JPH0375279A - Bonded product of alumina ceramics to iron-nickel alloy and bonding method thereof - Google Patents
Bonded product of alumina ceramics to iron-nickel alloy and bonding method thereofInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明はアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金と
の接合体およびその接合方法に係り、特に光電子増倍管
に好適に用いられる接合体およびその接合方法に関する
。Detailed Description of the Invention "Field of Industrial Application" The present invention relates to a bonded body of alumina ceramics and an iron-nickel alloy and a method for bonding the same, and in particular to a bonded body suitable for use in photomultiplier tubes and its bonding method. Regarding the joining method.
「従来技術とその課題」
真空気密性および高絶縁性が要求される電気機器部品、
例えば光電子増倍管をアルミナセラミックスと金属との
接合体で構成する場合には、アルミナセラミックスと鉄
・ニッケル系合金との接合体を用いるのが一般的である
。これは、鉄・ニッケル系合金からアルミナセラミック
スと熱膨張係数の近似する合金が得られるためであり、
アルミ＋−ｔｙラミックスの熱応力破壊を避けることが
できるからである。"Conventional technology and its issues" Electrical equipment parts that require vacuum tightness and high insulation properties,
For example, when a photomultiplier tube is constructed from a bonded body of alumina ceramics and metal, it is common to use a bonded body of alumina ceramics and an iron-nickel alloy. This is because an alloy with a thermal expansion coefficient similar to that of alumina ceramics can be obtained from an iron-nickel alloy.
This is because it is possible to avoid thermal stress fracture of the aluminum+-ty laminated material.
上記組合せによる接合体は、一般に“テレフンケン法”
と呼ばれる方法によって接合されている。The bonded product made by the above combination is generally produced using the “Telefunken method”.
They are joined by a method called
この方法は第２図に示すように、アルミナセラミックス
基板ｌ上にＭｏ−Ｍｎ混合粉末をペースト状にして一定
厚さに塗布し、加湿水素気流中で高温加熱してメタライ
ズ層２を形成すると共に、メタライズ層２の表面にＮｉ
メツキ層３を形威し、さらにＮｉメツキ１ｗ３の上にろ
う材４を介して鉄・ニッケル系合金基板５を載置して接
合する方法である。As shown in Fig. 2, this method involves applying Mo-Mn mixed powder in paste form to a constant thickness on an alumina ceramic substrate l, and heating it at high temperature in a humidified hydrogen stream to form a metallized layer 2. , Ni on the surface of the metallized layer 2
This is a method in which the plating layer 3 is formed, and then the iron-nickel alloy substrate 5 is placed on the Ni plating 1w3 via the brazing material 4 and bonded.
しかしながら、上述のテレフンケン法によって接合体を
得るには、Ｍｏ−Ｍｎ混合粉末によって形成されるメタ
ライズ層２による接合機構に起因して以下に述べるよう
な不都合がある。However, obtaining a bonded body by the above-mentioned Telefunken method has the following disadvantages due to the bonding mechanism using the metallized layer 2 formed of the Mo--Mn mixed powder.
メタライズ層２による接合機構を説明すると、加湿水素
気流中での高温加熱によりＭｏは金属状態を維持するも
のの、適当濃度の水分が供給されることにより酸素分圧
がコントロールされ、Ｍｎ表面が酸化されてＭｎＯとな
る。そして、このＭｎＯがアルミナセラミックス基板の
主成分であるＡｌ２ｔＯｓや、アルミナセラミックス中
に不純物として含まれる５ｉｄｅと反応してＭ ｎ Ｏ
Ａ １２ｔ Ｏ５５１０ｍ系の低融点ガラスを形成し、
これがＭ。To explain the bonding mechanism by the metallized layer 2, Mo maintains its metallic state by heating at high temperature in a humidified hydrogen stream, but the oxygen partial pressure is controlled by supplying moisture at an appropriate concentration, and the Mn surface is oxidized. becomes MnO. Then, this MnO reacts with Al2tOs, which is the main component of the alumina ceramic substrate, and 5ide, which is contained as an impurity in the alumina ceramics, to form MnO.
A 12t O5510m-based low melting point glass is formed,
This is M.
−Ｍｎの空隙を充填することにより、アルミナセラミッ
クス基板口と接合する。このように、上記メタライズ層
２にはＭｏ −Ｍｎ −ＭｎＯ−Ａ１２ｔＯｓＳｉｎｇ
系の反応相が形成されることになる。- By filling the void with Mn, it is bonded to the alumina ceramic substrate opening. In this way, the metallized layer 2 has Mo-Mn-MnO-A12tOsSing.
A reactive phase of the system will be formed.
ところが、水素気流中に供給する水蒸気量は、酸素分圧
と関連して形成されるＭｎＯＡ１２＊０ｓ−８ｉｎｓ系
ガラスの組成に大きく影響するものであり、この水蒸気
量によって該ガラスの物性、例えば熱膨張係数などが大
きく左右される。したがって、Ｍｏ−Ｍｎメタル間に微
小クラックが発生して真空気密性を損なうことがないよ
う、水蒸気量を厳密にコントロールする必要があること
から、操作条件やその制御等も煩雑となり、しかもこの
接合方法ではアルミナセラミックスと合金との間にメタ
ライズ層２、メツキ層３、およびろう材４層を順次形成
する多段プロセスであることから、コストの高い接合方
法となっている。However, the amount of water vapor supplied into the hydrogen stream has a large effect on the composition of the MnOA12*0s-8ins glass formed in relation to the oxygen partial pressure, and the amount of water vapor affects the physical properties of the glass, such as thermal properties. The coefficient of expansion is greatly affected. Therefore, it is necessary to strictly control the amount of water vapor to prevent micro-cracks from occurring between the Mo-Mn metals and impairing the vacuum tightness. This makes the operating conditions and their control complicated, and the bonding process is complicated. Since the method is a multi-step process in which a metallized layer 2, a plating layer 3, and four layers of brazing material are sequentially formed between the alumina ceramics and the alloy, it is a high-cost joining method.
また、このような方法ではアルミナセラミックス中に含
まれる不純物としての５ｉｎｓが接合に関与するため、
純度９４〜９６％のアルミナセラミックスが一般に使用
され、９９．５％以上のＡｈＯｓを含む高純度アルミナ
セラミックスが使用できなかった。その結果、このよう
な純度の低いアルミナセラミックスを使用するために、
高純度アルミナセラミックスで得られる高絶縁特性が損
なわれ、例えば光電子増倍管として用いる場合では高電
圧に対して不利となる。In addition, in this method, 5ins as an impurity contained in alumina ceramics is involved in bonding.
Alumina ceramics with a purity of 94-96% are generally used, and high purity alumina ceramics containing 99.5% or more of AhOs cannot be used. As a result, to use such low purity alumina ceramics,
The high insulation properties obtained with high-purity alumina ceramics are impaired, and when used as a photomultiplier tube, for example, it is disadvantageous against high voltages.
一方、上記テレフンケン法とは別に、チタンを数％含む
活性金属ろう材、例えばＡｇ−Ｃｕ−ＴｉまたはＣｕ−
Ｔｆなどの系を用いて接合する方法も知られている。こ
の接合方法ではＡｇ−ＣｕあるいはＣｕなどの軟質金属
が共存することでアルミナセラミックスと鉄・ニッケル
系合金の高温域での熱膨張差（一般に５００℃以上では
鉄・ニッケル系合金の熱膨張係数がアルミナセラミック
スのそれより急激に大きくなる）を緩和して、良好な接
合体を得られることが知られている。On the other hand, apart from the above-mentioned Telefunken method, active metal brazing fillers containing several percent of titanium, such as Ag-Cu-Ti or Cu-
A method of bonding using a system such as Tf is also known. In this joining method, due to the coexistence of soft metals such as Ag-Cu or Cu, there is a difference in thermal expansion between alumina ceramics and iron/nickel alloys at high temperatures (generally, at temperatures above 500°C, the coefficient of thermal expansion of iron/nickel alloys is It is known that it is possible to obtain a good bonded body by mitigating the phenomenon (which increases rapidly compared to that of alumina ceramics).
しかしながら、最近では光電子増倍管の性能要求が厳し
くなっていることから、光電子増倍管として使用する場
合高温での使用に耐え得ることが必須となっていが、上
述のようにＡｇ、Ｃｕなどの軟質金属を多量に含む場合
には耐高温性能が低下するといった不都合がある。However, recently, performance requirements for photomultiplier tubes have become stricter, and when used as a photomultiplier tube, it is essential that they can withstand use at high temperatures. When containing a large amount of soft metal, there is a disadvantage that the high temperature resistance performance decreases.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、高温での使用においても十分な接合強度
および封着性能を保持し、電子管などとして使用する場
合にも真空気密性を十分に保持し、高純度のアルミナセ
ラミックスに対しても、接合性が良好で、なおかつ耐電
圧に対しても優れた性能を保持し得る接合体を簡易な手
段で得る点にある。The present invention was made in view of the above circumstances, and its purpose is to maintain sufficient bonding strength and sealing performance even when used at high temperatures, and to maintain vacuum tightness when used as an electron tube. The object of the present invention is to obtain, by a simple means, a bonded body that can sufficiently hold alumina ceramics, has good bondability even with high-purity alumina ceramics, and maintains excellent performance withstand voltage.
「課題を解決するための手段」
本発明のアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金と
の接合体では、アルミナセラミックスと鉄・ニッケル系
合金との間に、アルミナセラミックスとの界面側より高
チタン含有の接合層、鉄・ニッケル・チタンを主成分と
する第１の合金層、銀・チタン合金層、鉄・ニッケル・
チタンを主成分とする第２の合金層が形成され、かつ高
チタン含有の接合層の層厚が０．１〜５μｍ、鉄・ニッ
ケル・チタンを主成分とする第１の合金層と銀・チタン
合金層との合計の層厚が１〜１００μ膚である接合部を
有したことを上記課題の解決手段とした。"Means for Solving the Problems" In the bonded body of the alumina ceramic and iron/nickel alloy of the present invention, a high titanium content is added between the alumina ceramic and the iron/nickel alloy from the interface side with the alumina ceramic. Bonding layer, first alloy layer mainly composed of iron, nickel and titanium, silver and titanium alloy layer, iron, nickel and titanium.
A second alloy layer containing titanium as a main component is formed, and a bonding layer containing high titanium has a layer thickness of 0.1 to 5 μm, and a first alloy layer containing iron, nickel, and titanium as main components and silver. The above-mentioned problem was solved by having a joint portion having a total layer thickness of 1 to 100 μm with the titanium alloy layer.
またアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金との接
合方法では、アルミナセラミックス側にチタン薄膜また
はチタン薄板が、鉄・ニッケル系合金側に銀薄膜または
銀薄板がそれぞれ配置されるようにして、アルミナセラ
ミックスと鉄・ニッケル系合金との間にチタン薄膜また
はチタン薄板と銀薄膜または銀薄板とを介在せしめ、そ
の後熱拡散処理してアルミナセラミックスと鉄・ニッケ
ル系合金とを接合することを上記課題の解決手段とした
。In addition, in the method of joining alumina ceramics and iron/nickel alloys, a titanium thin film or titanium thin plate is placed on the alumina ceramic side, and a silver thin film or silver plate is placed on the iron/nickel alloy side. A solution to the above problem is to interpose a titanium thin film or a titanium thin plate and a silver thin film or a silver thin plate between the iron/nickel alloy, and then perform a heat diffusion treatment to bond the alumina ceramics and the iron/nickel alloy. And so.
以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.
第１図は本発明の一例を示す図であって、第１図中符号
ｌＯはアルミナセラミックス板（以下、セラミックス板
と略称する）、１１は鉄・ニッケル系合金板（以下、合
金板と略称する）である。これらセラミックス板ｌＯと
合金板１１とは、その間に接合１１２を有したことによ
って接合体１３となっている。FIG. 1 is a diagram showing an example of the present invention, in which reference numeral 1O is an alumina ceramic plate (hereinafter abbreviated as a ceramic plate), and reference numeral 11 is an iron-nickel alloy plate (hereinafter abbreviated as an alloy plate). ). The ceramic plate IO and the alloy plate 11 form a bonded body 13 by having a bond 112 between them.
接合部１２は、セラミックス板ｌＯ側より高チタン含有
の接合層１４、鉄・ニッケル・チタンを主成分とする第
１の合金層１７、銀・チタン合金層１５、鉄・ニッケル
・チタンを主成分とする第２の合金層１６が順次形成さ
れてなるもので、接合１１４の層厚が０．１〜５μｍに
、合金層１７および１５．１６の層厚の合計が１〜１０
０μｍ以下にそれぞれ調整されたものである。The bonding portion 12 includes, from the ceramic plate lO side, a bonding layer 14 with a high titanium content, a first alloy layer 17 containing iron, nickel, and titanium as main components, a silver/titanium alloy layer 15, and a bonding layer 14 containing iron, nickel, and titanium as main components. The second alloy layer 16 is formed in sequence, and the thickness of the bond 114 is 0.1 to 5 μm, and the total thickness of the alloy layers 17 and 15.16 is 1 to 10 μm.
They are each adjusted to 0 μm or less.
次に、請求項２ないし４記載の接合方法に基づいて上記
接合体１３の作製方法を説明する。Next, a method for manufacturing the bonded body 13 will be explained based on the bonding method according to claims 2 to 4.
まず、セラミックス板１０および合金板１１を用意し、
セラミックス板１Ｇ側にチタン薄膜またはチタン薄板が
、鉄・ニッケル系合金側に銀薄膜または銀薄板がそれぞ
れ配置されるようにして、セラミックス板０と合金ｔｉ
との間にチタン薄膜またはチタン薄板と銀薄膜または銀
薄板とを介在せしめる。ここで、チタンおよび銀として
薄膜を用いる場合には、その薄膜形成法として高真空蒸
着法などの物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）やチタン、銀
をターゲットとするスパッタ法が好適に採用される。す
なわち、高真空蒸着法やスパッタ法によってセラミック
ス板ｌＯ上に厚さＩ〜２０μｍのチタン薄膜を形威し、
さらにその上に同じく高真空蒸着法やスパッタ法によっ
て厚さ１〜５０μ厘の銀薄膜を形成し、その後この銀薄
膜上に合金板Ｕを載置する。一方、チタンおよび銀とし
て薄板を用いる場合には、例えば多段圧延法によって厚
さ３〜２０μ膚に形成したチタン薄板と、同様に多段圧
延法によって厚さ３〜１００μ真に形成した銀薄板を予
め用意する。ここで、薄板の厚さを３μ厘以上としたの
は、現在のところ多段圧延法では薄板の厚さを３μ１未
満？こ調整することができないからである。そして、こ
れらをセラミックス板１０と合金板１１との間に挟むと
ともにセラミックス板ｌＯ側にチタン薄板を、また合金
板ｌｌ側に銀薄板を配置せしめる。First, a ceramic plate 10 and an alloy plate 11 are prepared,
Ceramic plate 0 and alloy Ti
A titanium thin film or a titanium thin plate and a silver thin film or a silver thin plate are interposed between the two. Here, when using thin films as titanium and silver, a physical vapor deposition method (PVD method) such as a high vacuum evaporation method or a sputtering method using titanium or silver as a target is suitably adopted as the method for forming the thin film. Ru. That is, a titanium thin film with a thickness of I to 20 μm is formed on a ceramic plate IO by high vacuum evaporation or sputtering,
Further, a thin silver film having a thickness of 1 to 50 .mu.m is formed thereon by the same high vacuum evaporation method or sputtering method, and then the alloy plate U is placed on this thin silver film. On the other hand, when using thin plates as titanium and silver, for example, a titanium thin plate formed to a thickness of 3 to 20 μm by a multi-stage rolling method and a silver thin plate formed to a thickness of 3 to 100 μm by a multi-stage rolling method are prepared in advance. prepare. Here, the reason why the thickness of the thin plate is set to 3μ or more is because the thickness of the thin plate is currently less than 3μ1 in the multi-stage rolling method. This is because it cannot be adjusted. Then, these are sandwiched between the ceramic plate 10 and the alloy plate 11, and a titanium thin plate is placed on the ceramic plate IO side, and a silver thin plate is placed on the alloy plate ll side.
なおこの場合、チタン、銀をそれぞれ異なった状態、す
なわちチタンとして薄膜を用いて銀として薄板を用い、
あるいはチタンとして薄板を用いて銀として薄膜てもよ
く、その場合にも薄膜あるいは薄板をそれぞれ上述した
厚さに調整するのが好ましい。In this case, titanium and silver are used in different states, i.e., a thin film is used for titanium, a thin plate is used for silver,
Alternatively, a thin plate of titanium may be used and a thin film of silver may be used, and in that case as well, it is preferable to adjust the thickness of each thin film or thin plate to the above-mentioned thickness.
このようにしてチタンおよび銀を介在せしめた後、全体
を真空中もしくは不活性ガス中にて９５０〜１２５０℃
程度の温度で５〜３０分間程度加熱して熱拡散処理を施
し、第１図に示した接合体１３を得る。After interposing titanium and silver in this way, the whole is heated to 950 to 1250°C in vacuum or inert gas.
The bonded body 13 shown in FIG. 1 is obtained by heating at a certain temperature for about 5 to 30 minutes to perform a thermal diffusion treatment.
このような熱拡散処理（こよってチタン８Ｍまたはチタ
ン薄板は、合金板１１（鉄・ニッケル系合金）と高温下
で反応してセラミックス［１０（アルミナセラミックス
）との界面にＦ ｅ −Ｎ ｉ −Ｔ ｉを主成分とす
る融体を形成する。そして、この融体がセラミックス板
ｌＯとの良好な反応性および濡れ性を持つことで、冷却
した際高チタン含有の接合層１４となり、これによって
セラミックス板ｌＯとの強固かつ高気密性の接合を一段
で形成するものとなる。Such thermal diffusion treatment (Thus, titanium 8M or titanium thin plate reacts with alloy plate 11 (iron-nickel alloy) at high temperature to form Fe-Ni- at the interface with ceramic [10 (alumina ceramics)]. A melt containing Ti as a main component is formed.This melt has good reactivity and wettability with the ceramic plate 1O, so that when cooled, it forms a bonding layer 14 with a high titanium content. A strong and highly airtight bond with the ceramic plate IO can be formed in one step.
またこのとき、銀薄膜または銀薄板は銀・チタンの融体
を形成することにより、合金板１１とセラミックス板ｌ
Ｏとの応力緩和に寄与するものとなる。Moreover, at this time, the silver thin film or silver thin plate forms a melt of silver and titanium, thereby forming the alloy plate 11 and the ceramic plate l.
This contributes to stress relaxation with O.
このようにして得られた接合体１３において、さらに詳
しくその接合機構を説明すると、セラミックス板ｌＯと
合金１１との接合を形成するのは上述したように高チタ
ン含有の接合層１４である。この接合層１４は、若干の
酸素をセラミックス板ｌＯ側より取り込みつつ合金板１
１と反応して形成される、（Ｆ ｅ Ｎ １）ｔＴ
ｉａｏ に似た構造のものである。またこの接合層１４
の厚さは、２μｍ以下好ましくは０．１〜０．６μｍ程
度とされる。To explain the bonding mechanism in more detail in the thus obtained bonded body 13, it is the high titanium-containing bonding layer 14 that forms the bond between the ceramic plate IO and the alloy 11, as described above. This bonding layer 14 takes in some oxygen from the ceramic plate lO side and
(F e N 1)tT formed by reacting with 1
It has a structure similar to iao. Also, this bonding layer 14
The thickness is 2 μm or less, preferably about 0.1 to 0.6 μm.
一方、鉄・ニッケル・チタンを主成分とする第１の合金
層１７および第２の合金層１６は、加熱接合時に形成さ
れた融体およびチタンが合金板１１に拡散すること、お
よび反応融体の冷却過程で銀・チタン合金層１５からそ
の両側に鉄・ニッケル・チタンを主成分とする合金が難
溶析出することによって必然的に形成されたものである
。そして、これら合金層１７．１６は、合金板１１（鉄
・ニッケル系合金）に比べて熱膨張係数が大きくなると
ともに、チタンを含むことで展延性が減少したものとな
る。On the other hand, the first alloy layer 17 and the second alloy layer 16 whose main components are iron, nickel, and titanium are such that the melt and titanium formed during heat bonding diffuse into the alloy plate 11, and the reaction melt In the cooling process, an alloy containing iron, nickel, and titanium as main components is inevitably formed on both sides of the silver/titanium alloy layer 15 by precipitation. These alloy layers 17 and 16 have a larger coefficient of thermal expansion than the alloy plate 11 (iron-nickel alloy) and have reduced malleability due to the inclusion of titanium.
したがって合金層１７．１６の生成は、上記接合体１３
において熱応力破壊の原因となり好ましくないが、上記
反応融体の形成を伴なう熱拡散接合においては、一定厚
さの合金層１７． ｔａの形成を避けることはできない
のである。この合金層１７．１６の厚さは、上記接合層
１４を形成する際の厚さに依存している。Therefore, the formation of the alloy layer 17.16 occurs in the joined body 13.
In thermal diffusion bonding involving the formation of a reactive melt, the alloy layer 17. of a constant thickness is undesirable because it causes thermal stress fracture. The formation of ta cannot be avoided. The thickness of this alloy layer 17.16 depends on the thickness when forming the bonding layer 14.
したがって本発明では、合金層１７．１６をできるだけ
薄く形成するために、チタン薄膜またはチタン薄板を用
いて接合層１４を形成するとともに熱処理条件を最適化
することで合金層１７．１６の厚さを抑えている。Therefore, in the present invention, in order to form the alloy layer 17.16 as thin as possible, the thickness of the alloy layer 17.16 is reduced by forming the bonding layer 14 using a titanium thin film or a titanium thin plate and optimizing the heat treatment conditions. I'm suppressing it.
また、銀・チタンを主成分とする合金！Ｉ！１１５も、
加熱接合時に形成された融体およびチタンが銀中に拡散
することにより必然的に形成されるものであるが、鉄・
ニッケル・チタン（合金層１７．１６）、鉄・ニッケル
系合金（合金板目）に比べて展延性に優れていることか
ら、セラミックス板ｌＯと合金板１１との間に発生する
熱応力を緩和するものとなる。Also, alloys whose main components are silver and titanium! I! 115 too,
It is inevitably formed when the melt and titanium formed during heat bonding diffuse into silver, but iron and titanium
Nickel/titanium (alloy layer 17, 16) has superior malleability compared to iron/nickel alloy (alloy plate), so it alleviates the thermal stress that occurs between the ceramic plate IO and alloy plate 11. Become something to do.
なお、熱拡散処理により得られる各層の厚さは、予め調
整した薄膜あるいは薄板の厚さに加え、熱拡散処理の条
件によっても十分に制御することが可能である。そして
、このときの熱拡散処理結果で生ずる高チタン含有の接
合層１４の層厚が０．１〜５μ膚、鉄・ニッケル・チタ
ンを主成分とする第１の合金層１７と銀・チタン合金層
１５との合計の層厚が１〜１００μＲとなったとき、安
定した高い接合強度と高い気密性が得られるが、この範
囲外では強度低下が生じたり、融体流出による耐電圧低
下が起こるといった不都合がある。Note that the thickness of each layer obtained by the thermal diffusion treatment can be sufficiently controlled not only by the thickness of the thin film or thin plate adjusted in advance but also by the conditions of the thermal diffusion treatment. Then, the layer thickness of the high titanium-containing bonding layer 14 produced as a result of the thermal diffusion treatment at this time is 0.1 to 5 μm, and the first alloy layer 17 mainly composed of iron, nickel, and titanium and the silver/titanium alloy When the total layer thickness with layer 15 is 1 to 100 μR, stable high bonding strength and high airtightness are obtained, but outside this range, strength decreases and withstand voltage decreases due to melt outflow. There are some inconveniences.
一方、チタンの薄膜または薄板、および銀の薄膜または
薄板は、熱拡散処理時Ｉこおいて、相接する合金層１１
およびセラミックス板１０との反応もしくは拡散におい
て界面近傍が関与するに過ぎない。On the other hand, when the titanium thin film or thin plate and the silver thin film or thin plate are heated, the adjoining alloy layer 11
Only the vicinity of the interface is involved in the reaction or diffusion with the ceramic plate 10.
それゆえ、その厚さと拡散後に得られる各層の厚さとは
必ずしも正比例しないが、特にチタンおよび銀として薄
板を用いた場合、チタン薄板の厚さが２０μ厘、銀薄膜
の厚さが１００μ農を越える場合には、各層中で生成す
る反応融体量が多くなってこれが外部へ流出し易くなり
、得られた接合体１３の高電圧に対する絶縁耐力が著し
く低下する恐れを生ずる。Therefore, its thickness is not necessarily directly proportional to the thickness of each layer obtained after diffusion, but especially when thin plates are used as titanium and silver, the thickness of the titanium thin plate exceeds 20 μm and the thickness of the silver thin film exceeds 100 μm. In such a case, the amount of reaction melt generated in each layer increases and tends to flow out to the outside, resulting in a fear that the dielectric strength of the obtained bonded body 13 against high voltages will be significantly reduced.
一方チタンおよび銀の厚さの下限としては、薄膜を用い
た場合には接合に必要な反応融体量を確保するため１μ
ｍとされ、また薄板を用いた場合には取扱い操作上の作
業性限界から３μｍとされる。On the other hand, when using a thin film, the lower limit of the thickness of titanium and silver is 1 μm in order to secure the amount of reaction melt necessary for bonding.
m, and when a thin plate is used, it is set to 3 μm due to the workability limit in handling operations.
「実施例」 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。"Example" Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.
（実施例Ｉ）
・真空ベーキングテスト
アルミナセラミックスと鉄・ニッケル合金との間に第１
表に示したような異なる厚さのチタンおよび銀を介在せ
しめ、真空中（５Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ）にて９６０〜
１１２０℃で１０分間熱処理し、数種の接合体を得た。(Example I) ・Vacuum baking test The first test between alumina ceramics and iron-nickel alloy
Titanium and silver were interposed at different thicknesses as shown in the table and
Heat treatment was performed at 1120° C. for 10 minutes to obtain several types of joined bodies.
さらに、これらをｓｏｏ’ｃで４時間真空ベーキングし
た後、Ｈｅリークディテクターを用いて耐リーク性を凋
べ、その結果を第１表に示す。Furthermore, after vacuum baking these in soo'c for 4 hours, leak resistance was determined using a He leak detector, and the results are shown in Table 1.
なお、接合に使用したチタンおよび銀の厚さを第１表中
に示す。The thicknesses of titanium and silver used for bonding are shown in Table 1.
第１表
（実施例２）
・圧縮剪断強度試験
接合部の形成材として、チタン薄板および銀薄膜を用い
るか、もしくはスパッタ法によりチタン薄膜および銀薄
膜を形成させたものを用い、接合部の厚さの違いが圧縮
剪断強度にどのような影響を及ぼすかを凋べた。得られ
た結果を第２表に示す。Table 1 (Example 2) - Compressive shear strength test As the forming material for the joint part, a titanium thin plate and a silver thin film were used, or a titanium thin film and a silver thin film were formed by sputtering, and the thickness of the joint part was determined. We investigated how the difference in strength affects compressive shear strength. The results obtained are shown in Table 2.
なお、試験方法はロスヘッドスピード０．５ｘｚ／ｓｉ
ｎの圧縮剪断強度試験（常温）により行った。The test method is loss head speed 0.5xz/si
A compressive shear strength test (at room temperature) was conducted.
また、比較として、チタン厚および銀厚の大きいものを
用いて接合した場合の強度値を凋べ、その結果を第２表
に併記する。In addition, for comparison, the strength values when bonded using materials with a large titanium thickness and a large silver thickness were determined, and the results are also listed in Table 2.
（実施例３）
・耐電圧試験
チタン薄板および銀板の厚みの違いが耐電圧にどのよう
に影響するかを凋べた。試験方法はｌ×１０−”Ｔｏｒ
ｒ以下の真空中にて常温で測定した。(Example 3) - Withstand voltage test How the difference in thickness between the titanium thin plate and the silver plate affects the withstand voltage was investigated. The test method is l×10-”Tor
The measurement was carried out at room temperature in a vacuum below r.
得られた結果を第３表に示す。The results obtained are shown in Table 3.
また、比較として、実施例２で用いたものを用い、同様
にして耐電圧への影響を調べてその結果を第３表に併記
する。In addition, for comparison, the influence on the withstand voltage was similarly investigated using the same as that used in Example 2, and the results are also listed in Table 3.
「発明の効果」
以上説明したように、本発明に係わるアルミナセラミッ
クスと鉄・ニッケル系合金との接合体は、アルミナセラ
ミックスと鉄・ニッケル系合金との間に、アルミナセラ
ミックスとの界面側より高チタン含有の接合層、鉄・ニ
ッケル・チタンを主成分とする第１の合金層、銀・チタ
ン合金層、鉄・ニッケル・チタンを主成分とする第２の
合金層を順次形成してなる接合部を有したものであるの
で、高温使用での接合強度に優れ、例えば電子管等の真
空封管に適用した場合でも、耐電圧耐気密性に優れた効
果を発揮するものとなる。"Effects of the Invention" As explained above, in the bonded body of alumina ceramics and iron/nickel alloy according to the present invention, there is a high temperature difference between the alumina ceramic and the iron/nickel alloy from the interface side with the alumina ceramics. A bond formed by sequentially forming a titanium-containing bonding layer, a first alloy layer containing iron, nickel, and titanium as main components, a silver/titanium alloy layer, and a second alloy layer containing iron, nickel, and titanium as main components. Since it has a part, it has excellent bonding strength when used at high temperatures, and even when applied to vacuum sealed tubes such as electron tubes, for example, it exhibits an excellent effect in voltage resistance and airtightness.
またアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金との接
合方法によれば、従来の接合方法に比べて極めて簡易な
ものとなり、しかも得られた接合体は上述したごとく高
温使用での接合強度に優れたものとなる。Furthermore, the method of joining alumina ceramics and iron-nickel alloys is extremely simple compared to conventional joining methods, and as mentioned above, the resulting joined product has excellent joint strength even when used at high temperatures. becomes.
第１図は本発明に係わる接合体の接合構造を示す断面図
、第２図は従来における接合構造の一例を示す図である
。
ｌＯ・・・・・・アルミナセラミックス板、１１・・・
・・・鉄・ニッケル系合金板、１２・・・・・・接合部
、１３・・・・・・接合体、１４・・・・・・高チタン
含有の接合層、１５・・・・・・銀・チタンを主成分と
する合金層、１６・・・・・・鉄・ニッケル・チタンを
主成分とする第２の合金層、
１７・・・・・・鉄・ニッケル・チタンを主成分とする
第１の合金層。FIG. 1 is a sectional view showing a joining structure of a joined body according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an example of a conventional joining structure. lO...Alumina ceramics plate, 11...
... Iron-nickel alloy plate, 12 ... Joint part, 13 ... Joined body, 14 ... High titanium content bonding layer, 15 ...・Alloy layer mainly composed of silver and titanium, 16... Second alloy layer mainly composed of iron, nickel, and titanium, 17... Mainly composed of iron, nickel, and titanium A first alloy layer.
Claims (4)
とこれらの間に形成された接合部からなる接合体におい
て、 上記接合部が、アルミナセラミックスとの界面側から高
チタン含有の接合層、鉄・ニッケル・チタンを主成分と
する第１の合金層、銀・チタン合金層、鉄・ニッケル・
チタンを主成分とする第２の合金層が順次形成されるこ
とによって鉄・ニッケル系合金と接合し、かつ高チタン
含有の接合層の層厚が０．１〜５μｍ、鉄・ニッケル・
チタンを主成分とする第１の合金層と銀・チタン合金層
との合計の層厚が１〜１００μｍであることを特徴とす
るアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金との接合
体。(1) In a joined body consisting of alumina ceramics and iron/nickel alloys, and a joint formed between them, the joint has a high titanium-containing joint layer, iron, nickel, A first alloy layer containing titanium as a main component, a silver/titanium alloy layer, an iron/nickel/
A second alloy layer containing titanium as a main component is sequentially formed to bond to the iron-nickel alloy, and the layer thickness of the high titanium-containing bonding layer is 0.1 to 5 μm.
A joined body of alumina ceramics and an iron-nickel alloy, characterized in that the total layer thickness of a first alloy layer containing titanium as a main component and a silver-titanium alloy layer is 1 to 100 μm.
ン薄板が、鉄・ニッケル系合金側に銀薄膜または銀薄板
がそれぞれ配置されるようにして、アルミナセラミック
スと鉄・ニッケル系合金との間にチタン薄膜またはチタ
ン薄板と銀薄膜または銀薄板とを介在せしめ、その後熱
拡散処理してアルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合
金とを接合することを特徴とするアルミナセラミックス
と鉄・ニッケル系合金との接合方法。(2) A thin titanium film or a thin titanium plate is placed on the alumina ceramic side, and a thin silver film or a thin silver plate is placed on the iron/nickel alloy side, so that the titanium thin film or plate is placed between the alumina ceramics and the iron/nickel alloy. A method for joining alumina ceramics and an iron/nickel alloy, which comprises interposing a titanium thin plate and a silver thin film or a silver thin plate, and then subjecting the alumina ceramics to a heat diffusion treatment to join the alumina ceramics and the iron/nickel alloy.
ケル系合金との接合方法において、 物理的気相蒸着法あるいはスパッタ法によりアルミナセ
ラミックス上に厚さ１〜２０μｍのチタン薄膜を形成し
、次にその上に物理的気相蒸着法あるいはスパッタ法に
より厚さ１〜５０μｍの銀薄膜を形成し、次いで該銀薄
膜の上に鉄・ニッケル系合金を載置した後、真空中もし
くは不活性気流中で熱拡散処理することを特徴とするア
ルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金との接合方法
。(3) In the method of joining alumina ceramics and an iron-nickel alloy according to claim 2, a titanium thin film with a thickness of 1 to 20 μm is formed on the alumina ceramics by physical vapor deposition or sputtering, and then A thin silver film with a thickness of 1 to 50 μm is formed thereon by physical vapor deposition or sputtering, and then an iron-nickel alloy is placed on top of the thin silver film, and then placed in a vacuum or in an inert gas stream. A method for joining alumina ceramics and iron-nickel alloys, which is characterized by thermal diffusion treatment.
ケル系合金との接合方法において、 アルミナセラミックス側にチタン薄板が、鉄・ニッケル
系合金側に銀薄体がそれぞれ配置されるようにして、ア
ルミナセラミックスと鉄・ニッケル系合金との間に厚さ
３〜２０μｍのチタン薄板と厚さ３〜１００μｍの銀薄
板とを挟み、その後真空中もしくは不活性気流中で熱拡
散処理することを特徴とするアルミナセラミックスと鉄
・ニッケル系合金との接合方法。(4) In the method of joining alumina ceramics and an iron/nickel alloy according to claim 2, the titanium thin plate is placed on the alumina ceramic side and the silver thin body is placed on the iron/nickel alloy side. A thin titanium plate with a thickness of 3 to 20 μm and a thin silver plate with a thickness of 3 to 100 μm are sandwiched between ceramics and an iron/nickel alloy, and then thermal diffusion treatment is performed in a vacuum or in an inert air flow. A method for joining alumina ceramics and iron/nickel alloys.
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| JP1211674A JP2818210B2 (en) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | Jointed body of alumina ceramics and iron-nickel alloy and joining method thereof |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05117842A (en) * | 1991-10-25 | 1993-05-14 | Ulvac Japan Ltd | Method for joining of metal with ceramic |
| JP2020007225A (en) * | 2019-10-08 | 2020-01-16 | Ｎｇｋエレクトロデバイス株式会社 | Cu/CERAMIC SUBSTRATE |
-
1989
- 1989-08-17 JP JP1211674A patent/JP2818210B2/en not_active Expired - Fee Related
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