JPH0292492A

JPH0292492A - ロウ材料

Info

Publication number: JPH0292492A
Application number: JP24642888A
Authority: JP
Inventors: Keisei Seki; 経世関; Isao Okutomi; 功奥富
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-03
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3057662B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、ロウ材料に関する。

（従来の技術）一般に、複数の部品の接合に用いられる接合材料として
は、高い接合強度を持つことが要求される。また近年で
は、接合時の省エネルギー或いは被接合物が受ける熱ス
トレスの軽減化、炉の汚染の軽減化の観点から、低い作
業温度、即ち、低い溶融温度を有することも併せて要求
されてきている。

さて、従来から、接合作業雰囲気の如何を問わず安定し
て適用できるロウ材料としては、銀（以下、Ａｇと称す
る）に、銅（以下Ｃｕと称する）を２８重量パーセント
（以下、ｖｔ％と称する）添加したＡｇ−Ｃｕ共晶合金
（Ｊ　Ｉ　Ｓ、　ＢＡｇ−ｓ　）が主に用いられている
。

しかし乍ら、上記Ａｇ−Ｃｕ共晶合金は、その溶融温度
が７７９℃と高いため、実際の接合作業温度は８００℃
を越える高温を選択しなければならず、被接合物によっ
ては熱ストレスに耐えられないケースが多々発生してい
る。そして、この接合作業温度を７５０℃以下とするた
めには、接合合金の溶融温度は更に数十℃低い７３０℃
以下、好ましくは７００℃以下である必要がある。

そこで、かかるロウ材料の低溶融点化の技術の一つとし
ては、例えばＪＩＳ規格のＢ　Ａ　ｇ−２（３５％Ａｇ
−２６％Ｃｕ−２１％Ｚｎ−１８％Ｃｄ、液相温度的７
００℃）が知られている。

しかし乍ら、上記ロウ材料は、低溶融温度化には有効で
あるが、亜鉛、カドミウム（以下、夫々Ｚｎ、Ｃｄと称
する）等の高蒸気圧元素を含有するため、接合炉内壁の
汚染、被接合物の汚染、人体への悪影響も指摘されてい
る。

また、ロウ材料の低溶融点化を図るその他の技術としは
、人体へのＣｄの影響をなくするためにインジウム、錫
（以下、夫々Ｉｎ、Ｓｎと称する）を活用する方法が知
られている。

例えば、特開昭５０−７４５５１号公報（Ａｇ−４５〜
６０％、Ｃｕ＝１５〜２５％、Ｚｎ−１９〜２９％、５
ｎ−０，５〜４％、Ｉｎ−０，５〜５％）、特開昭５１
−６２１６４号公報（Ａｇ−２５〜３７％。

Ｃｕ＝３５〜７２％、Ｐ（リン）−１〜７％、またはこ
れにＩ　ｎ　−１〜７％、Ｚｎ−１〜２７％のＩＦＩ又
は２ＰＩ）、特開昭５１−１１７１４８号公報（Ａｇ−１８〜４８％
。

Ｃｕ＝１５〜４０％、Ｚｎ−２０〜３５％、Ｓｎ−０，
５〜７％またはこれにＩｎ票０．５〜７％。

Ｍｎ　（マンガン）−０，１５〜２％、　　Ｌｉ　　（
リチウム）−０，１５〜５％の少なくとも２種）、特開
昭５１−１２８６６４号公報（Ａ　ｇ　＝　３０〜５０
％。

Ｃｕ−１０〜２５％、Ｚｎ−１０〜２５％、Ｃｄ−１５
〜３０％：こＩｎ、Ｓｎ、Ｇａ　（ガリウム）、Ｇｅ（
ゲルマニウム）の１種のときには１〜１２％、２８のと
きには１〜１５％）等が知られている。

しかし乍ら、これら各公報に開示されているロウ材料に
おいては、Ｉｎ、Ｓｎが低い蒸気圧特性を有するものの
、いずれもＺｎ等高蒸気圧元素も含有しているため、上
記ロウ材料Ｂ　Ａ　ｇ−２と同様の欠点がある。

さらに、ロウ材料の低溶融点化を図るその他の技術とし
ては、ＡｇとＣｕとをベースとし、ＳｎとＩｎとを共同
添加したＡｇ−Ｃｕ−８ｎ−Ｉｎ４元素がロウ材料とし
て特開昭５１−１３２１４号、にて開示されている。す
なわち、Ａｇ”７０〜４７ｖｔ％、Ｃｕ−２５〜４０ｖ
ｔ％、５ｎ−２〜６ｖｔ％。

ｌｎ＝３〜７ｖＬ％からなり、雰囲気ガス中または真空
中での接合が可能な銀ロウ合金であることを主旨として
いる。

しかし乍ら、この合金組成の範囲では、低溶融点化に対
して最も期待できる可能性の高いＳｎｍ６ｖｔ％、Ｉｎ
−７ｖｔ％の合金においてさえ接合作業温度が７５０℃
以下となり、成る程度の接合強度は得られるものの被接
合物への熱ストレスが著しくなる等、実質的に好ましい
接合結果を得ることが困難である。

（発明が解決しようとする課題）上記した様に、接合炉内壁の汚染や被接合物の汚染、人
体への影響を考慮したロウ材料にあっては、融点が高い
という欠点が有る。

そこで、本発明は上記した事情に鑑みてなされたもので
、その目的とするところは接合炉内壁の汚染や被接合物
の汚染、人体へ悪影響を与えず、しかも接合強度は従来
と同様な低融点を有するロウ材料を提供することにある
。

〔発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記の目的を達成するため、実質的にＡｇとＣ
ｕ及びこれらＡｇ、Ｃｕと共晶を形成する以下に示す条
件を満足する少なくとも１種類以上の他の元素からロウ
材料を構成したものである。

少なくともＩＦｌｉ類以上の他の元素は（ａ）Ｃｕと共
晶を形成すること、（ｂ）Ｃｕと少なくともＩＦＪ類以上の化合物を形成し
、かつその化合物のうち、何れかＩＦＩｉ類の化合物と
Ｃｕが共晶を形成すること、（ｃ）Ｃｕと少なくとも１種類以上の化合物を形成し、
かつその化合物のうち、何れかＩＦｉ類の化合物と当該
元素とが共晶を形成すること、（ｄ）Ｃｕと少なくとも
２種類以上の化合物を形成し、かつその化合物のうち何
れか２ＦＪ類の異なる化合物が共晶を形成すること、の４条件のうち少なくとも１条件を満足し、かつ（ｅ）
Ａｇと共晶を形成すること、（ｆ）Ａｇと少なくとも１種類以上の化合物を形成し、
かつその化合物のうち、何れかＩＦＩ類の化合物とＡｇ
が共晶を形成すること、（ｇ）Ａｇと少なくとも１種類以上の化合物を形成し、
かつその化合物のうち、何れか１８類の化合物と当該元
素とが共晶を形成すること、（ｈ）Ａｇと少なくとも２
種類以上の化合物を形成し、かつその化合物のうち何れ
か２ＦＩｉ類の異なる化合物が共晶を形成すること、の４条件のうち少なくとも１条件を満足するものである
。

（作用）上記した構成のロウ材料にあっては、ＡｇとＣｕ及びこ
れらＡｇとＣｕに対して共晶を形成するというある特有
の性質を有する１ｇＩ類以上の他の元素が加えられるこ
とによってロウ材料の低融点化を達成することができる
。

即ち、ＡｇとＣｕに、Ｃｕに対しては上記（ａ）〜（ｄ
）のうち少なくとも１条件を満足し、かつＡｇに対して
は上記（ｅ）〜（ｈ）のうち少なくとも１条件を満足す
る他の元素を１種類以上加えることによって、ＡｇとＣ
ｕとこれらの添加元素間で化合物を含む場合もあるが、
３元素以上の共晶点あるいはそれに近い融点を有するこ
とが可能となる。これらの共晶は、ＡｇとＣｕ以外の構
成元素の数によっては複数の共晶を得ることがある。ま
た本発明によるロウ材料においては、融点の低下を目的
としていることから、厳密な共晶を有する必要はなく、
場合によっては組織的に共晶である部分が少なくとも何
ら問題はない。

このようにＡｇとＣｕ及び前述した第３の元素を添加す
ることにより、７３０℃以下の融点を有するロウ材料が
得られ、７５０℃以下の作業温度でロウ付けすることが
でき、その接合強度は前述したＡｇ−Ｃｕ共晶合金に劣
らないものである。

（実施例）以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

まず、実施例の説明に先立ち、本発明のロウ材料を得る
までの考察について説明する。

本発明者らは、現在一般に使用されているロウ材の中で
接合炉内壁の汚染や被接合物の汚染、人体への悪影響が
なく、かつある程度の接合強度を有するロウ材料は、前
述したＡｇ−Ｃｕ共晶合金が低融点ロウ材料の基本とな
っている事に青眼した。前述したＡｇ−Ｃｕ共晶合金以
外の低融点ロウ材料は全て、Ａｇ−Ｃｕ共晶合金に１種
類以上の元素を添加している事からも理解できる。

本発明者らがこれら既存しているロウ材料について種々
検討したところ、これらの添加元素は、はとんどがＡｇ
及びＣｕと固溶体を形成する元素であることが判明した
。

そこで、本発明では、ＡｇとＣｕ以外にロウ＋４料を構
成する元素として、ＡｇとＣｕに対して共晶を形成する
他の元素を取り入れたものである。

その理由は本発明者が研究したところ、固溶体を形成す
るよりも共晶を形成した方が融度の降下が著しい事が判
明したからである。この様にＡｇ。

Ｃｕおよび前述の元素が共晶を形成することによってロ
ウ材の融点を低下させる事に成功したつ但し、本発明者
らの研究によれば、これら三種類以上の元素間で純粋な
共晶を得る事はまれであり、化合物を含んだ共晶を得る
のが一般的である。このために加工にはある程度の工夫
が必要である。

またこれらＡｇ、Ｃｕ以外の他の元素は融点を低下させ
る事が目的なので、完全な共晶を得る必要はなく、場合
によってはロウ材料中の共晶である部分が微少であって
もなんら支障はない。

この様に、Ａｇ、Ｃｕおよび上述した他の元素によって
形成されるロウ材料は、作業温度、ロウ材は強度、ロウ
材の使用形態によって任意の組成を選ぶ事ができる。

但し、Ａｇ−Ｃｕ以外の他の元素の比率が増大していく
と、加工性に難点が生じ、さらに加工に工夫が必要であ
るが、場合によっては粉末化して使用する事も可能であ
り、使用上問題は問題はない。また、これらの元素の比
率が小さい時も粉末での使用は可能である。

また、これら他の元素は当然ながらＣｕよりも蒸気圧の
高いＡｇと同等あるいは、それ以外の蒸気圧の特性を有
するものの方が望ましい。

次に、二〇ロウ材料の製造方法の一例を説明する。

カーボンるつぼ中にＡｇ５４ｖｔ％、Ｃｕ３９ｖｔ％お
よびＹ７ｖｔ％を全体で１５ｋｇとなるように挿入し、
１０−’Ｔｏｏｒ以下の高真空中にて高周波誘導コイル
を用いて溶解する。完全に溶解した後、内のり１８（龍
）　Ｘ８０　（＋ａｍ）　ｘｌ、のカーボン鋳型に注ぎ
、１８Ｘ８０ＸＬのインゴットを得る。この様にして製
造されたインゴットはほぼ配合時と同様の組成を得る。

以下このインゴットは熱間鍛造、熱間圧延等の熱間加工
と冷間圧延等の冷間加工で所定の形状に加工できる。ま
たインゴットから直接、粉末とすることもできる。

加工に難点のある場合には、ＳＵＳ材等の薄板或いはパ
イプと共に加工することによって、所定の形状のロウ材
料を得ることができる。更に回転ロールにロウ合金の溶
湯を直接吹きつけることによって、粉末化することもで
きる。

以上の様にして得られたＡｇ−Ｃｕ−Ｙ合金は７５０℃
の作業温度で所定の素材の接合ができ、かつその強度も
共晶Ａｇ−Ｃｕ合金とほぼ同等である。

次に、以上の様にして製造された各ロウ材料を比較例と
対比しながら述べる。なお、この各側において評価した
ときの条件、方法は次の通りである。

（１）接合強度 φ７Ｘｇの鋼材２本を軸方向に上下に対向させ、その間
に所定の形状に製造したロウ材料を挟み、第１表に示す
接合条件にてロウ接合を行なった。

その後、引張試験材にてその接合強度を全荷重として測
定した。なお、各実施例につき３水準の試験片で評価し
、そのバラツキも確めた。

（ｎ）比較例比較材として共晶Ａｇ−Ｃｕのロウ材を使用した。前述
した接合強度を測定する為の試験片を得るため、所定の
位置に共晶Ａｇ−Ｃｕロウを挟み込み、真空中で各々８
００℃、７００℃でロウ付けを行なった（第１表の比較
例１と２）。

その結果、第１表に示すように８００℃でロウ付けを行
った比較例−１では、はぼ所定の接合強度を得られたが
、７５０℃でロウ付けを行った比較例−２ではロウは溶
融しておらず、十分な接合強度は得られなかった。

（ＩＩＩ）実施例ＡｇとＣｕを主成分とし、それにＹを７．２゜１９．８
．２７．１，４５．６ｖｔ％含有させたロウ材料を製作
した（第１表の実施例１〜６）。ロウ材料の形状は加工
性をも考慮し、Ｙが７．２ｖｔ％のロウ材料は板材とし
く第１表の・実施例１〜２）　、１９．８ｖｔ％のロウ
材料は、板材と粉末としく第１表の実施例３．４）　　
２７．ｌｖｔ％。

４５．６ｖｔ％のロウ材料は粉末とした（第１表の実施
例５．６）。

以上のロウ材料を前述した様にＣｕの間に挟み、真空中
で７５０℃でロウ付けを行なった（実施例２は除く）。

その結果、全て比較例１と同等或いはそれ以上の接合強
度を有した。

また、実施例２に示す様に、Ｙが７．２ｖｔ％のものは
、真空中、７３０℃のロウ付は条件でも実施例−１と同
等の特性を得る事ができた。

次に第１表の実施例７，８に示すような元素としてＹ以
外に本条件を満たす元素について検討する。

ＡｇとＣｕを主元索とし、Ｃｅを７，５νｔ％添加した
もの（実施例７）　、Ｔｈを６．８ｗｔ％添加したもの
（実施例−８）を製作した。これらのロウ材料を用いて
真空中、７３０℃でロウ接合を行った。その結果ロウ材
は性は良好で比較例−１と同等かそれ以上の接合強度を
有した。

また第１表の実施例９に示すようなＡｇ、Ｃｕ以外に複
数の他の元素を加える事について検討する、Ａｇ、Ｃｕ
を主成分とし、他にＹを３６９ｖｔ％、Ｔｈを３．４ｖ
ｔ％添加したロウ材料を製作した。このロウ材料を用い
て、真空中、７５０℃でロウ接合を行った。その結果比
較例−１と同等かそれ以上の接合強度を有した。

さらに第１表の実施例１０に示すロウ材は雰囲気につい
て検討する。

実施例−１で使用したロウ材と同様の材料を水素雰囲気
中で７５０℃で接合条件を行った。その結果実施例−１
と同等の特性を示した。

なお、実施例１〜１０において、Ａｇ、Ｃｕ以外の他の
元素、および組成については一部分しか説明しなかった
が、説明しなかった元素の特性が、これにほぼ同様であ
る事を考えれば、同様な性質のロウ材料を得ることは明
白である。

また、本発明に於いて、Ａｇ＋Ｃｕの総ｆｆ１ｆｆｉ％
が８０ｖｔ％以上と多い方が板材化が容易であるが粉末
による利用を行えば、Ａｇ＋Ｃｕの総ｆｆ１ｆｆｉ％は
なんら制限されるものではない。

［発明の効果］以上の様に本発明によれば、接合炉内壁の汚染や被接合
物の汚染、人体への悪影響を与えず、しかも従来と同等
な接合強度を有する低融点のロウ材料を提供する事がで
きる。

Claims

【特許請求の範囲】実質的にＡｇとＣｕ及びこれらＡｇ、Ｃｕと共晶を形成
する以下に示す条件を満足する少なくとも１種類以上の
他の元素から構成したことを特徴とするロウ材料。少なくとも１種類以上の他の元素は（ａ）Ｃｕと共晶を形成すること、（ｂ）Ｃｕと少なくとも１種類以上の化合物を形成し、
かつその化合物のうち、何れか１種類の化合物とＣｕが
共晶を形成すること、（ｃ）Ｃｕと少なくとも１種類以上の化合物を形成し、
かつその化合物のうち、何れか１種類の化合物と当該元
素とが共晶を形成すること、（ｄ）Ｃｕと少なくとも２種類以上の化合物を形成し、
かつその化合物のうち何れか２種類の異なる化合物が共
晶を形成すること、の４条件のうち少なくとも１条件を満足し、かつ（ｅ）
Ａｇと共晶を形成すること、（ｆ）Ａｇと少なくとも１種類以上の化合物を形成し、
かつその化合物のうち、何れか１種類の化合物とＡｇが
共晶を形成すること、（ｇ）Ａｇと少なくとも１種類以上の化合物を形成し、
かつその化合物のうち、何れか１種類の化合物と当該元
素とが共晶を形成すること、（ｈ）Ａｇと少なくとも２種類以上の化合物を形成し、
かつその化合物のうち何れか２種類の異なる化合物が共
晶を形成すること、の４条件のうち少なくとも１条件を満足するものである
。