the other hand, when the alloy member is a Si—Al alloy, the weight ratio of Si may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Al may be in the range of 1% to 50%.

前述のアルミニウム部材がシルミン(Al−12%Si合金)ではない場合、合金部材は、シルミンであっても良い。 When the above-mentioned aluminum member is not silumin (Al-12% Si alloy), the alloy member may be silumin.

さらに、合金部材は、追加元素として、Cu、Ni、Mn、Fe、Znを含んでも良い。Cuの重量比は0〜6.0wt%の範囲、Niの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Mnの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Feの重量比は0〜1.3wt%の範囲、Znの重量比は0〜1.5wt%の範囲であっても良い。 Further, the alloy member may contain Cu, Ni, Mn, Fe and Zn as additional elements. The weight ratio of Cu is in the range of 0 to 6.0 wt%, the weight ratio of Ni is in the range of 0 to 1.5 wt%, the weight ratio of Mn is in the range of 0 to 1.5 wt%, and the weight ratio of Fe is 0 to 1. The range of .3 wt% and the weight ratio of Zn may be in the range of 0 to 1.5 wt%.

また、合金部材は、内部に該合金部材よりも熱膨張係数が小さい粒子を含有しても良い。 Further, the alloy member may contain particles having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the alloy member.

そのような粒子は、金属粒子、合金粒子、およびセラミックス粒子の少なくとも一つを含んでも良い。 Such particles may include at least one of metal particles, alloy particles, and ceramic particles.

金属粒子としては、例えば、ケイ素、モリブデン、およびタングステン等が挙げられる。また、セラミックス粒子としては、例えば、アルミナ(Al)、窒化ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、およびダイヤモンド等が挙げられる。Examples of the metal particles include silicon, molybdenum, and tungsten. Examples of the ceramic particles include alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), and diamond.

そのような粒子を含む合金部材を使用した場合、合金部材の熱膨張係数を所望の範囲にに微調整することが可能となる。 When an alloy member containing such particles is used, the coefficient of thermal expansion of the alloy member can be finely adjusted within a desired range.

合金部材の形態は、対向する2表面(それぞれ、「第1の表面」および「第2の表面」と称する)を有する形態である限り、特に限られない。例えば、合金部材は、板状であっても、ブロック状であっても良い。 The form of the alloy member is not particularly limited as long as it has two opposing surfaces (referred to as "first surface" and "second surface", respectively). For example, the alloy member may be plate-shaped or block-shaped.

(ステップS120)
次に、アルミニウム部材の被接合面と合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材が設置される。また、セラミックス部材の被接合面と合金部材の第2の表面の少なくとも一方に、第2の接合材が設置される。
(Step S120)
Next, the first bonding material is installed on at least one of the surface to be bonded of the aluminum member and the first surface of the alloy member. Further, the second bonding material is installed on at least one of the surface to be bonded of the ceramic member and the second surface of the alloy member.

第1の接合材と、第2の接合材は、同じものであっても、異なるものであっても良い。 The first joining material and the second joining material may be the same or different.

ここで、第1および第2の接合材(以下、単に「接合材」ともいう)は、それぞれ、炭素(C)およびケイ素(Si)を含むものから選定される。 Here, the first and second bonding materials (hereinafter, also simply referred to as “bonding materials”) are selected from those containing carbon (C) and silicon (Si), respectively.

接合材は、以下の(i)〜(iv)の少なくとも一つを含んでも良い:
(i)主鎖がSi−C−Si基およびSi−N−Si基の少なくとも一つを有する有機ケイ素系ポリマー、
(ii)主鎖がSi−O−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
(iii)炭素粉末含有シリカゾル、ならびに
(iv)主鎖がSi−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー。
The bonding material may contain at least one of the following (i) to (iv):
(I) An organosilicon polymer having a main chain having at least one Si—C—Si group and a Si—N—Si group.
(Ii) An organosilicon polymer having a Si—O—Si group in the main chain,
(Iii) A carbon powder-containing silica sol, and (iv) an organosilicon polymer having a Si—Si group in the main chain.

(i)の有機ケイ素系ポリマーのうち、主鎖がSi−C−Si基を有するもの(以下、「Si−C−Si系ポリマー」と称する)の化学式の一例を、以下の式(1)に示す: An example of the chemical formula of the organosilicon polymer of (i) having a Si—C—Si group in the main chain (hereinafter referred to as “Si—C—Si polymer”) is shown in the following formula (1). Shown in:

Figure 0006851033
Figure 0006851033

ここで、pとqの和は500〜5000の範囲である。また、R、R、R、およびRは、それぞれ、独立にH、CH、C、C、およびOMCH(C2m+1のいずれかである。R、R、R、およびRは、少なくとも2つが同一であっても良い。なお、mは1以上の整数を表し、MはTi、Zr、および/またはCrの1種類以上を表す。Here, the sum of p and q is in the range of 500 to 5000. Further, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are independently one of H, CH 3 , C 2 H 3 , C 6 H 5 , and OMCH 3 (C m H 2m + 1 ) 2 , respectively. .. At least two of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 may be the same. In addition, m represents an integer of 1 or more, and M represents one or more kinds of Ti, Zr, and / or Cr.

式(1)に示した化学構造を有する第1の有機ケイ素系ポリマーには、例えば、以下の式(2)で表されるポリカルボシラン、および式(3)で表されるポリチタノカルボシラン等が含まれる。 Examples of the first organosilicon polymer having the chemical structure represented by the formula (1) include polycarbosilane represented by the following formula (2) and polytitanocarbo represented by the formula (3). Silane and the like are included.

Figure 0006851033
Figure 0006851033

Figure 0006851033
Figure 0006851033

また、前述の(i)の有機ケイ素系ポリマーのうち、主鎖がSi−N−Si基を有するもの(以下、「Si−N−Si系ポリマー」と称する)の化学式の一例を、以下の式(4)に示す: Further, an example of the chemical formula of the above-mentioned organosilicon polymer (i) having a main chain having a Si—N—Si group (hereinafter referred to as “Si—N—Si polymer”) is as follows. Shown in equation (4):

Figure 0006851033
Figure 0006851033

ここで、pとqの和は1〜5000の範囲である。また、R、R、R、およびRは、それぞれ、独立にH、CH、C、およびCのいずれかである。R、R、R、およびRは、少なくとも2つが同一であっても良い。Here, the sum of p and q is in the range of 1 to 5000. Further, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are independently one of H, CH 3 , C 2 H 3 , and C 6 H 5 , respectively. At least two of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 may be the same.

式(4)に示した化学構造を有するSi−N−Si系ポリマーには、例えば、以下の式(5)で表されるポリメチルジシラザン(PMDS)、および式(6)で表されるポリジメチルメチルシラザン(PDMMS)等が含まれる。 The Si—N—Si based polymer having the chemical structure represented by the formula (4) is represented by, for example, polymethyldisilazane (PMDS) represented by the following formula (5) and the formula (6). Polydimethylmethylsilazane (PDMMS) and the like are included.

Figure 0006851033
Figure 0006851033

Figure 0006851033
Figure 0006851033

また、Si−C−Si系ポリマーは、以下の化学構造式を有しても良い。 Further, the Si—C—Si based polymer may have the following chemical structural formula.

Figure 0006851033
Figure 0006851033

式(7)において、pとqの和は1〜5000の範囲である。また、R、R、R、およびRは、それぞれ、独立にH、CH、C、およびCのいずれかである。R、R、R、およびRは、少なくとも2つが同一であっても良い。In formula (7), the sum of p and q is in the range of 1 to 5000. Further, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are independently one of H, CH 3 , C 2 H 3 , and C 6 H 5 , respectively. At least two of R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 may be the same.

ここで、式(7)に示したSi−C−Si系ポリマーは、主鎖の一部に、Si−N−Si基を有する。従って、このポリマーは、Si−C−Si系ポリマーと称することもできる。 Here, the Si—C—Si based polymer represented by the formula (7) has a Si—N—Si group in a part of the main chain. Therefore, this polymer can also be referred to as a Si—C—Si based polymer.

この他、前述の(i)の有機ケイ素系ポリマーには、これに限られるものではないが、例えば、ポリカルボシラザン、アリルハイドライドポリカルボシラン、ポリシルメチレン、ポリシラザン、ポリヒドロポリシラザン、およびポリオルガノシラザン等が含まれる。 In addition, the above-mentioned organosilicon polymer (i) is not limited to, for example, polycarbosilazan, allylhydride polycarbosilane, polysilmethylene, polysilazane, polyhydropolysilazane, and polyorgano. Includes silazane and the like.

一方、(ii)の有機ケイ素系ポリマーとしては、シロキサン系ポリマー(以下、「Si−O−Si系ポリマー」と称する)が挙げられる。 On the other hand, as the organosilicon polymer of (ii), a siloxane-based polymer (hereinafter, referred to as “Si—O—Si-based polymer”) can be mentioned.

例えば、Si−O−Si系ポリマーには、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)およびポリメチルフェニルシロキサン(PMPhS)が含まれる。 For example, Si—O—Si based polymers include siloxane-based polymers having a linear Si—O—Si group as the main chain, such as polymethylhydrosiloxane (PMHS) and polymethylphenylsiloxane (PMPHS). ..

あるいは、Si−O−Si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)およびポリフェニルシロキサン(PPSQ)であっても良い。 Alternatively, the Si—O—Si based polymer is, for example, a silsesquioxane polymer having a three-dimensional structure having a Si—O—Si group as a main skeleton, for example, polymethylsilsesquioxane (PMSQ) and polyphenylsiloxane. It may be (PPSQ).

以下の式(8)には、PMPhSの化学構造式を示す。また、以下の式(9)には、PMSQの化学構造式を示す。 The following formula (8) shows the chemical structural formula of PMPhS. Further, the following formula (9) shows the chemical structural formula of PMSQ.

Figure 0006851033
Figure 0006851033

Figure 0006851033

一方、前述の(iv)の有機ケイ素系ポリマーは、以下の化学構造式を有しても良い。
Figure 0006851033

On the other hand, the above-mentioned organosilicon polymer (iv) may have the following chemical structural formula.

Figure 0006851033

ここで、RおよびRは、それぞれ独立に、水素、CH、またはCなどである。また、nは、10〜1000の間の任意の整数である。
Figure 0006851033

Here, R 1 and R 2 are independently hydrogen, CH 3 , C 6 H 5 , and the like. Also, n is any integer between 10 and 1000.

(iv)の有機ケイ素系ポリマーには、これに限られるものではないが、例えば、ポリヒドロシラン、ポリメチルシラン、およびポリフェニルシラン等が含まれる。 The organosilicon polymer of (iv) includes, but is not limited to, polyhydrosilane, polymethylsilane, polyphenylsilane, and the like.

なお、接合材は、前述の(i)〜(iv)のうちの2つ、あるいは全部を含んでも良い。 The bonding material may include two or all of the above-mentioned (i) to (iv).

このような接合材の設置方法は、特に限られない。 The method of installing such a bonding material is not particularly limited.

接合材は、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100rpm以上のスピンコーター法による塗布が望ましい。 The joining material may be installed on the joining 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 as evenly as possible, it is desirable to apply it by a dipping method having a pulling speed of 1 mm / sec or less or a spin coater method having a rotation speed of 100 rpm or more.

なお、接合材の厚みによって、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の種類と厚みを調整することが好ましい。 The thickness of the finally obtained bonding layer changes depending on the thickness of the bonding material. Therefore, it is preferable to adjust the type and thickness of the bonding material according to the purpose.

また、前述の(i)および(ii)に示したような有機ケイ素系ポリマーは、比較的粘性が高い。このため、これらをディッピング法により塗布する際は、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, the organosilicon-based polymer as shown in the above-mentioned (i) and (ii) has a relatively high viscosity. Therefore, when these are applied by the dipping method, it is preferable to dilute them with a solvent and adjust the viscosity appropriately. In this case, from the viewpoint of compatibility, it is preferable to use an aromatic organic solvent such as benzene or toluene. The solvent concentration may be in the range of 0.001 mol / L to 1 mol / L.

アルミニウム部材および/またはセラミックス部材の被接合面に設置される接合材の量が少なすぎると、接合材が被接合面全体に均一に広がらず、アルミニウム部材の被接合面において、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 surface to be bonded of the aluminum member and / or the ceramic member is too small, the bonding material does not spread uniformly over the entire surface to be bonded, and the oxide layer is sufficiently provided on the surface to be bonded of the aluminum member. There is a risk that it cannot be returned. Therefore, the thickness of the bonding material is preferably 0.1 μm (after solvent volatilization) or more. On the other hand, even if the bonding material is too thick, bonding 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 shrinkage of the bonding material portion due to ceramicization. Therefore, the thickness of the bonding material is preferably 1 mm (after solvent volatilization) or less.

また、接合材の設置量が過剰な場合、接合材中に含まれるケイ素がアルミニウム部材によって還元されるため、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。従って、接合材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。 Further, when the amount of the bonding material installed is excessive, the silicon contained in the bonding material is reduced by the aluminum member, so that metallic silicon is likely to be deposited near the interface between the bonding layer and the aluminum member. Therefore, the silicon content in the bonding material is preferably selected in the range of 10 wt% to 45 wt%.

(ステップS130)
次に、アルミニウム部材、合金部材、およびセラミックス部材が、この順に積層され、組立体が構成される。
(Step S130)
Next, the aluminum member, the alloy member, and the ceramic member are laminated in this order to form an assembly.

ここで、合金部材は、第1の表面の側がアルミニウム部材の被接合面と対面し、第2の表面がセラミックス部材の被接合面と対面するように配置される。 Here, the alloy member is arranged so that the side of the first surface faces the surface to be joined of the aluminum member and the second surface faces the surface to be joined of the ceramic member.

組立体において、アルミニウム部材、合金部材、およびセラミックス部材は、実質的に無加圧状態で相互に積層されても良い(ただし、自重による荷重は印加される)。あるいは、アルミニウム部材とセラミックス部材の間に、ある程度の荷重を加えても良い。 In the assembly, the aluminum member, the alloy member, and the ceramic member may be laminated on each other in a substantially non-pressurized state (however, a load due to their own weight is applied). Alternatively, a certain load may be applied between the aluminum member and the ceramic member.

(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、アルミニウム部材、合金部材、およびセラミックス部材が、接合層を介して相互に接合された接合体が製造される。
(Step S140)
The assembly is then heat treated for joining. As a result, a bonded body in which the aluminum member, the alloy member, and the ceramic member are bonded to each other via the bonding 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、アルミニウム部材等の表面の酸化物が十分に還元せず、アルミニウム部材と合金部材との間、および合金部材とセラミックス部材との間で、良好な接合を得ることが難しくなる。 The heat treatment is performed in an atmosphere that is substantially free of oxygen, such as an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere. When the heat treatment is carried out in an environment containing oxygen such as an atmospheric atmosphere, the oxide on the surface of the aluminum member or the like is not sufficiently reduced, and between the aluminum member and the alloy member and between the alloy member and the ceramic member. Therefore, it becomes difficult to obtain a good bond.

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, for example, an atmosphere such as argon, helium, and / or nitrogen. The degree of vacuum in a vacuum atmosphere is, for example, −0.08 MPa or less when the atmospheric pressure is 0 MPa.

熱処理の温度は、400℃以上であり、450℃以上であることが好ましい。なお、熱処理の温度は、例えば、800℃以下であることが好ましい。特に、熱処理の温度は、540℃〜660℃の範囲であることが好ましい。 The temperature of the heat treatment is 400 ° C. or higher, preferably 450 ° C. or higher. The temperature of the heat treatment is preferably 800 ° C. or lower, for example. In particular, the heat treatment temperature is preferably in the range of 540 ° C to 660 ° C.

組立体を熱処理することにより、第1および第2の接合材が変化する。その結果、アルミニウム部材と合金部材との間に、第1の接合層が形成され、合金部材とセラミックス部材との間に、第2の接合層が形成される。 Heat treatment of the assembly changes the first and second joints. As a result, a first bonding layer is formed between the aluminum member and the alloy member, and a second bonding layer is formed between the alloy member and the ceramic member.

なお、組立体を熱処理中に、第1の接合材および/または第2の接合材は、溶融しても良い。この場合、第1の接合層は、第1の接合材が溶融した後凝固した層となり、第2の接合層は、第2の接合材が溶融した後凝固した層となる。 The first bonding material and / or the second bonding material may be melted during the heat treatment of the assembly. In this case, the first bonding layer is a layer that is solidified after the first bonding material is melted, and the second bonding layer is a layer that is solidified after the second bonding material is melted.

前述のように、第1および第2の接合層(以下、単に「接合層」という)の組成は、接合材の種類によって変化する。 As described above, the composition of the first and second bonding layers (hereinafter, simply referred to as “bonding layer”) varies depending on the type of bonding material.

例えば、接合材として、前述の(i)および(iv)を含むものを使用した場合、炭化ケイ素系化合物を含む接合層が得られる。炭化ケイ素系化合物は、アモルファス相であっても良い。 For example, when a bonding material containing the above-mentioned (i) and (iv) is used, a bonding layer containing a silicon carbide-based compound can be obtained. The silicon carbide-based compound may have an amorphous phase.

前述のように、炭化ケイ素系化合物は、例えば、SiC、SiOC、SiCN、SiOCN、AlSiC、AlSiOC、AlSiCN、および/またはAlSiOCN等を含んでも良い。なお、接合層に含まれる炭化ケイ素系化合物は、使用される接合材の種類、およびセラミックス部材の材質等によっても変化する。 As described above, the silicon carbide-based compound may include, for example, SiC, SiOC, SiCN, SiOCN, AlSiC, AlSiOC, AlSiCN, and / or AlSiOCN and the like. The silicon carbide compound contained in the bonding layer also changes depending on the type of bonding material used, the material of the ceramic member, and the like.

接合層中には、炭化ケイ素系化合物の他に、少量の他の物質、例えば、炭素塊、金属シリコン塊、および/またはアルミノシリケート等が含まれる場合がある。 In addition to the silicon carbide compound, the bonding layer may contain a small amount of other substances such as carbon lumps, metallic silicon lumps, and / or aluminosilicates.

一方、接合材として、前述の(ii)または(iii)を含むものを使用した場合、アルミノシリケート系化合物を含む接合層が得られる。 On the other hand, when a material containing the above-mentioned (ii) or (iii) is used as the bonding material, a bonding layer containing an aluminosilicate-based compound can be obtained.

前述のように、アルミノシリケート系化合物は、一般式がAlSiで表され、ここで、0<x<3、0<y<51、0<z<104である。アルミノシリケート系化合物は、アルミナとシリカの混合物であっても良い。As described above, aluminosilicate compounds have the general formula is represented by Al x Si y O z, where a 0 <x <3,0 <y < 51,0 <z <104. The aluminosilicate compound may be a mixture of alumina and silica.

この場合も、接合層中には、アルミノシリケート系化合物の他に、少量の他の物質、例えば、炭素塊、および金属シリコン塊等が含まれる場合がある。 In this case as well, the bonding layer may contain a small amount of other substances such as carbon lumps and metallic silicon lumps in addition to the aluminosilicate-based compound.

以上の工程により、アルミニウム部材、合金部材、およびセラミックス部材を有する接合体が製造される。 Through the above steps, a joint having an aluminum member, an alloy member, and a ceramic member is manufactured.

第1の製造方法では、アルミニウム部材とセラミックス部材の間に、両者の間の熱膨張係数を有する合金部材が設置される。従って、製造された接合体に熱応力が加わっても、合金部材が応力緩和層として機能し、接合体の破損を有意に抑制することができる。 In the first manufacturing method, an alloy member having a coefficient of thermal expansion between the aluminum member and the ceramic member is installed between the aluminum member and the ceramic member. Therefore, even if thermal stress is applied to the manufactured joint body, the alloy member functions as a stress relaxation layer, and damage to the joint body can be significantly suppressed.

また、第1の製造方法では、接合処理の際に、アルミニウム部材と合金部材、および合金部材とセラミックス部材の間に、前述の種類の接合材が設置される。これらの接合材の存在により、接合処理後には、アルミニウム部材と合金部材、および合金部材とセラミックス部材が適正に接合される。 Further, in the first manufacturing method, the above-mentioned type of joining material is installed between the aluminum member and the alloy member, and between the alloy member and the ceramic member during the joining process. Due to the presence of these joining materials, the aluminum member and the alloy member, and the alloy member and the ceramic member are properly joined after the joining treatment.

従って、第1の製造方法では、アルミニウム部材とセラミックス部材とを適正に接合することができる上、得られた接合体の耐熱応力特性を向上させることができる。 Therefore, in the first manufacturing method, the aluminum member and the ceramic member can be properly joined, and the heat-resistant stress characteristics of the obtained joined body can be improved.

(本発明の一実施形態による別の接合体の製造方法)
次に、本発明の一実施形態による、別の接合体の製造方法について説明する。
(Method for manufacturing another bonded body according to one embodiment of the present invention)
Next, another method for producing a bonded body according to an embodiment of the present invention will be described.

図2には、本発明の一実施形態による、アルミニウム部材およびセラミックス部材を有する接合体の製造方法(以下、「第2の製造方法」と称する)のフローを模式的に示す。 FIG. 2 schematically shows a flow of a method for manufacturing a bonded body having an aluminum member and a ceramic member (hereinafter, referred to as a “second manufacturing method”) according to an embodiment of the present invention.

図2に示すように、第2の製造方法は、
(a)アルミニウム部材、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、ケイ素およびアルミニウムを含む第1の合金部材、ならびにケイ素およびアルミニウムを含む第2の合金部材を準備するステップ(ステップS210)と、
(b)前記アルミニウム部材の被接合面および前記第1の合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材を設置し、前記セラミックス部材の被接合面および前記第2の合金部材の第4の表面の少なくとも一方に、第2の接合材を設置し、前記第1の合金部材の第2の表面および前記第2の合金部材の第3の表面の少なくとも一方に、第3の接合材を設置する、ステップ(ステップS220)と、
(c)前記アルミニウム部材、前記第1の合金部材、前記第2の合金部材、および前記セラミックス部材を、この順に積層し、組立体を構成するステップ(ステップS230)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、400℃〜800℃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. 2, the second manufacturing method is
(A) A step (step S210) of preparing an aluminum member, a ceramic member containing aluminum and / or silicon, a first alloy member containing silicon and aluminum, and a second alloy member containing silicon and aluminum.
(B) A first bonding material is installed on at least one of the bonded surface of the aluminum member and the first surface of the first alloy member, and the bonded surface of the ceramic member and the second alloy member. A second bonding material is installed on at least one of the fourth surfaces of the first alloy member, and a third surface is provided on at least one of the second surface of the first alloy member and the third surface of the second alloy member. Step (step S220) to install the joint material,
(C) A step (step S230) of laminating the aluminum member, the first alloy member, the second alloy member, and the ceramic member in this order to form an assembly.
(D) A step of heating the assembly at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere (step S240).
Have.

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

(ステップS210)
まず、アルミニウム部材、セラミックス部材、ならびに第1および第2の合金部材が準備される。
(Step S210)
First, an aluminum member, a ceramic member, and first and second alloy members are prepared.

ここで、アルミニウム部材、セラミックス部材、および第1の合金部材については、前述の第1の製造方法のステップS110における、それぞれの記載が参照できる。そのため、ここでは、詳細な記載は省略する。 Here, with respect to the aluminum member, the ceramic member, and the first alloy member, the description of each in step S110 of the first manufacturing method described above can be referred to. Therefore, detailed description is omitted here.

一方、第2の合金部材は、ケイ素およびアルミニウムを含む合金材料から選定される。ケイ素の重量比は、0.3〜99%であっても良い。また、アルミニウムの重量比は、1%〜99%の範囲であっても良い。 On the other hand, the second alloy member is selected from alloy materials containing silicon and aluminum. The weight ratio of silicon may be 0.3 to 99%. Further, the weight ratio of aluminum may be in the range of 1% to 99%.

第2の合金部材の組成は、第1の合金部材よりも小さな熱膨張係数を有し、かつセラミックス部材よりも大きな熱膨張係数を有する限り、特に限られない。 The composition of the second alloy member is not particularly limited as long as it has a coefficient of thermal expansion smaller than that of the first alloy member and a coefficient of thermal expansion larger than that of the ceramic member.

第2の合金部材は、例えば、アルミニウム(Al)を主体としてケイ素(Si)を含む合金(Al−Si合金)、Alを主体としてSiおよびマグネシウム(Mg)を含む合金(Al−Si−Mg合金)、またはSiを主体としてAlを含む合金(Si−Al合金)等であっても良い。 The second alloy member is, for example, an alloy containing aluminum (Al) as a main component and silicon (Si) (Al-Si alloy), and an alloy containing Al as a main component and containing Si and magnesium (Mg) (Al-Si-Mg alloy). ), Or an alloy containing Si as a main component and Al (Si—Al alloy) or the like.

第2の合金部材がAl−Si合金またはAl−Si−Mg合金の場合、Alの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Siの重量比は、0.3%〜50%の範囲であっても良い。また、Mgの重量比は、0.1%〜5.6%の範囲であっても良い。 When the second alloy member is an Al—Si alloy or an Al—Si—Mg alloy, the weight ratio of Al may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Si may be in the range of 0.3% to 50%. Further, the weight ratio of Mg may be in the range of 0.1% to 5.6%.

一方、第2の合金部材がSi−Al合金の場合、Siの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Alの重量比は、1%〜50%の範囲であっても良い。 On the other hand, when the second alloy member is a Si—Al alloy, the weight ratio of Si may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Al may be in the range of 1% to 50%.

さらに、第2の合金部材は、追加元素として、Cu、Ni、Mn、Fe、Znを含んでも良い。Cuの重量比は0〜6.0wt%の範囲、Niの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Mnの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Feの重量比は0〜1.3wt%の範囲、Znの重量比は0〜1.5wt%の範囲であっても良い。 Further, the second alloy member may contain Cu, Ni, Mn, Fe and Zn as additional elements. The weight ratio of Cu is in the range of 0 to 6.0 wt%, the weight ratio of Ni is in the range of 0 to 1.5 wt%, the weight ratio of Mn is in the range of 0 to 1.5 wt%, and the weight ratio of Fe is 0 to 1. The range of .3 wt% and the weight ratio of Zn may be in the range of 0 to 1.5 wt%.

第2の合金部材の形態は、対向する2表面(それぞれ、「第3の表面」および「第4の表面」と称する)を有する形態である限り、特に限られない。例えば、第2の合金部材は、板状であっても、ブロック状であっても良い。 The form of the second alloy member is not particularly limited as long as it has two opposing surfaces (referred to as "third surface" and "fourth surface", respectively). For example, the second alloy member may be plate-shaped or block-shaped.

(ステップS220)
次に、アルミニウム部材の被接合面と第1の合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材が設置される。また、セラミックス部材の被接合面と第2の合金部材の第4の表面の少なくとも一方に、第2の接合材が設置される。さらに、第1の合金部材の第2の表面と第2の合金部材の第3の表面の少なくとも一方に、第3の接合材が設置される。
(Step S220)
Next, the first bonding material is installed on at least one of the surface to be bonded of the aluminum member and the first surface of the first alloy member. Further, the second bonding material is installed on at least one of the surface to be bonded of the ceramic member and the fourth surface of the second alloy member. Further, a third bonding material is installed on at least one of the second surface of the first alloy member and the third surface of the second alloy member.

第1の接合材、第2の接合材、および第3の接合材のうち、少なくとも2つは、同じものであっても良い。また、第1の接合材、第2の接合材、および第3の接合材の全てが、同じものであっても良い。 At least two of the first joining material, the second joining material, and the third joining material may be the same. Further, the first joining material, the second joining material, and the third joining material may all be the same.

第1〜第3の接合材(以下、単に「接合材」ともいう)は、それぞれ、炭素(C)およびケイ素(Si)を含むものから選定される。 The first to third bonding materials (hereinafter, also simply referred to as “bonding materials”) are selected from those containing carbon (C) and silicon (Si), respectively.

接合材は、それぞれ、以下の(i)〜(iv)の少なくとも一つを含んでも良い:
(i)主鎖がSi−C−Si基およびSi−N−Si基の少なくとも一つを有する有機ケイ素系ポリマー、
(ii)主鎖がSi−O−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
(iii)炭素粉末含有シリカゾル、ならびに
(iv)主鎖がSi−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー。
Each of the bonding materials may contain at least one of the following (i) to (iv):
(I) An organosilicon polymer having a main chain having at least one Si—C—Si group and a Si—N—Si group.
(Ii) An organosilicon polymer having a Si—O—Si group in the main chain,
(Iii) A carbon powder-containing silica sol, and (iv) an organosilicon polymer having a Si—Si group in the main chain.

接合材は、例えば、(i)〜(iv)の2つ、または3つ全てを含んでも良い。なお、(i)〜(iv)の詳細については、前述の通りであり、ここではこれ以上説明しない。 The bonding material may include, for example, two or all three of (i) to (iv). The details of (i) to (iv) are as described above, and will not be described further here.

接合材は、例えば、前述のように、塗布法などにより設置しても良い。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。 The joining material may be installed, for example, by a coating method or the like as described above. Examples of the coating method include a dipping method, a spin coater method, and a spray method.

なお、接合材の厚みによって、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の種類と厚みを調整することが好ましい。 The thickness of the finally obtained bonding layer changes depending on the thickness of the bonding material. Therefore, it is preferable to adjust the type and thickness of the bonding material according to the purpose.

(ステップS230)
次に、アルミニウム部材、第1の合金部材、第2の合金部材、およびセラミックス部材が、この順に積層され、組立体が構成される。
(Step S230)
Next, the aluminum member, the first alloy member, the second alloy member, and the ceramic member are laminated in this order to form an assembly.

ここで、第1の合金部材は、第1の表面の側がアルミニウム部材の被接合面と対面し、第2の表面が第2の合金部材の第3の表面と対面するように配置される。また、第2の合金部材は、第4の表面の側がセラミックス部材の被接合面と対面するように配置される。 Here, the first alloy member is arranged so that the side of the first surface faces the surface to be joined of the aluminum member and the second surface faces the third surface of the second alloy member. Further, the second alloy member is arranged so that the side of the fourth surface faces the surface to be joined of the ceramic member.

組立体において、アルミニウム部材、第1の合金部材、第2の合金部材、およびセラミックス部材は、実質的に無加圧状態で相互に積層されても良い(ただし、自重による荷重は印加される)。あるいは、アルミニウム部材とセラミックス部材の間に、ある程度の荷重を加えても良い。 In the assembly, the aluminum member, the first alloy member, the second alloy member, and the ceramic member may be laminated on each other in a substantially non-pressurized state (however, a load due to their own weight is applied). .. Alternatively, a certain load may be applied between the aluminum member and the ceramic member.

(ステップS240)
次に、接合処理のため、組立体が熱処理される。これにより、アルミニウム部材、第1の合金部材、第2の合金部材、およびセラミックス部材が、接合層を介して相互に接合された接合体が製造される。
(Step S240)
The assembly is then heat treated for joining. As a result, a joined body in which the aluminum member, the first alloy member, the second alloy member, and the ceramic member are joined to each other via a joining layer is manufactured.

前述のように、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。 As described above, the heat treatment is carried out in an atmosphere in which there is substantially no oxygen, such as an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere.

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, for example, an atmosphere such as argon, helium, and / or nitrogen. The degree of vacuum in a vacuum atmosphere is, for example, −0.08 MPa or less when the atmospheric pressure is 0 MPa.

熱処理の温度は、400℃以上であり、450℃以上であることが好ましい。なお、熱処理の温度は、例えば、800℃以下であることが好ましい。熱処理の温度は、540℃〜660℃の範囲であることがより好ましい。 The temperature of the heat treatment is 400 ° C. or higher, preferably 450 ° C. or higher. The temperature of the heat treatment is preferably 800 ° C. or lower, for example. The heat treatment temperature is more preferably in the range of 540 ° C to 660 ° C.

組立体を熱処理することにより、第1〜第3の接合材が変化し、アルミニウム部材と第1の合金部材との間に、第1の接合層が形成され、第2の合金部材とセラミックス部材との間に、第2の接合層が形成される。また、第1の合金部材と第2の合金部材との間に、第3の接合層が形成される。 By heat-treating the assembly, the first to third bonding materials are changed, a first bonding layer is formed between the aluminum member and the first alloy member, and the second alloy member and the ceramic member are formed. A second bonding layer is formed between the and. Further, a third bonding layer is formed between the first alloy member and the second alloy member.

前述のように、第1〜第3の接合層(以下、単に「接合層」という)の組成は、接合材の種類によって変化する。 As described above, the composition of the first to third bonding layers (hereinafter, simply referred to as “bonding layer”) varies depending on the type of bonding material.

例えば、接合材として、前述の(i)および(iv)を含むものを使用した場合、炭化ケイ素系化合物を含む接合層が得られる。炭化ケイ素系化合物は、アモルファス相であっても良い。また、接合層中には、炭化ケイ素系化合物の他に、少量の他の物質、例えば、炭素塊、金属シリコン塊、および/またはアルミノシリケート等が含まれる場合がある。 For example, when a bonding material containing the above-mentioned (i) and (iv) is used, a bonding layer containing a silicon carbide-based compound can be obtained. The silicon carbide-based compound may have an amorphous phase. In addition to the silicon carbide compound, the bonding layer may contain a small amount of other substances such as carbon lumps, metallic silicon lumps, and / or aluminosilicates.

一方、接合材として、前述の(ii)または(iii)を含むものを使用した場合、アルミノシリケート系化合物を含む接合層が得られる。 On the other hand, when a material containing the above-mentioned (ii) or (iii) is used as the bonding material, a bonding layer containing an aluminosilicate-based compound can be obtained.

前述のように、アルミノシリケート系化合物は、一般式がAlSiで表され、ここで、0<x<3、0<y<51、0<z<104である。アルミノシリケート系化合物は、アルミナとシリカの混合物であっても良い。As described above, aluminosilicate compounds have the general formula is represented by Al x Si y O z, where a 0 <x <3,0 <y < 51,0 <z <104. The aluminosilicate compound may be a mixture of alumina and silica.

この場合も、接合層中には、アルミノシリケート系化合物の他に、少量の他の物質、例えば、炭素塊、および金属シリコン塊等が含まれる場合がある。 In this case as well, the bonding layer may contain a small amount of other substances such as carbon lumps and metallic silicon lumps in addition to the aluminosilicate-based compound.

以上の工程により、アルミニウム部材、第1の合金部材、第2の合金部材、およびセラミックス部材をこの順に有する接合体が製造される。 Through the above steps, a bonded body having an aluminum member, a first alloy member, a second alloy member, and a ceramic member in this order is manufactured.

このような第2の製造方法で製造される接合体は、アルミニウム部材とセラミックス部材との間に、第1および第2の合金部材を有し、アルミニウム部材からより近い位置にある第1の合金部材は、熱膨張係数がアルミニウム部材の熱膨張係数と第2の合金部材の熱膨張係数の間にある。また、セラミックス部材からより近い位置にある第2の合金部材は、熱膨張係数がセラミック部材の熱膨張係数と第1の合金部材の熱膨張係数の間にある。 The joint produced by such a second manufacturing method has first and second alloy members between the aluminum member and the ceramic member, and the first alloy is located closer to the aluminum member. The coefficient of thermal expansion of the member is between the coefficient of thermal expansion of the aluminum member and the coefficient of thermal expansion of the second alloy member. Further, in the second alloy member located closer to the ceramic member, the coefficient of thermal expansion is between the coefficient of thermal expansion of the ceramic member and the coefficient of thermal expansion of the first alloy member.

このため、本接合体は、前述の第1の製造方法で製造される接合体に比べて、熱応力に対する耐性をよりいっそう高めることができる。 Therefore, the present joint can further enhance the resistance to thermal stress as compared with the joint produced by the above-mentioned first manufacturing method.

(本発明の一実施形態による接合体のさらに別の製造方法)
次に、図2Aを参照して、本発明の一実施形態による接合体のさらに別の製造方法について説明する。
(Another method for producing a bonded body according to an embodiment of the present invention)
Next, with reference to FIG. 2A, another method for producing a bonded body according to the embodiment of the present invention will be described.

図2Aには、本発明の一実施形態による、アルミニウム部材とセラミックス部材を含む接合体のさらに別の製造方法(以下、「第3の製造方法」と称する)のフローを模式的に示す。 FIG. 2A schematically shows a flow of still another manufacturing method (hereinafter, referred to as “third manufacturing method”) of a bonded body including an aluminum member and a ceramic member according to an embodiment of the present invention.

図2Aに示すように、第3の製造方法は、
(a)アルミニウム部材、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、ならびにアルミニウムを含む合金部材を準備するステップ(ステップS310)と、
(b)前記アルミニウム部材の被接合面および前記合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材を設置するとともに、前記セラミックス部材の被接合面および前記合金部材の第2の表面の少なくとも一方に、第2の接合材を設置するステップ(ステップS320)と、
(c)前記アルミニウム部材、前記合金部材、および前記セラミックス部材を、この順に積層し、組立体を構成するステップ(ステップS330)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、400℃〜800℃の温度で加熱するステップ(ステップS340)と、
を有する。
As shown in FIG. 2A, the third manufacturing method is
(A) A step (step S310) of preparing an aluminum member, a ceramic member containing aluminum and / or silicon, and an alloy member containing aluminum.
(B) The first bonding material is installed on at least one of the bonded surface of the aluminum member and the first surface of the alloy member, and the bonded surface of the ceramic member and the second surface of the alloy member. Step (step S320) of installing the second bonding material on at least one of the above,
(C) A step (step S330) of laminating the aluminum member, the alloy member, and the ceramic member in this order to form an assembly.
(D) The step of heating the assembly at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere (step S340).
Have.

ここで、第3の製造方法において、各ステップS310〜ステップ340は、前述の第1の製造方法におけるステップS110〜ステップ140と実質的に等しい。ただし、この第3の製造方法では、合金部材として、アルミニウムを含む合金部材が使用される点で、
第1の製造方法とは異なっている。
Here, in the third manufacturing method, each step S310 to step 340 is substantially equal to steps S110 to step 140 in the first manufacturing method described above. However, in this third manufacturing method, an alloy member containing aluminum is used as the alloy member.
It is different from the first manufacturing method.

そこで、以下、第3の製造方法において使用される合金部材について、詳しく説明する。 Therefore, the alloy member used in the third manufacturing method will be described in detail below.

第3の製造方法において、合金部材は、アルミニウムを含む合金材料から選定される。アルミニウムの重量比は、1%〜99%の範囲であっても良い。 In the third manufacturing method, the alloy member is selected from alloy materials containing aluminum. The weight ratio of aluminum may be in the range of 1% to 99%.

合金部材は、例えば、Al−Zn合金、Al−Sn合金、Al−Mg−Sn合金、Al−Mg−Zn合金、Al−Si−Sn合金、またはAl−Sn−Zn合金のいずれかであっても良い。 The alloy member is, for example, either an Al-Zn alloy, an Al-Sn alloy, an Al-Mg-Sn alloy, an Al-Mg-Zn alloy, an Al-Si-Sn alloy, or an Al-Sn-Zn alloy. Is also good.

これらの合金部材の組成は、準備されたアルミニウム部材よりも小さな熱膨張係数を有し、かつセラミックス部材よりも大きな熱膨張係数を有する限り、特に限られない。 The composition of these alloy members is not particularly limited as long as they have a coefficient of thermal expansion smaller than that of the prepared aluminum member and a coefficient of thermal expansion larger than that of the ceramic member.

なお、前述のように、合金部材は、内部に該合金部材よりも熱膨張係数が小さい粒子を含有しても良い。 As described above, the alloy member may contain particles having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the alloy member.

そのような粒子は、金属粒子、合金粒子、およびセラミックス粒子の少なくとも一つを含んでも良い。 Such particles may include at least one of metal particles, alloy particles, and ceramic particles.

金属粒子としては、例えば、ケイ素、モリブデン、およびタングステン等が挙げられる。また、セラミックス粒子としては、例えば、アルミナ(Al)、窒化ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、およびダイヤモンド等が挙げられる。Examples of the metal particles include silicon, molybdenum, and tungsten. Examples of the ceramic particles include alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), and diamond.

また、合金部材の形態は、対向する2表面(それぞれ、「第1の表面」および「第2の表面」と称する)を有する形態である限り、特に限られない。例えば、合金部材は、板状であっても、ブロック状であっても良い。 The form of the alloy member is not particularly limited as long as it has two opposing surfaces (referred to as "first surface" and "second surface", respectively). For example, the alloy member may be plate-shaped or block-shaped.

第3の製造方法においても、アルミニウム部材とセラミックス部材とを適正に接合することができ、得られた接合体の耐熱応力特性を向上させることができる。 Also in the third manufacturing method, the aluminum member and the ceramic member can be properly joined, and the heat-resistant stress characteristics of the obtained joined body can be improved.

以上、第1〜第3の製造方法を例に、本発明の一実施例による接合体の製造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、他の工程と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。 As described above, the manufacturing method of the bonded body according to the embodiment of the present invention has been described by taking the first to third manufacturing methods as an example. However, the above description is merely an example, and it is clear to those skilled in the art that a part of the above-mentioned method may be modified or combined with other steps.

例えば、第2の製造方法では、アルミニウム部材とセラミックス部材との間に、2つの合金部材が配置される。しかしながら、別の態様として、アルミニウム部材とセラミックス部材との間に、3つ以上の合金部材が配置されても良い。この場合、合金部材は、アルミニウム部材からセラミックス部材に向かって、熱膨張係数が大きいものから順に配置される。 For example, in the second manufacturing method, two alloy members are arranged between the aluminum member and the ceramic member. However, as another aspect, three or more alloy members may be arranged between the aluminum member and the ceramic member. In this case, the alloy members are arranged in order from the aluminum member to the ceramic member in descending order of the coefficient of thermal expansion.

また、第2の製造方法では、第1および第2の合金部材として、ケイ素とアルミニウムの両方を含む合金材料が使用される。しかしながら、第1および第2の合金部材のうちの少なくとも一方は、第3の製造方法において使用されるような合金部材であっても良い。すなわち、第1および第2の合金部材のうちの少なくとも一方は、Al−Zn合金、Al−Sn合金、Al−Mg−Sn合金、Al−Mg−Zn合金、Al−Si−Sn合金、またはAl−Sn−Zn合金のいずれかであっても良い。 Further, in the second manufacturing method, an alloy material containing both silicon and aluminum is used as the first and second alloy members. However, at least one of the first and second alloy members may be an alloy member as used in the third manufacturing method. That is, at least one of the first and second alloy members is an Al—Zn alloy, an Al—Sn alloy, an Al—Mg—Sn alloy, an Al—Mg—Zn alloy, an Al—Si—Sn alloy, or Al. It may be any of −Sn—Zn alloys.

その他にも各種変更および組み合わせが可能であることは、当業者には明らかである。 It will be apparent to those skilled in the art that various other changes and combinations are possible.

(本発明の一実施形態による接合体)
次に、図3を参照して、本発明の一実施形態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, with reference to FIG. 3, a bonded body according to an embodiment of the present invention will be described.

図3には、本発明の一実施形態による接合体(以下、「第1の接合体」と称する)の概略的な断面図を示す。 FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a joint according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “first joint”).

図3に示すように、第1の接合体100は、アルミニウム部材110と、合金部材120と、セラミックス部材130とを有する。アルミニウム部材110と合金部材120の間には、第1の接合層140が設置され、合金部材120とセラミックス部材130の間には、第2の接合層150が設置される。 As shown in FIG. 3, the first joint body 100 has an aluminum member 110, an alloy member 120, and a ceramic member 130. A first bonding layer 140 is installed between the aluminum member 110 and the alloy member 120, and a second bonding layer 150 is installed between the alloy member 120 and the ceramic member 130.

アルミニウム部材110は、実質的にアルミニウム金属で構成された部材、重量比で50%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50%以上のアルミニウムを含む合金部材であっても良い。 The aluminum member 110 includes a member substantially made of aluminum metal, a member containing 50% or more of aluminum metal by weight, a member substantially made of aluminum alloy, and 50% or more of aluminum by weight. It may be an alloy member including.

アルミニウム部材110の形状は特に限られず、アルミニウム部材110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。 The shape of the aluminum member 110 is not particularly limited, and the aluminum member 110 may have the shape of a block, a plate, a rod, a foil, a disk, or the like.

合金部材120は、ケイ素およびアルミニウムを含む。ケイ素の重量比は、0.3〜99%であっても良い。また、アルミニウムの重量比は、1%〜99%の範囲であっても良い。 The alloy member 120 contains silicon and aluminum. The weight ratio of silicon may be 0.3 to 99%. Further, the weight ratio of aluminum may be in the range of 1% to 99%.

合金部材120の組成は、アルミニウム部材110よりも小さな熱膨張係数を有し、かつセラミックス部材130よりも大きな熱膨張係数を有する限り、特に限られない。 The composition of the alloy member 120 is not particularly limited as long as it has a coefficient of thermal expansion smaller than that of the aluminum member 110 and a coefficient of thermal expansion larger than that of the ceramic member 130.

合金部材120は、例えば、アルミニウム(Al)を主体としてケイ素(Si)を含む合金(Al−Si合金)、Alを主体としてSiおよびマグネシウム(Mg)を含む合金(Al−Si−Mg合金)、またはSiを主体としてAlを含む合金(Si−Al合金)等であっても良い。 The alloy member 120 includes, for example, an alloy containing aluminum (Al) as a main component and silicon (Si) (Al—Si alloy), an alloy containing Al as a main component and containing Si and magnesium (Mg) (Al—Si—Mg alloy), and the like. Alternatively, it may be an alloy containing Si as a main component and Al (Si—Al alloy) or the like.

合金部材120がAl−Si合金またはAl−Si−Mg合金の場合、Alの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Siの重量比は、0.3%〜50%の範囲であっても良い。また、Mgの重量比は、0.1%〜45%の範囲であっても良い。 When the alloy member 120 is an Al—Si alloy or an Al—Si—Mg alloy, the weight ratio of Al may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Si may be in the range of 0.3% to 50%. Further, the weight ratio of Mg may be in the range of 0.1% to 45%.

一方、合金部材120がSi−Al合金の場合、Siの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Alの重量比は、1%〜50%の範囲であっても良い。 On the other hand, when the alloy member 120 is a Si—Al alloy, the weight ratio of Si may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Al may be in the range of 1% to 50%.

アルミニウム部材110がシルミン(Al−12%Si合金)ではない場合、合金部材120は、シルミンであっても良い。 When the aluminum member 110 is not silumin (Al-12% Si alloy), the alloy member 120 may be silumin.

あるいは、合金部材120は、アルミニウムを含む合金で構成されても良い。例えば、合金部材120は、Al−Zn合金、Al−Sn合金、Al−Mg−Sn合金、Al−Mg−Zn合金、Al−Si−Sn合金、またはAl−Sn−Zn合金のいずれかであっても良い。これらの合金において、Mgの重量比は0.1〜95%の範囲であっても良い。Znの重量比は0.1〜99%であっても良い。Snの重量比は0.1〜99%であっても良い。 Alternatively, the alloy member 120 may be made of an alloy containing aluminum. For example, the alloy member 120 is either an Al—Zn alloy, an Al—Sn alloy, an Al—Mg—Sn alloy, an Al—Mg—Zn alloy, an Al—Si—Sn alloy, or an Al—Sn—Zn alloy. You may. In these alloys, the weight ratio of Mg may be in the range of 0.1 to 95%. The weight ratio of Zn may be 0.1 to 99%. The weight ratio of Sn may be 0.1 to 99%.

さらに、合金部材120は、追加元素として、Cu、Ni、Mn、Fe、Znを含んでも良い。Cuの重量比は0〜6.0wt%の範囲、Niの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Mnの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Feの重量比は0〜1.3wt%の範囲、Znの重量比は0〜1.5wt%の範囲であっても良い。 Further, the alloy member 120 may contain Cu, Ni, Mn, Fe, and Zn as additional elements. The weight ratio of Cu is in the range of 0 to 6.0 wt%, the weight ratio of Ni is in the range of 0 to 1.5 wt%, the weight ratio of Mn is in the range of 0 to 1.5 wt%, and the weight ratio of Fe is 0 to 1. The range of .3 wt% and the weight ratio of Zn may be in the range of 0 to 1.5 wt%.

合金部材120の形態は、特に限られない。例えば、合金部材120は、板状であっても、ブロック状であっても良い。 The form of the alloy member 120 is not particularly limited. For example, the alloy member 120 may have a plate shape or a block shape.

なお、合金部材120は、いったん溶解した後に凝固したものであっても良い。 The alloy member 120 may be one that is once melted and then solidified.

また、合金部材120は、内部に粒子を含有しても良い。そのような粒子は、金属粒子、合金粒子、およびセラミックス粒子の少なくとも一つであっても良い。 Further, the alloy member 120 may contain particles inside. Such particles may be at least one of metal particles, alloy particles, and ceramic particles.

金属粒子としては、例えば、ケイ素、モリブデン、およびタングステン等が挙げられる。また、セラミックス粒子としては、例えば、アルミナ(Al)、窒化ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、およびダイヤモンド等が挙げられる。Examples of the metal particles include silicon, molybdenum, and tungsten. Examples of the ceramic particles include alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), and diamond.

セラミックス部材130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130は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、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 130 is made of ceramics containing an aluminum component and / or a silicon component. For example, the ceramic member 130 contains at least one of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, and aluminosilicate.

また、セラミックス部材130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。 The crystal form of the ceramic member 130 is not particularly limited, but α-alumina can be preferably used as the alumina.

セラミックス部材130の形状は特に限られず、セラミックス部材130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 130 is not particularly limited, and the ceramic member 130 may have the shape of a block, a plate, a rod, a disk, or the like.

一方、第1の接合層140は、以下の構成を取り得る。
(I)炭化ケイ素系化合物を含む層:
第1の接合層140は、炭素およびケイ素を含むアモルファス相、すなわち炭化ケイ素系化合物のアモルファス相を主体として含んでも良い。アモルファス相は、例えば、SiC、SiOC、SiCN、SiOCN、AlSiC、AlSiOC、AlSiCN、および/またはAlSiOCN等を含んでも良い。
On the other hand, the first bonding layer 140 may have the following configuration.
(I) Layer containing a silicon carbide compound:
The first bonding layer 140 may mainly contain an amorphous phase containing carbon and silicon, that is, an amorphous phase of a silicon carbide compound. The amorphous phase may include, for example, SiC, SiOC, SiCN, SiOCN, AlSiC, AlSiOC, AlSiCN, and / or AlSiOCN and the like.

第1の接合層140は、さらに、少量の炭素塊、金属シリコン塊、および/またはアルミノシリケート等を含んでも良い。アルミノシリケートは、結晶質であっても、非晶質であっても良い。 The first bonding layer 140 may further contain a small amount of carbon lumps, metallic silicon lumps, and / or aluminosilicates and the like. The aluminosilicate may be crystalline or amorphous.

第1の接合層140のアモルファス相中の炭素量は、8重量%以上であり、同領域における酸素量は、30重量%未満である。
(II)アルミノシリケート系化合物を含む層:
第1の接合層140は、アルミノシリケート系化合物を主体として含んでも良い。アルミノシリケート系化合物は、一般式がAlSiで表され、ここで、0<x<3、0<y<51、0<z<104である。アルミノシリケート系化合物は、アルミナとシリカの混合物であっても良い。
The amount of carbon in the amorphous phase of the first bonding layer 140 is 8% by weight or more, and the amount of oxygen in the same region is less than 30% by weight.
(II) Layer containing an aluminosilicate compound:
The first bonding layer 140 may contain an aluminosilicate-based compound as a main component. Aluminosilicate-based compound, general formula is represented by Al x Si y O z, where a 0 <x <3,0 <y < 51,0 <z <104. The aluminosilicate compound may be a mixture of alumina and silica.

第1の接合層140は、さらに、少量の炭素塊および/または金属シリコン塊を含んでも良い。 The first bonding layer 140 may further contain a small amount of carbon lumps and / or metallic silicon lumps.

一方、第2の接合層150についても、第1の接合層140と同様のことが言える。ただし、第2の接合層150は、第1の接合層140と同じであっても、異なっていても良い。 On the other hand, the same can be said for the second bonding layer 150 as for the first bonding layer 140. However, the second bonding layer 150 may be the same as or different from the first bonding layer 140.

このような構成を有する第1の接合体100では、第1の接合層140の存在により、アルミニウム部材110と合金部材120とを好適に接合することができる。また、第2の接合層150の存在により、合金部材120とセラミックス部材130を好適に接合することができる。 In the first joint body 100 having such a configuration, the aluminum member 110 and the alloy member 120 can be suitably joined by the presence of the first joint layer 140. Further, the presence of the second bonding layer 150 makes it possible to suitably bond the alloy member 120 and the ceramic member 130.

さらに、第1の接合体100では、アルミニウム部材110とセラミックス部材130の間の熱膨張係数を有する第1の合金部材120の存在により、耐熱応力特性を有意に高めることができる。 Further, in the first bonded body 100, the heat resistant stress characteristics can be significantly enhanced by the presence of the first alloy member 120 having a coefficient of thermal expansion between the aluminum member 110 and the ceramic member 130.

このように本発明の一実施形態では、熱応力を受けても比較的破損が生じ難い接合体を提供することができる。 As described above, in one embodiment of the present invention, it is possible to provide a bonded body that is relatively resistant to breakage even when subjected to thermal stress.

(本発明の一実施形態による別の接合体)
次に、図4を参照して、本発明の一実施形態による別の接合体について説明する。
(Another conjugate according to one embodiment of the present invention)
Next, another junction according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図4には、本発明の一実施形態による別の接合体(以下、「第2の接合体」と称する)の概略的な断面図を示す。 FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of another joint according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “second joint”).

図4に示すように、この第2の接合体200は、アルミニウム部材210、第1の合金部材220、第2の合金部材225、およびセラミックス部材230を、この順に有する。 As shown in FIG. 4, the second joint body 200 has an aluminum member 210, a first alloy member 220, a second alloy member 225, and a ceramic member 230 in this order.

アルミニウム部材210と第1の合金部材220の間には、第1の接合層240が配置され、第2の合金部材225とセラミックス部材230の間には、第2の接合層250が配置される。さらに、第1の合金部材220と第2の合金部材225の間には、第3の接合層260が配置される。 A first bonding layer 240 is arranged between the aluminum member 210 and the first alloy member 220, and a second bonding layer 250 is arranged between the second alloy member 225 and the ceramic member 230. .. Further, a third bonding layer 260 is arranged between the first alloy member 220 and the second alloy member 225.

アルミニウム部材210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50%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50%以上のアルミニウムを含む合金部材であっても良い。 As described above, the aluminum member 210 includes a member substantially made of aluminum metal, a member containing aluminum metal having a weight ratio of 50% or more, a member substantially made of an aluminum alloy, and a weight ratio of 50. It may be an alloy member containing% or more of aluminum.

アルミニウム部材210の形状は特に限られず、アルミニウム部材210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。 The shape of the aluminum member 210 is not particularly limited, and the aluminum member 210 may have the shape of a block, a plate, a rod, a foil, a disk, or the like.

第1の合金部材220および第2の合金部材225は、ケイ素およびアルミニウムを含んでも良い。ケイ素の重量比は、0.3〜99%であっても良い。また、アルミニウムの重量比は、1%〜99%の範囲であっても良い。 The first alloy member 220 and the second alloy member 225 may contain silicon and aluminum. The weight ratio of silicon may be 0.3 to 99%. Further, the weight ratio of aluminum may be in the range of 1% to 99%.

第1の合金部材220の組成は、アルミニウム部材210よりも小さな熱膨張係数を有し、かつ第2の合金部材225よりも大きな熱膨張係数を有する限り、特に限られない。 The composition of the first alloy member 220 is not particularly limited as long as it has a coefficient of thermal expansion smaller than that of the aluminum member 210 and a coefficient of thermal expansion larger than that of the second alloy member 225.

第1の合金部材220は、例えば、アルミニウム(Al)を主体としてケイ素(Si)を含む合金(Al−Si合金)、Alを主体としてSiおよびマグネシウム(Mg)を含む合金(Al−Si−Mg合金)、またはSiを主体としてAlを含む合金(Si−Al合金)等であっても良い。 The first alloy member 220 is, for example, an alloy containing aluminum (Al) as a main component and silicon (Si) (Al—Si alloy), and an alloy containing Al as a main component and containing Si and magnesium (Mg) (Al—Si—Mg). It may be an alloy) or an alloy containing Si as a main component and Al (Si—Al alloy).

第1の合金部材220がAl−Si合金またはAl−Si−Mg合金の場合、Alの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Siの重量比は、0.3%〜50%の範囲であっても良い。また、Mgの重量比は、0.1%〜45%の範囲であっても良い。 When the first alloy member 220 is an Al—Si alloy or an Al—Si—Mg alloy, the weight ratio of Al may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Si may be in the range of 0.3% to 50%. Further, the weight ratio of Mg may be in the range of 0.1% to 45%.

一方、第1の合金部材220がSi−Al合金の場合、Siの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Alの重量比は、1%〜50%の範囲であっても良い。 On the other hand, when the first alloy member 220 is a Si—Al alloy, the weight ratio of Si may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Al may be in the range of 1% to 50%.

アルミニウム部材110がシルミン(Al−12%Si合金)ではない場合、第1の合金部材220は、シルミンであっても良い。 When the aluminum member 110 is not silumin (Al-12% Si alloy), the first alloy member 220 may be silumin.

さらに、第1の合金部材220は、追加元素として、Cu、Ni、Mn、Fe、Znを含んでも良い。Cuの重量比は0〜6.0wt%の範囲、Niの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Mnの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Feの重量比は0〜1.3wt%の範囲、Znの重量比は0〜1.5wt%の範囲であっても良い。 Further, the first alloy member 220 may contain Cu, Ni, Mn, Fe and Zn as additional elements. The weight ratio of Cu is in the range of 0 to 6.0 wt%, the weight ratio of Ni is in the range of 0 to 1.5 wt%, the weight ratio of Mn is in the range of 0 to 1.5 wt%, and the weight ratio of Fe is 0 to 1. The range of .3 wt% and the weight ratio of Zn may be in the range of 0 to 1.5 wt%.

あるいは、第1の合金部材220は、アルミニウムを含む合金であっても良い。例えば、第1の合金部材220は、Al−Zn合金、Al−Sn合金、Al−Mg−Sn合金、Al−Mg−Zn合金、Al−Si−Sn合金、またはAl−Sn−Zn合金のいずれかであっても良い。これらの合金において、Mgの重量比は0.1〜95%の範囲であっても良い。Znの重量比は0.1〜99%であっても良いSnの重量比は0.1〜99%であっても良い。 Alternatively, the first alloy member 220 may be an alloy containing aluminum. For example, the first alloy member 220 may be any of Al—Zn alloy, Al—Sn alloy, Al—Mg—Sn alloy, Al—Mg—Zn alloy, Al—Si—Sn alloy, or Al—Sn—Zn alloy. It may be. In these alloys, the weight ratio of Mg may be in the range of 0.1 to 95%. The weight ratio of Zn may be 0.1 to 99%. The weight ratio of Sn may be 0.1 to 99%.

第1の合金部材220の形態は、特に限られない。例えば、第1の合金部材220は、板状であっても、ブロック状であっても良い。 The form of the first alloy member 220 is not particularly limited. For example, the first alloy member 220 may have a plate shape or a block shape.

一方、第2の合金部材225の組成は、第1の合金部材220よりも小さな熱膨張係数を有し、かつセラミックス部材230よりも大きな熱膨張係数を有する限り、特に限られない。 On the other hand, the composition of the second alloy member 225 is not particularly limited as long as it has a coefficient of thermal expansion smaller than that of the first alloy member 220 and a coefficient of thermal expansion larger than that of the ceramic member 230.

第2の合金部材225は、例えば、アルミニウム(Al)を主体としてケイ素(Si)を含む合金(Al−Si合金)、Alを主体としてSiおよびマグネシウム(Mg)を含む合金(Al−Si−Mg合金)、またはSiを主体としてAlを含む合金(Si−Al合金)等であっても良い。 The second alloy member 225 is, for example, an alloy containing aluminum (Al) as a main component and silicon (Si) (Al-Si alloy), and an alloy containing Al as a main component and containing Si and magnesium (Mg) (Al-Si-Mg). It may be an alloy) or an alloy containing Si as a main component and Al (Si—Al alloy).

第2の合金部材225がAl−Si合金またはAl−Si−Mg合金の場合、Alの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Siの重量比は、0.3%〜50%の範囲であっても良い。また、Mgの重量比は、0.1%〜45%の範囲であっても良い。 When the second alloy member 225 is an Al—Si alloy or an Al—Si—Mg alloy, the weight ratio of Al may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Si may be in the range of 0.3% to 50%. Further, the weight ratio of Mg may be in the range of 0.1% to 45%.

一方、第2の合金部材225がSi−Al合金の場合、Siの重量比は、50%〜99%の範囲であっても良い。また、この場合、Alの重量比は、1%〜50%の範囲であっても良い。 On the other hand, when the second alloy member 225 is a Si—Al alloy, the weight ratio of Si may be in the range of 50% to 99%. Further, in this case, the weight ratio of Al may be in the range of 1% to 50%.

さらに、第2の合金部材225は、追加元素として、Cu、Ni、Mn、Fe、Znを含んでも良い。Cuの重量比は0〜6.0wt%の範囲、Niの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Mnの重量比は0〜1.5wt%の範囲、Feの重量比は0〜1.3wt%の範囲、Znの重量比は0〜1.5wt%の範囲であっても良い。 Further, the second alloy member 225 may contain Cu, Ni, Mn, Fe and Zn as additional elements. The weight ratio of Cu is in the range of 0 to 6.0 wt%, the weight ratio of Ni is in the range of 0 to 1.5 wt%, the weight ratio of Mn is in the range of 0 to 1.5 wt%, and the weight ratio of Fe is 0 to 1. The range of .3 wt% and the weight ratio of Zn may be in the range of 0 to 1.5 wt%.

あるいは、第2の合金部材225は、例えば、Al−Zn合金、Al−Sn合金、Al−Mg−Sn合金、Al−Mg−Zn合金、Al−Si−Sn合金、またはAl−Sn−Zn合金のいずれかであっても良い。これらの合金において、Mgの重量比は0.1〜95%の範囲であっても良い。Znの重量比は0.1〜99%であっても良い。Snの重量比は0.1〜99%であっても良い。 Alternatively, the second alloy member 225 is, for example, an Al—Zn alloy, an Al—Sn alloy, an Al—Mg—Sn alloy, an Al—Mg—Zn alloy, an Al—Si—Sn alloy, or an Al—Sn—Zn alloy. It may be any of. In these alloys, the weight ratio of Mg may be in the range of 0.1 to 95%. The weight ratio of Zn may be 0.1 to 99%. The weight ratio of Sn may be 0.1 to 99%.

なお、第1の合金部材220および/または第2の合金部材225は、いったん溶解した後に凝固したものであっても良い。 The first alloy member 220 and / or the second alloy member 225 may be one that is once melted and then solidified.

セラミックス部材230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230は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、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 230 is made of ceramics containing an aluminum component and / or a silicon component. For example, the ceramic member 230 contains at least one of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, and aluminosilicate.

また、セラミックス部材230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。 The crystal form of the ceramic member 230 is not particularly limited, but α-alumina can be preferably used as the alumina.

セラミックス部材230の形状は特に限られず、セラミックス部材230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 230 is not particularly limited, and the ceramic member 230 may have the shape of a block, a plate, a rod, a disk, or the like.

第1の接合層240は、以下の構成を取り得る。
(I)炭化ケイ素系化合物を含む層:
第1の接合層240は、炭素およびケイ素を含むアモルファス相、すなわち炭化ケイ素系化合物のアモルファス相を主体として含んでも良い。アモルファス相は、例えば、SiC、SiOC、SiCN、SiOCN、AlSiC、AlSiOC、AlSiCN、および/またはAlSiOCN等を含んでも良い。
The first bonding layer 240 may have the following configuration.
(I) Layer containing a silicon carbide compound:
The first bonding layer 240 may mainly contain an amorphous phase containing carbon and silicon, that is, an amorphous phase of a silicon carbide compound. The amorphous phase may include, for example, SiC, SiOC, SiCN, SiOCN, AlSiC, AlSiOC, AlSiCN, and / or AlSiOCN and the like.

第1の接合層240は、さらに、少量の炭素塊、金属シリコン塊、および/またはアルミノシリケート等を含んでも良い。アルミノシリケートは、結晶質であっても、非晶質であっても良い。 The first bonding layer 240 may further contain a small amount of carbon lumps, metallic silicon lumps, and / or aluminosilicates and the like. The aluminosilicate may be crystalline or amorphous.

第1の接合層240のアモルファス相中の炭素量は、8重量%以上であり、同領域における酸素量は、30重量%未満である。
(II)アルミノシリケート系化合物を含む層:
第1の接合層240は、アルミノシリケート系化合物を主体として含んでも良い。
The amount of carbon in the amorphous phase of the first bonding layer 240 is 8% by weight or more, and the amount of oxygen in the same region is less than 30% by weight.
(II) Layer containing an aluminosilicate compound:
The first bonding layer 240 may contain an aluminosilicate-based compound as a main component.

前述のように、アルミノシリケート系化合物は、一般式がAlSiで表され、ここで、0<x<3、0<y<51、0<z<104である。アルミノシリケート系化合物は、アルミナとシリカの混合物であっても良い。As described above, aluminosilicate compounds have the general formula is represented by Al x Si y O z, where a 0 <x <3,0 <y < 51,0 <z <104. The aluminosilicate compound may be a mixture of alumina and silica.

第1の接合層240中には、アルミノシリケート系化合物の他に、少量の他の物質、例えば、炭素塊および/または金属シリコン塊等が含まれる場合がある。 In addition to the aluminosilicate-based compound, the first bonding layer 240 may contain a small amount of other substances such as carbon lumps and / or metallic silicon lumps.

第2の接合層250および第3の接合層260についても、第1の接合層240と同様のことが言える。ただし、第2の接合層250は、第1の接合層240と同じであっても、異なっていても良い。同様に、第3の接合層260は、第1の接合層240と同じであっても、異なっていても良い。さらに、第3の接合層260は、第2の接合層250と同じであっても、異なっていても良い。 The same can be said for the second bonding layer 250 and the third bonding layer 260 as in the first bonding layer 240. However, the second bonding layer 250 may be the same as or different from the first bonding layer 240. Similarly, the third bonding layer 260 may be the same as or different from the first bonding layer 240. Further, the third bonding layer 260 may be the same as or different from the second bonding layer 250.

このような構成を有する第2の接合体200では、第1の接合層240の存在により、アルミニウム部材210と第1の合金部材220とを好適に接合することができる。また、第2の接合層250の存在により、第2の合金部材225とセラミックス部材230を好適に接合することができる。さらに、第3の接合層260の存在により、第1の金部材220と第2の合金部材225とを好適に接合することができる。 In the second joint body 200 having such a configuration, the aluminum member 210 and the first alloy member 220 can be suitably joined by the presence of the first joint layer 240. Further, due to the presence of the second bonding layer 250, the second alloy member 225 and the ceramic member 230 can be suitably bonded. Further, the presence of the third bonding layer 260 allows the first gold member 220 and the second alloy member 225 to be suitably bonded.

また、第2の接合体200では、第1の合金部材220および第2の合金部材225の存在により、耐熱応力特性を有意に高めることができる。 Further, in the second joint body 200, the heat-resistant stress characteristics can be significantly enhanced by the presence of the first alloy member 220 and the second alloy member 225.

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。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to these examples.

以下の記載において、例1、例3、および例5〜例15は、実施例であり、例2および例4は、比較例である。 In the following description, Examples 1, 3 and 5 to 15 are Examples, and Examples 2 and 4 are Comparative Examples.

(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 joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上、JFC製)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は1wt%未満であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more, manufactured by JFC) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was less than 1 wt%.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.2mmのシルミン(Al−12wt%Si合金)板を準備した。以下、20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, a silumin (Al-12 wt% Si alloy) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.2 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、市販のポリカルボシラン(NIPUSI Type−A、日本カーボン社製)をトルエン溶媒により0.1mol/Lに希釈して、塗布液(以下、「塗布液A」と称する)を調製した。 Next, a commercially available polycarbosilane (NIPUSI Type-A, manufactured by Nippon Carbon Co., Ltd.) was diluted to 0.1 mol / L with a toluene solvent to prepare a coating liquid (hereinafter referred to as "coating liquid A").

次に、スピンコーティング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、回転時間30秒とした。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the spin coating method. The conditions for spin coating were a rotation speed of 3000 rps and a rotation time of 30 seconds.

また、シルミン板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the silumin plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、シルミン板を設置した。シルミン板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, a silumin plate was installed on the surface to be joined. The silumin plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、シルミン板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナ板(重量70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was installed on the silumin plate. Further, an alumina plate (weight 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、600℃で1時間熱処理した。処理中に、シルミン板が溶融している様子が観察された。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 600 ° C. for 1 hour under an argon atmosphere. During the treatment, it was observed that the silumin plate was melted.

これにより、窒化ケイ素板、シルミン板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例1に係る接合体」と称する。 As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, a silumin plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 1".

(評価)
上記方法で製造された例1に係る接合体を用いて、以下の評価を行った。
(Evaluation)
The following evaluation was performed using the conjugate according to Example 1 produced by the above method.

(接合状態の評価)
走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とシルミン板の間、およびシルミン板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。
(Evaluation of joint condition)
Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the silumin plate and between the silumin plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

(接合層の評価)
図5には、シルミン板とセラミックス部材の間に形成された接合層の部分におけるX線回折分析結果を示す。分析結果において、20゜〜40゜にかけて連続的なピークが存在しており、このことから接合層は、アモルファス相を有することがわかる。
(Evaluation of joint layer)
FIG. 5 shows the results of X-ray diffraction analysis in the portion of the bonding layer formed between the silumin plate and the ceramic member. In the analysis result, a continuous peak exists from 20 ° to 40 °, which indicates that the bonding layer has an amorphous phase.

また、接合層の詳細な分析の結果、接合層は、アモルファス相を構成する炭化ケイ素系化合物の他、少量の炭素塊および金属シリコン塊を含むことがわかった。特に、炭化ケイ素系化合物は、SiCの他、AlSiC、AlSiOC、AlSiCN、およびAlSiOCNを含むことがわかった。 In addition, as a result of detailed analysis of the bonding layer, it was found that the bonding layer contained a small amount of carbon lumps and metallic silicon lumps in addition to the silicon carbide-based compounds constituting the amorphous phase. In particular, it was found that the silicon carbide compound contains AlSiC, AlSiOC, AlSiCN, and AlSiOCN in addition to SiC.

また、接合層のアモルファス相の領域でのEDX分析の結果、該領域における炭素量は、8重量%以上であり、酸素量は、30重量%未満であることがわかった。 Further, as a result of EDX analysis in the region of the amorphous phase of the bonding layer, it was found that the amount of carbon in the region was 8% by weight or more and the amount of oxygen was less than 30% by weight.

(耐熱特性試験)
例1に係る接合体を用いて、耐熱特性試験を実施した。
(Heat resistance test)
A heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 1.

耐熱特性試験は、接合体を、150℃と−40℃の環境下に繰り返し晒すことにより実施した。具体的には、接合体を150℃の環境下に10秒間保持し、その後−40℃の環境に10秒間保持する操作を100回繰り返した。 The heat resistance property test was carried out by repeatedly exposing the bonded body to the environment of 150 ° C. and −40 ° C. Specifically, the operation of holding the bonded product in an environment of 150 ° C. for 10 seconds and then holding it in an environment of −40 ° C. for 10 seconds was repeated 100 times.

試験後に、例1に係る接合体の状態を観察した。その結果、剥離や破損は認められず、例1に係る接合体は、健全な状態であった。 After the test, the state of the joined body according to Example 1 was observed. As a result, no peeling or breakage was observed, and the joint according to Example 1 was in a healthy state.

(例2)
例1と同様の方法により、接合体を製造した。
(Example 2)
A bonded body was produced by the same method as in Example 1.

ただし、この例2では、窒化ケイ素板とアルミニウム板の間に、シルミン板を設置しなかった。すなわち、被接合面に塗布液Aを塗布した窒化ケイ素板と、アルミニウム板とを積層させた状態で、熱処理を行った。塗布条件および熱処理条件等は、例1の場合と同様である。 However, in this example 2, the silumin plate was not installed between the silicon nitride plate and the aluminum plate. That is, the heat treatment was performed in a state where the silicon nitride plate in which the coating liquid A was applied to the surface to be bonded and the aluminum plate were laminated. The coating conditions, heat treatment conditions, and the like are the same as in Example 1.

これにより、例2に係る接合体が得られた。 As a result, the conjugate according to Example 2 was obtained.

例2に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、窒化ケイ素板とアルミニウム板の間に、剥離が認められた。 The above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 2. When the bonded body was observed after the test, peeling was observed between the silicon nitride plate and the aluminum plate.

(例3)
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 3)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.6mmの寸法を有する窒化アルミニウム板(純度90%以上)を用意した。 First, as a ceramic member, an aluminum nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.6 mm in thickness was prepared.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.5mmのSi−Al合金(Si−1wt%Al合金)板を準備した。以下、20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, a Si—Al alloy (Si-1 wt% Al alloy) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.5 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、スピンコーティング法により、窒化アルミニウム板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数1000rps、回転時間30秒とした。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the aluminum nitride plate by the spin coating method. The conditions for spin coating were a rotation speed of 1000 rps and a rotation time of 30 seconds.

また、Si−Al合金板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the Si—Al alloy plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、窒化アルミニウム板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、Si−Al合金板を設置した。Si−Al合金板は、第2の表面が窒化アルミニウム板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the aluminum nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, a Si—Al alloy plate was installed on the surface to be joined. The Si—Al alloy plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the aluminum nitride plate.

次に、Si−Al合金板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナ板(重量70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was placed on the Si—Al alloy plate. Further, an alumina plate (weight 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、600℃で1時間熱処理した。これにより、窒化アルミニウム板、Si−Al合金板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例3に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 600 ° C. for 1 hour under an argon atmosphere. As a result, an aluminum nitride plate, a Si—Al alloy plate, and a bonded body to which the aluminum plate was joined were obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 3".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とSi−Al合金板の間、およびSi−Al合金板と窒化アルミニウム板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the Si-Al alloy plate and between the Si-Al alloy plate and the aluminum nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例3に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例3に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 3. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 3 was in a healthy state.

(例4)
例3と同様の方法により、接合体を製造した。
(Example 4)
A bonded body was produced by the same method as in Example 3.

ただし、この例3では、窒化アルミニウム板とアルミニウム板の間に、Si−Al合金板を設置しなかった。すなわち、被接合面に塗布液Aを塗布した窒化アルミニウム板と、アルミニウム板とを積層させた状態で、熱処理を行った。塗布条件および熱処理条件等は、例1の場合と同様である。 However, in this Example 3, the Si—Al alloy plate was not installed between the aluminum nitride plate and the aluminum plate. That is, the heat treatment was performed in a state where the aluminum nitride plate coated with the coating liquid A on the surface to be joined and the aluminum plate were laminated. The coating conditions, heat treatment conditions, and the like are the same as in Example 1.

これにより、例4に係る接合体が得られた。 As a result, the conjugate according to Example 4 was obtained.

例4に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、窒化アルミニウム板とアルミニウム板の間に、剥離が認められた。 The above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 4. When the joint was observed after the test, peeling was observed between the aluminum nitride plate and the aluminum plate.

(例5)
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 5)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度80%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は3wt%以上であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 80% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was 3 wt% or more.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.2mmのシルミン(Al−12wt%Si合金)板を準備した。以下、シルミン板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, a silumin (Al-12 wt% Si alloy) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.2 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of the silumin plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、市販のポリメチルフェニルシロキサン(KF−54:信越化学工業(株)社製)をトルエン溶媒により0.1mol/Lに希釈して、塗布液(以下、「塗布液B」と称する)を調製した。 Next, a commercially available polymethylphenylsiloxane (KF-54: manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) is diluted to 0.1 mol / L with a toluene solvent, and the coating solution (hereinafter referred to as "coating solution B") is used. Was prepared.

次に、スピンコーティング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Bを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、回転時間30秒とした。 Next, the above-mentioned coating liquid B was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the spin coating method. The conditions for spin coating were a rotation speed of 3000 rps and a rotation time of 30 seconds.

また、シルミン板を塗布液B中に浸漬して、全面に塗布液Bを設置した。 Further, the silumin plate was immersed in the coating liquid B, and the coating liquid B was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、シルミン板を設置した。シルミン板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, a silumin plate was installed on the surface to be joined. The silumin plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、シルミン板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナ板(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was installed on the silumin plate. Further, an alumina plate (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、500℃で8時間熱処理した。これにより、窒化ケイ素板、シルミン板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例5に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 500 ° C. for 8 hours under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, a silumin plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 5".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とシルミン板の間、およびシルミン板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the silumin plate and between the silumin plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例5に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例5に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 5. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 5 was in a healthy state.

(例6)
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 6)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は3wt%以上であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was 3 wt% or more.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.2mmのシルミン(Al−12wt%Si合金)板を準備した。以下、シルミン板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, a silumin (Al-12 wt% Si alloy) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.2 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of the silumin plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、スピンコーティング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Bを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、回転時間30秒とした。 Next, the above-mentioned coating liquid B was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the spin coating method. The conditions for spin coating were a rotation speed of 3000 rps and a rotation time of 30 seconds.

また、シルミン板を塗布液B中に浸漬して、全面に塗布液Bを設置した。 Further, the silumin plate was immersed in the coating liquid B, and the coating liquid B was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、シルミン板を設置した。シルミン板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, a silumin plate was installed on the surface to be joined. The silumin plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、シルミン板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦30mm×横30mm×厚さ10mmのアルミナ板(重量約35g)を配置した。 Next, an aluminum plate was installed on the silumin plate. Further, an alumina plate (weight of about 35 g) having a length of 30 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 10 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、620℃で1時間熱処理した。なお、この熱処理温度は、シルミン板の融点を超える温度である。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 620 ° C. for 1 hour under an argon atmosphere. The heat treatment temperature is a temperature exceeding the melting point of the silumin plate.

熱処理後に、窒化ケイ素板、シルミン板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例6に係る接合体」と称する。 After the heat treatment, a bonded body in which a silicon nitride plate, a silumin plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 6".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とシルミン板の間、およびシルミン板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the silumin plate and between the silumin plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例6に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例6に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 6. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 6 was in a healthy state.

(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 joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は1wt%未満であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was less than 1 wt%.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.5mmのシルミン(Al−12wt%Si合金)板を準備した。以下、シルミン板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, a silumin (Al-12 wt% Si alloy) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.5 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of the silumin plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、スピンコーティング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数3000rps、回転時間30秒とした。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the spin coating method. The conditions for spin coating were a rotation speed of 3000 rps and a rotation time of 30 seconds.

また、シルミン板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the silumin plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、シルミン板を設置した。Al−Si合金板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, a silumin plate was installed on the surface to be joined. The Al—Si alloy plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、シルミン板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナブロック(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was installed on the silumin plate. Further, an alumina block (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、550℃で8時間熱処理した。これにより、窒化ケイ素板、シルミン板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例7に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 550 ° C. for 8 hours under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, a silumin plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 7".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とシルミン板の間、およびシルミン板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the silumin plate and between the silumin plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例7に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例7に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 7. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 7 was in a healthy state.

(例8)
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 8)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ1mmの寸法を有するアルミナ板(純度99%以上)を用意した。 First, as a ceramic member, an alumina plate (purity 99% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 1 mm in thickness was prepared.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ2mmのAl−Si−Mg(0.3wt%Si、4.9wt%Mg)板を準備した。以下、Al−Si−Mg板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, an Al-Si-Mg (0.3 wt% Si, 4.9 wt% Mg) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm and a thickness of 2 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of the Al—Si—Mg plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、スピンコーティング法により、アルミナ板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数500rpm、回転時間30秒とした。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the alumina plate by the spin coating method. The conditions for spin coating were a rotation speed of 500 rpm and a rotation time of 30 seconds.

また、Al−Si−Mg合金板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the Al—Si—Mg alloy plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、アルミナ板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、Al−Si−Mg合金板を設置した。Al−Si合金板は、第2の表面がアルミナ板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the alumina plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, an Al—Si—Mg alloy plate was installed on the surface to be joined. The Al—Si alloy plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the alumina plate.

次に、Al−Si−Mg合金板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナブロック(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was placed on the Al—Si—Mg alloy plate. Further, an alumina block (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、600℃で8時間熱処理した。これにより、アルミナ板、Al−Si−Mg板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例8に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 600 ° C. for 8 hours under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which an alumina plate, an Al-Si-Mg plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 8".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とAl−Si−Mg板の間、およびAl−Si−Mg板とアルミナ板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the Al-Si-Mg plate and between the Al-Si-Mg plate and the alumina plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例8に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例8に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 8. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 8 was in a healthy state.

(例9)
v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 9)
v A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は1wt%未満であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was less than 1 wt%.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.08mmのシルミン(Al−12wt%Si合金)板を準備した。以下、シルミン板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, a silumin (Al-12 wt% Si alloy) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.08 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of the silumin plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、市販のポリシラン(SI−20−10、大阪ガスケミカル製)をトルエン溶媒により0.1mol/Lに希釈して、塗布液(以下、「塗布液C」と称する)を調製した。 Next, a commercially available polysilane (SI-20-10, manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) was diluted to 0.1 mol / L with a toluene solvent to prepare a coating liquid (hereinafter referred to as “coating liquid C”).

次に、スピンコーティング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Cを塗布した。スピンコーティングの条件は、回転数1000rps、回転時間30秒とした。 Next, the above-mentioned coating liquid C was applied to the bonded surface (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the spin coating method. The conditions for spin coating were a rotation speed of 1000 rps and a rotation time of 30 seconds.

また、シルミン板を塗布液C中に浸漬して、全面に塗布液Cを設置した。 Further, the silumin plate was immersed in the coating liquid C, and the coating liquid C was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、シルミン板を設置した。シルミン板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, a silumin plate was installed on the surface to be joined. The silumin plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、シルミン板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナブロック(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was installed on the silumin plate. Further, an alumina block (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、350℃で4時間熱処理した。これにより、窒化ケイ素板、シルミン板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例9に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 350 ° C. for 4 hours under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, a silumin plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 9".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とシルミン板の間、およびシルミン板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the silumin plate and between the silumin plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例9に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例9に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 9. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 9 was in a healthy state.

(例10)
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 10)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は1wt%未満であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was less than 1 wt%.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.2mmのシルミン(Al−12wt%Si合金)板を準備した。以下、シルミン板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, a silumin (Al-12 wt% Si alloy) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.2 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of the silumin plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、ディッピング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。その後、塗布液面表面にアルミナ粉末(AS−40、昭和電工製)を薄く散布した。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the dipping method. Then, alumina powder (AS-40, manufactured by Showa Denko) was thinly sprayed on the surface of the coating liquid surface.

また、シルミン板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the silumin plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、シルミン板を設置した。シルミン板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, a silumin plate was installed on the surface to be joined. The silumin plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、シルミン板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナブロック(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was installed on the silumin plate. Further, an alumina block (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、620℃で1時間熱処理した。これにより、窒化ケイ素板、シルミン板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例10に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 620 ° C. for 1 hour under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, a silumin plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 10".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とシルミン板の間、およびシルミン板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the silumin plate and between the silumin plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例10に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例10に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 10. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 10 was in a healthy state.

(例11)
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 11)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は1wt%未満であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was less than 1 wt%.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.2mmのシルミン(Al−12wt%Si合金)板を準備した。以下、シルミン板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, a silumin (Al-12 wt% Si alloy) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.2 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of the silumin plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、ディッピング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。その後、塗布液面表面に炭化ケイ素粉末(GC#1000、フジミインコーポレイテッド製)を薄く散布した。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the dipping method. Then, silicon carbide powder (GC # 1000, manufactured by Fujimi Incorporated) was thinly sprayed on the surface of the coating liquid surface.

また、シルミン板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the silumin plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、シルミン板を設置した。シルミン板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, a silumin plate was installed on the surface to be joined. The silumin plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、シルミン板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナブロック(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was installed on the silumin plate. Further, an alumina block (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、620℃で4時間熱処理した。これにより、窒化ケイ素板、シルミン板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例11に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 620 ° C. for 4 hours under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, a silumin plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 11".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とシルミン板の間、およびシルミン板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the silumin plate and between the silumin plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例11に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例11に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 11. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 11 was in a healthy state.

(例12)
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 12)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は1wt%未満であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was less than 1 wt%.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.2mmのシルミン(Al−12wt%Si合金)板を準備した。以下、シルミン板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, a silumin (Al-12 wt% Si alloy) plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.2 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of the silumin plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、ディッピング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。その後、塗布液面表面に、シリコンウエハー(SI−500443、ニラコ製)を砕いて作製した金属ケイ素粉末を薄く散布した。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the dipping method. Then, a metallic silicon powder prepared by crushing a silicon wafer (SI-500443, manufactured by Niraco) was thinly sprayed on the surface of the coating liquid surface.

また、シルミン板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the silumin plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、シルミン板を設置した。シルミン板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, a silumin plate was installed on the surface to be joined. The silumin plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、シルミン板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナブロック(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was installed on the silumin plate. Further, an alumina block (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、620℃で4時間熱処理した。これにより、窒化ケイ素板、シルミン板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例12に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 620 ° C. for 4 hours under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, a silumin plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 12".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とシルミン板の間、およびシルミン板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the silumin plate and between the silumin plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例12に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例12に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 12. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 12 was in a healthy state.

(例13)
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 13)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は1wt%未満であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was less than 1 wt%.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.2mmに圧延したAl−Zn合金板(RZ−203、新富士バーナー製)を準備した。以下、Al−Zn合金板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, an Al—Zn alloy plate (RZ-203, manufactured by Shin-Fuji Burner) rolled into a length of 20 mm × width of 20 mm × thickness of 0.2 mm was prepared. Hereinafter, both surfaces of the Al—Zn alloy plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、ディッピング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。その後、塗布液面表面に、シリコンウエハー(SI−500443、ニラコ製)を砕いて作製した金属ケイ素粉末を薄く散布した。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the dipping method. Then, a metallic silicon powder prepared by crushing a silicon wafer (SI-500443, manufactured by Niraco) was thinly sprayed on the surface of the coating liquid surface.

また、Al−Zn合金板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the Al—Zn alloy plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、Al−Zn合金板を設置した。Al−Zn合金板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, an Al—Zn alloy plate was installed on the surface to be joined. The Al—Zn alloy plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、Al−Zn合金板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナブロック(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was placed on the Al—Zn alloy plate. Further, an alumina block (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、550℃で1時間熱処理した。これにより、窒化ケイ素板、Al−Zn合金板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例13に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 550 ° C. for 1 hour under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, an Al—Zn alloy plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 13".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とAl−Zn合金板の間、およびAl−Zn合金板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the Al—Zn alloy plate and between the Al—Zn alloy plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例13に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例13に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 13. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 13 was in a healthy state.

(例14)
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 14)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は1wt%未満であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was less than 1 wt%.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.2mmに圧延した、公知の方法で作製されたAl−Sn合金板を準備した。以下、Al−Sn合金板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, an Al—Sn alloy plate produced by a known method, which was rolled into a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 0.2 mm, was prepared. Hereinafter, both surfaces of the Al—Sn alloy plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、ディッピング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。その後、塗布液面表面に、シリコンウエハー(SI−500443,ニラコ製)を砕いて作製した金属ケイ素粉末を薄く散布した。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the dipping method. Then, a metallic silicon powder prepared by crushing a silicon wafer (SI-500443, manufactured by Niraco) was thinly sprayed on the surface of the coating liquid surface.

また、Al−Sn合金板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the Al—Sn alloy plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、Al−Sn合金板を設置した。Al−Sn合金板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. In addition, an Al—Sn alloy plate was installed on the surface to be joined. The Al—Sn alloy plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、Al−Sn合金板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナブロック(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was placed on the Al—Sn alloy plate. Further, an alumina block (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、620℃で4時間熱処理した。これにより、窒化ケイ素板、Al−Sn合金板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例14に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 620 ° C. for 4 hours under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, an Al—Sn alloy plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 14".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とAl−Sn合金板の間、およびAl−Sn合金板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layer formed between the aluminum plate and the Al—Sn alloy plate and between the Al—Sn alloy plate and the silicon nitride plate was observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例14に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例14に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 14. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 14 was in a healthy state.

(例15)
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 15)
A joint body of a ceramic member and an aluminum member was manufactured by the following method.

まず、セラミックス部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.32mmの寸法を有する窒化ケイ素板(純度90%以上)を用意した。この窒化ケイ素板内のアルミニウム含有量をEDS法で測定した結果、含有量は1wt%未満であった。 First, as a ceramic member, a silicon nitride plate (purity 90% or more) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 0.32 mm in thickness was prepared. As a result of measuring the aluminum content in the silicon nitride plate by the EDS method, the content was less than 1 wt%.

また、アルミニウム部材として、縦20mm×横20mm×厚さ5mmの寸法を有する市販のアルミニウム板(純度99%以上、スリーエス社製)を準備した。さらに、合金部材として、縦20mm×横20mm×厚さ0.2mmに圧延した、公知の方法で作製されたAl−Si−Sn合金板を準備した。以下、Al−Si−Sn合金板の20mm×20mmの両表面を、それぞれ、第1の表面および第2の表面と称する。 Further, as an aluminum member, a commercially available aluminum plate (purity 99% or more, manufactured by 3S Co., Ltd.) having dimensions of 20 mm in length × 20 mm in width × 5 mm in thickness was prepared. Further, as an alloy member, an Al—Si—Sn alloy plate produced by a known method, which was rolled into a length of 20 mm × a width of 20 mm × a thickness of 0.2 mm, was prepared. Hereinafter, both surfaces of the Al—Si—Sn alloy plate having a size of 20 mm × 20 mm will be referred to as a first surface and a second surface, respectively.

次に、ディッピング法により、窒化ケイ素板の被接合面(20mm×20mmの一つの面)に、前述の塗布液Aを塗布した。その後、塗布液面表面に、シリコンウエハー(SI−500443、ニラコ製)を砕いて作製した金属ケイ素粉末を薄く散布した。 Next, the above-mentioned coating liquid A was applied to the surface to be joined (one surface of 20 mm × 20 mm) of the silicon nitride plate by the dipping method. Then, a metallic silicon powder prepared by crushing a silicon wafer (SI-500443, manufactured by Niraco) was thinly sprayed on the surface of the coating liquid surface.

また、Al−Si−Sn合金板を塗布液A中に浸漬して、全面に塗布液Aを設置した。 Further, the Al—Si—Sn alloy plate was immersed in the coating liquid A, and the coating liquid A was placed on the entire surface.

次に、窒化ケイ素板を、被接合面が上向きとなるようにして、台上に水平に設置した。また、被接合面に、Al−Si−Sn合金板を設置した。Al−Si−Sn合金板は、第2の表面が窒化ケイ素板の被接合面に対面するように設置した。 Next, the silicon nitride plate was placed horizontally on the table so that the surface to be joined was facing upward. Further, an Al—Si—Sn alloy plate was installed on the surface to be joined. The Al—Si—Sn alloy plate was installed so that the second surface faced the surface to be joined of the silicon nitride plate.

次に、Al−Si−Sn合金板の上に、アルミニウム板を設置した。さらに、アルミニウム板の上に、重しとして、縦40mm×横40mm×厚さ11mmのアルミナブロック(重量約70g)を配置した。 Next, an aluminum plate was placed on the Al—Si—Sn alloy plate. Further, an alumina block (weight of about 70 g) having a length of 40 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 11 mm was arranged on the aluminum plate as a weight.

次に、得られた組立体を、アルゴン雰囲気下、620℃で4時間熱処理した。これにより、窒化ケイ素板、Al−Si−Sn合金板、およびアルミニウム板が接合された接合体が得られた。以下、この接合体を、「例15に係る接合体」と称する。 Next, the obtained assembly was heat-treated at 620 ° C. for 4 hours under an argon atmosphere. As a result, a bonded body in which a silicon nitride plate, an Al—Si—Sn alloy plate, and an aluminum plate were joined was obtained. Hereinafter, this joint will be referred to as "the joint according to Example 15".

走査型電子顕微鏡を用いて、アルミニウム板とAl−Si−Sn合金板の間、およびAl−Si−Sn合金板と窒化ケイ素板の間に形成された接合層を観察した。その結果、いずれの接合層においても、特にクラックやボイド等の欠陥は認められなかった。 Using a scanning electron microscope, the bonding layers formed between the aluminum plate and the Al—Si—Sn alloy plate and between the Al—Si—Sn alloy plate and the silicon nitride plate were observed. As a result, no defects such as cracks and voids were observed in any of the bonding layers.

また、例15に係る接合体を用いて、前述の耐熱特性試験を実施した。試験後に接合体を観察したところ、何れの箇所にも剥離や損傷等の異常は認められず、例15に係る接合体は、健全な状態であった。 Further, the above-mentioned heat resistance property test was carried out using the bonded body according to Example 15. When the joint was observed after the test, no abnormality such as peeling or damage was observed at any of the portions, and the joint according to Example 15 was in a healthy state.

本願は2016年6月9日に出願した日本国特許出願2016−115124号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2016-115124 filed on June 9, 2016, and the entire contents of the Japanese application are incorporated herein by reference.

100 第1の接合体
110 アルミニウム部材
120 合金部材
130 セラミックス部材
140 第1の接合層
150 第2の接合層
200 第2の接合体
210 アルミニウム部材
220 第1の合金部材
225 第2の合金部材
230 セラミックス部材
240 第1の接合層
250 第2の接合層
260 第3の接合層
100 First joint body 110 Aluminum member 120 Alloy member 130 Ceramic member 140 First joint layer 150 Second joint layer 200 Second joint 210 Aluminum member 220 First alloy member 225 Second alloy member 230 Ceramics Member 240 First bonding layer 250 Second bonding layer 260 Third bonding layer

Claims (13)

アルミニウム部材とセラミックス部材と、それらの間の1個または2個の合金部材とを有する接合体の製造方法であって、
準備ステップと、設置ステップと、組立ステップと、加熱ステップとを備え、
前記合金部材が1個の場合、
前記準備ステップが、
(a)(1)前記アルミニウム部材、(2)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有する前記セラミックス部材、ならびに(3)第1および第2の表面を有し、アルミニウムを含む第1の合金部材を準備する、準備ステップであり、前記第1の合金部材は、Al−Si合金、Si−Al合金、Al−Sn合金、およびAl−Si−Sn合金からなる群から選定され(ただし、前記第1の合金部材が、前記セラミックス部材のセラミックス成分および前記アルミニウム部材の合金成分のみで構成される場合、ならびに前記セラミックス部材のセラミックス成分を含む場合を除く)、
前記設置ステップが、
(b)前記アルミニウム部材の被接合面および前記第1の合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材を設置するとともに、前記セラミックス部材の被接合面および前記第1の合金部材の第2の表面の少なくとも一方に、第2の接合材を設置する、設置ステップであり、
前記組立ステップが、
(c)前記アルミニウム部材、前記第1の合金部材、および前記セラミックス部材を、前記第1の合金部材の前記第1の表面が前記アルミニウム部材の被接合面と対面し、前記第2の表面が前記セラミックス部材の被接合面と対面するように積層し、組立体を構成する、組立ステップであり、
前記合金部材が2個の場合、
前記準備ステップが、
(a)(1)前記アルミニウム部材、(2)アルミニウムおよび/またはケイ素を含有する前記セラミックス部材、(3)第1および第2の表面を有し、アルミニウムを含む第1の合金部材、ならびに(4)第3および第4の表面を有し、アルミニウムを含む第2の合金部材を準備する、準備ステップであり、前記第1および第2の合金部材は、それぞれ、Al−Si合金、Si−Al合金、Al−Sn合金、およびAl−Si−Sn合金からなる群から選定され(ただし、前記第1および第2の合金部材が、それぞれ、前記セラミックス部材のセラミックス成分および前記アルミニウム部材の合金成分のみで構成される場合、ならびに前記セラミックス部材のセラミックス成分を含む場合を除く)、
前記設置ステップが、
(b)前記アルミニウム部材の被接合面および前記第1の合金部材の第1の表面の少なくとも一方に、第1の接合材を設置し、前記セラミックス部材の被接合面および前記第2の合金部材の第4の表面の少なくとも一方に、第2の接合材を設置し、前記第1の合金部材の第2の表面および前記第2の合金部材の第3の表面の少なくとも一方に、第3の接合材を設置する、設置ステップであり、
前記組立ステップが、
(c)前記アルミニウム部材、前記第1の合金部材、前記第2の合金部材、および前記セラミックス部材を、前記第1の合金部材の前記第1の表面が前記アルミニウム部材の被接合面と対面し、前記第1の合金部材の前記第2の表面と前記第2の合金部材の前記第3の表面が対面し、前記第2の合金部材の前記第4の表面が前記セラミックス部材の被接合面と対面するように積層し、組立体を構成する、組立ステップであり、
前記合金部材の数によらず、前記加熱ステップが、
(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、400℃〜800℃の温度で加熱する、加熱ステップであり、
前記第1および第2の合金部材の熱膨張係数は、それぞれ、前記アルミニウム部材の熱膨張係数よりも小さく、前記セラミックス部材の熱膨張係数よりも大きく、
前記第2の合金部材の熱膨張係数は、前記第1の合金部材の熱膨張係数よりも小さく、
前記第1、第2、および第3の接合材は、それぞれ独立に、
(i)主鎖がSi−C−Si基およびSi−N−Si基の少なくとも一つを有する有機ケイ素系ポリマー、
(ii)主鎖がSi−O−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
(iii)炭素粉末含有シリカゾル、ならびに
(iv)主鎖がSi−Si基を有する有機ケイ素系ポリマー、
の少なくとも一つを有し、
前記アルミニウム部材は、アルミニウム金属またはAl−Si合金である、接合体の製造方法。
A method for manufacturing a bonded body having an aluminum member, a ceramic member, and one or two alloy members between them.
It has a preparation step, an installation step, an assembly step, and a heating step.
When there is one alloy member,
The preparation step
Prepare the first alloy member having (a) (1) the aluminum member, (2) the ceramic member containing aluminum and / or silicon, and (3) the first and second surfaces and containing aluminum. The first alloy member is selected from the group consisting of Al—Si alloy, Si—Al alloy, Al—Sn alloy, and Al—Si—Sn alloy (however, the first alloy member is selected. unless alloy member, comprise only alloy components of the ceramic component and the aluminum member of the ceramic member, and comprising a ceramic component of the ceramic member)
The installation step
(B) The first bonding material is installed on at least one of the bonded surface of the aluminum member and the first surface of the first alloy member, and the bonded surface of the ceramic member and the first alloy. An installation step in which a second bonding material is installed on at least one of the second surfaces of the member.
The assembly step
(C) The aluminum member, the first alloy member, and the ceramic member, the first surface of the first alloy member faces the bonded surface of the aluminum member, and the second surface faces the bonded surface of the aluminum member. It is an assembly step in which the ceramic members are laminated so as to face the surface to be joined to form an assembly.
When there are two alloy members,
The preparation step
(A) (1) the aluminum member, (2) the ceramic member containing aluminum and / or silicon, (3) a first alloy member having first and second surfaces and containing aluminum, and ( 4) This is a preparatory step of preparing a second alloy member having a third and fourth surface and containing aluminum, and the first and second alloy members are Al—Si alloy and Si−, respectively. Selected from the group consisting of Al alloys, Al—Sn alloys, and Al—Si—Sn alloys (however, the first and second alloy members are the ceramic component of the ceramic member and the alloy component of the aluminum member, respectively. (Except when it is composed of only aluminum and when it contains the ceramic component of the ceramic member),
The installation step
(B) A first bonding material is installed on at least one of the bonded surface of the aluminum member and the first surface of the first alloy member, and the bonded surface of the ceramic member and the second alloy member. A second bonding material is installed on at least one of the fourth surfaces of the first alloy member, and a third surface is provided on at least one of the second surface of the first alloy member and the third surface of the second alloy member. It is an installation step to install the joint material,
The assembly step
(C) The aluminum member, the first alloy member, the second alloy member, and the ceramic member, the first surface of the first alloy member faces the surface to be joined of the aluminum member. The second surface of the first alloy member and the third surface of the second alloy member face each other, and the fourth surface of the second alloy member is the surface to be joined of the ceramic member. It is an assembly step that is laminated so as to face each other to form an assembly.
Regardless of the number of alloy members, the heating step
(D) A heating step in which the assembly is heated at a temperature of 400 ° C. to 800 ° C. under an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere.
The coefficient of thermal expansion of the first and second alloy members is smaller than the coefficient of thermal expansion of the aluminum member and larger than the coefficient of thermal expansion of the ceramic member, respectively.
The coefficient of thermal expansion of the second alloy member is smaller than the coefficient of thermal expansion of the first alloy member.
The first, second, and third joint materials are independently
(I) An organosilicon polymer having a main chain having at least one Si—C—Si group and a Si—N—Si group.
(Ii) An organosilicon polymer having a Si—O—Si group in the main chain,
(Iii) Carbon powder-containing silica sol, and (iv) Organosilicon polymer having a Si—Si group in the main chain,
Have at least one of
A method for manufacturing a bonded body, wherein the aluminum member is an aluminum metal or an Al—Si alloy.
前記第1の合金部材は、内部に該第1の合金部材よりも熱膨張係数が小さい粒子を含む、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the first alloy member contains particles having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the first alloy member. 前記粒子は、金属粒子および合金粒子の少なくとも一つを含む、請求項2に記載の製造方法。 The production method according to claim 2, wherein the particles include at least one of metal particles and alloy particles. 前記(i)の有機ケイ素系ポリマーは、ポリカルボシラン、ポリカルボシラザン、アリルハイドライドポリカルボシラン、ポリチタノカルボシラン、ポリシルメチレン、ポリシラザン、ポリヒドロポリシラザン、およびポリオルガノシラザンからなる群から選定される少なくとも一つを含む、請求項1に記載の製造方法。 The organosilicon polymer of (i) is selected from the group consisting of polycarbosilane, polycarbosilazane, allylhydride polycarbosilane, polytitanocarbosilane, polysilmethylene, polysilazane, polyhydropolysilazane, and polyorganosilazane. The production method according to claim 1, wherein the production method comprises at least one of the above. 前記(ii)の有機ケイ素系ポリマーは、ポリメチルヒドロシロキサン(PMHS)、ポリメチルフェニルシロキサン(PMPhS)、ポリメチルシルセスキオキサン(PMSQ)、およびポリフェニルシロキサン(PPSQ)からなる群から選定される少なくとも一つを含む、請求項1に記載の製造方法。 The organosilicon polymer of (ii) is selected from the group consisting of polymethylhydrosiloxane (PMHS), polymethylphenylsiloxane (PMPHS), polymethylsilsesquioxane (PMSQ), and polyphenylsiloxane (PPSQ). The production method according to claim 1, which comprises at least one of the above. 前記(iv)の有機ケイ素系ポリマーは、ポリヒドロシラン、ポリメチルシラン、およびポリフェニルシランからなる群から選定される少なくとも一つを含む、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the organosilicon polymer of (iv) contains at least one selected from the group consisting of polyhydrosilane, polymethylsilane, and polyphenylsilane. 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、請求項1に記載の製造方法。 The production 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. アルミニウム部材と、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、を含む接合体であって、
前記アルミニウム部材と前記セラミックス部材との間に、第1の接合層、第1の合金部材、第2の接合層がこの順に存在し、
前記第1の合金部材は、アルミニウムを含み(ただし、前記第1の合金部材が、前記セラミックス部材のセラミックス成分および前記アルミニウム部材の合金成分のみで構成される場合、ならびに前記セラミックス部材のセラミックス成分を含む場合を除く)、
前記第1の合金部材の熱膨張係数は、前記アルミニウム部材の熱膨張係数よりも小さく、前記セラミックス部材の熱膨張係数よりも大きく、
前記アルミニウム部材は、アルミニウム金属またはAl−Si合金であり、
前記第1の合金部材は、Al−Si合金、Si−Al合金、Al−Sn合金、およびAl−Si−Sn合金からなる群から選定され、
前記第1および第2の接合層は、それぞれ、
(I)炭素およびケイ素を含み、炭素量が8質量%以上であり、酸素量が30質量%未満である、アモルファス相、および/または
(II)アルミノシリケート、
を含む、接合体。
A bonded body containing an aluminum member and a ceramic member containing aluminum and / or silicon.
A first bonding layer, a first alloy member, and a second bonding layer exist between the aluminum member and the ceramic member in this order.
It said first alloy member comprises aluminum (however, the first alloy member, comprise only alloy components of the ceramic component and the aluminum member of the ceramic member, and the ceramic component of the ceramic member (Except when included),
The coefficient of thermal expansion of the first alloy member is smaller than the coefficient of thermal expansion of the aluminum member and larger than the coefficient of thermal expansion of the ceramic member.
The aluminum member is an aluminum metal or an Al—Si alloy.
The first alloy member is selected from the group consisting of Al—Si alloys, Si—Al alloys, Al—Sn alloys, and Al—Si—Sn alloys.
The first and second bonding layers are, respectively.
(I) Amorphous phase and / or (II) aluminosilicate, which contains carbon and silicon, has a carbon content of 8% by mass or more and an oxygen content of less than 30% by mass.
Containing, including.
さらに、前記第2の接合層と前記セラミックス部材の間に、第2の合金部材及び第3の接合層をこの順に有し、
前記第2の合金部材は、Al−Si合金、Si−Al合金、Al−Sn合金、およびAl−Si−Sn合金からなる群から選定され(ただし、前記第2の合金部材が、前記セラミックス部材のセラミックス成分および前記アルミニウム部材の合金成分のみで構成される場合、ならびに前記セラミックス部材のセラミックス成分を含む場合を除く)、
前記第2の合金部材の熱膨張係数は、前記第1の合金部材の熱膨張係数よりも小さく、前記セラミックス部材の熱膨張係数よりも大きく、
前記第3の接合層は、
(I)炭素およびケイ素を含み、炭素量が8質量%以上であり、酸素量が30質量%未満である、アモルファス相、および/または
(II)アルミノシリケート、
を含む、請求項8に記載の接合体。
Further, a second alloy member and a third bonding layer are provided between the second bonding layer and the ceramic member in this order.
The second alloy member is selected from the group consisting of Al—Si alloy, Si—Al alloy, Al—Sn alloy, and Al—Si—Sn alloy (however, the second alloy member is the ceramic member. ( Except when it is composed only of the ceramic component of the above and the alloy component of the aluminum member, and when it contains the ceramic component of the ceramic member),
The coefficient of thermal expansion of the second alloy member is smaller than the coefficient of thermal expansion of the first alloy member and larger than the coefficient of thermal expansion of the ceramic member.
The third bonding layer is
(I) Amorphous phase and / or (II) aluminosilicate, which contains carbon and silicon, has a carbon content of 8% by mass or more and an oxygen content of less than 30% by mass.
The joined body according to claim 8.
前記第1の合金部材は、内部に該第1の合金部材よりも熱膨張係数が小さい粒子を含む、請求項8に記載の接合体。 The bonded body according to claim 8, wherein the first alloy member contains particles having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the first alloy member. 前記第2の合金部材は、内部に該第2の合金部材よりも熱膨張係数が小さい粒子を含む、請求項9に記載の接合体。 The bonded body according to claim 9, wherein the second alloy member contains particles having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the second alloy member. 前記粒子は、金属粒子および合金粒子の少なくとも一つを含む、請求項10または11に記載の接合体。 The conjugate according to claim 10 or 11, wherein the particles include at least one of metal particles and alloy particles. 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む、請求項8に記載の接合体。 The junction according to claim 8, wherein the aluminum and / or silicon-containing ceramic member comprises at least one material selected from the group consisting of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, mullite and aluminosilicate.
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