JPH0551297A - サフアイアの直接接合方法 - Google Patents
サフアイアの直接接合方法Info
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- JPH0551297A JPH0551297A JP23395391A JP23395391A JPH0551297A JP H0551297 A JPH0551297 A JP H0551297A JP 23395391 A JP23395391 A JP 23395391A JP 23395391 A JP23395391 A JP 23395391A JP H0551297 A JPH0551297 A JP H0551297A
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- Japan
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- sapphire
- sapphires
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 接合面にメタライズ処理等を用いず、接合表
面での熱拡散処理により直接接合するサファイアの固定
方法。 【構成】 接合面の表面粗度Ｒmaxが0.1μm以下および
接合面の平坦度が10μm以下の鏡面であり、かつドーピ
ング材を0.1ppm〜５wt％含む２個のサファイアを結晶学
的に同方位に重合わせて加熱処理し接合する。
面での熱拡散処理により直接接合するサファイアの固定
方法。 【構成】 接合面の表面粗度Ｒmaxが0.1μm以下および
接合面の平坦度が10μm以下の鏡面であり、かつドーピ
ング材を0.1ppm〜５wt％含む２個のサファイアを結晶学
的に同方位に重合わせて加熱処理し接合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２個以上のサファイア
部材を熱拡散処理により直接接合するサファイアの固定
方法に関するものである。
部材を熱拡散処理により直接接合するサファイアの固定
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および課題】従来、サファイアの接合方法
としては接着剤により接合する方法もしくは接合面にメ
タライズ処理を行い接合する方法が実施されており、接
着材を使用する方法においては熱硬化型または紫外線硬
化型接着材等のいわゆる有機系接着材を用いる接合方法
が主に使われていた。この方法により接合されたものは
透過性を有する接合面ではあるが、接合後の接着材の耐
熱性、耐薬品性、接合強度等に難点があり、特に有機系
材質であるため高温域での使用が不可能であることが問
題視されていた。
としては接着剤により接合する方法もしくは接合面にメ
タライズ処理を行い接合する方法が実施されており、接
着材を使用する方法においては熱硬化型または紫外線硬
化型接着材等のいわゆる有機系接着材を用いる接合方法
が主に使われていた。この方法により接合されたものは
透過性を有する接合面ではあるが、接合後の接着材の耐
熱性、耐薬品性、接合強度等に難点があり、特に有機系
材質であるため高温域での使用が不可能であることが問
題視されていた。
【０００３】また、メタライズ処理を行なう方法として
はモリブデン−マンガン（Mo-Mn）法がよく用いられる
が、1750℃の高温および水素雰囲気での処理が必要であ
り、かつ処理においてメタル（金属）相の析出を行うた
め透過特性の損失、並びに研磨品においては接合部メタ
ライズ相が外観上見える等、一体成形を思わせる装飾用
サファイア接合部品としての製造方法としては問題があ
った。
はモリブデン−マンガン（Mo-Mn）法がよく用いられる
が、1750℃の高温および水素雰囲気での処理が必要であ
り、かつ処理においてメタル（金属）相の析出を行うた
め透過特性の損失、並びに研磨品においては接合部メタ
ライズ相が外観上見える等、一体成形を思わせる装飾用
サファイア接合部品としての製造方法としては問題があ
った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、２個以上のサ
ファイア部材を接合面にメタライズ処理等を用いず、接
合表面でのバルクサファイア内の酸化物およびイオンの
熱拡散処理により直接接合するサファイアの固定方法に
関するものであり、表面粗度Ｒmax=0.1μm以下、平坦度
が10μm以下に仕上げられたバルクサファイア内におい
て、その結晶内を移動できるイオンをドーピング材によ
り付加させ、高温状態でイオンが結晶内および接合界面
内を移動することによりサファイア同士を直接接合する
ものである。
ファイア部材を接合面にメタライズ処理等を用いず、接
合表面でのバルクサファイア内の酸化物およびイオンの
熱拡散処理により直接接合するサファイアの固定方法に
関するものであり、表面粗度Ｒmax=0.1μm以下、平坦度
が10μm以下に仕上げられたバルクサファイア内におい
て、その結晶内を移動できるイオンをドーピング材によ
り付加させ、高温状態でイオンが結晶内および接合界面
内を移動することによりサファイア同士を直接接合する
ものである。
【０００５】バルクサファイアのドーピング材として
は、IVa, Va, VIa, VIIa, VIII族元素中から選ばれた一
種もしくは数種の酸化物を含んだサファイアであれば接
合が可能であり、接合面の表面粗度Ｒmaxを0.1μm以下
に仕上げ、更に接合面の平坦度が10μm以下の鏡面であ
れば接合部の接合強度は十分得られる。つまり平坦度が
精度以下（平坦度が10μm以上）であると接合部が平面
全体での接合ではなく、部分的に平坦度精度を充たす一
部平面のみでの接合となり、接合強度が十分得られない
事があるので接合強度を充分得るためには平坦度精度は
必要不可欠な要因である。
は、IVa, Va, VIa, VIIa, VIII族元素中から選ばれた一
種もしくは数種の酸化物を含んだサファイアであれば接
合が可能であり、接合面の表面粗度Ｒmaxを0.1μm以下
に仕上げ、更に接合面の平坦度が10μm以下の鏡面であ
れば接合部の接合強度は十分得られる。つまり平坦度が
精度以下（平坦度が10μm以上）であると接合部が平面
全体での接合ではなく、部分的に平坦度精度を充たす一
部平面のみでの接合となり、接合強度が十分得られない
事があるので接合強度を充分得るためには平坦度精度は
必要不可欠な要因である。
【０００６】実験の結果、処理温度条件はドーピング材
のイオン移動の活性化を充分得る1000℃〜2000℃での処
理が効果的であり、1000℃以下の処理温度では接合が起
こらず、逆に2000℃を越えるとサファイア母体の変形が
起こるという問題があった。またサファイア中のド−ピ
ング材濃度は結晶内をイオンが移動できる量である所の
0.1ppm〜５wt％の範囲で良好な接合結果を得たが、0.1p
pm以下のバルクサファイア同士では接合が起こらず、一
方ドーピング材濃度が５wt％を越えるとサファイア結晶
内の不純物に依存する歪みおよび結晶育成時における第
二相の存在が影響して、接合処理後に接合部端面にクラ
ックを生ずることが確認できた。更に接合する個々のサ
ファイアにおいて接合面が結晶学的に同じ方位に重ね合
わせることが必要不可欠であることが確認できた。
のイオン移動の活性化を充分得る1000℃〜2000℃での処
理が効果的であり、1000℃以下の処理温度では接合が起
こらず、逆に2000℃を越えるとサファイア母体の変形が
起こるという問題があった。またサファイア中のド−ピ
ング材濃度は結晶内をイオンが移動できる量である所の
0.1ppm〜５wt％の範囲で良好な接合結果を得たが、0.1p
pm以下のバルクサファイア同士では接合が起こらず、一
方ドーピング材濃度が５wt％を越えるとサファイア結晶
内の不純物に依存する歪みおよび結晶育成時における第
二相の存在が影響して、接合処理後に接合部端面にクラ
ックを生ずることが確認できた。更に接合する個々のサ
ファイアにおいて接合面が結晶学的に同じ方位に重ね合
わせることが必要不可欠であることが確認できた。
【０００７】
【実施例１】TiO2をドーピング材として 0.01wt％含む
人造サファイアをベルヌイ法により育成し、C-面の表面
粗度Ｒmaxが0.1μm以下および平坦度が10μm以下に成る
よう切断研磨加工（約φ30mm×2mm厚）した２個のサフ
ァイアを、接合面を結晶学的に同じ方位に重ね合わせ、
大気および窒素雰囲気において1500℃〜1700℃で24時間
熱処理を行い接合した。その結果、接合面が透過性の無
色透明であり、かつ接合強度が２kg／mm2以上の強度を
有する強固なサファイア接合が得られた。
人造サファイアをベルヌイ法により育成し、C-面の表面
粗度Ｒmaxが0.1μm以下および平坦度が10μm以下に成る
よう切断研磨加工（約φ30mm×2mm厚）した２個のサフ
ァイアを、接合面を結晶学的に同じ方位に重ね合わせ、
大気および窒素雰囲気において1500℃〜1700℃で24時間
熱処理を行い接合した。その結果、接合面が透過性の無
色透明であり、かつ接合強度が２kg／mm2以上の強度を
有する強固なサファイア接合が得られた。
【０００８】また同様な方法において面方位をC-面とa-
面に変えて接合処理を行った結果、接合面にクラックが
存在する接合状態であり、接合強度も充分な強度を得る
ことはできなかった。更に条件を変えて平坦度10μm以
上のもの、表面粗度が1μm程度のもについての接合処理
を行ったが共に良好な接合は得られなかった。
面に変えて接合処理を行った結果、接合面にクラックが
存在する接合状態であり、接合強度も充分な強度を得る
ことはできなかった。更に条件を変えて平坦度10μm以
上のもの、表面粗度が1μm程度のもについての接合処理
を行ったが共に良好な接合は得られなかった。
【０００９】
【実施例２】ドーピング材としてTiO2とFe2O3を用い、T
iO2が0.2wt％、Fe2O3が2wt％含むサファイアをベルヌイ
法により育成し、実施例１と同様な条件で接合処理を行
った結果、接合面が透過性を有する接合強度２kg／mm2
以上の強固な接合が得られた。同様な手順でドーピング
材をZrO2とCoOに変えたサファイアの接合処理を行った
結果も、前記同様に良好な接合が得られた。
iO2が0.2wt％、Fe2O3が2wt％含むサファイアをベルヌイ
法により育成し、実施例１と同様な条件で接合処理を行
った結果、接合面が透過性を有する接合強度２kg／mm2
以上の強固な接合が得られた。同様な手順でドーピング
材をZrO2とCoOに変えたサファイアの接合処理を行った
結果も、前記同様に良好な接合が得られた。
【００１０】
【実施例３】ドーピング材を添加しないバルクサファイ
ア中の不純物濃度が0.1ppm以下である表面粗度および平
坦度が前記条件に仕上げられたサファイア接合面におい
て、TiO2をスパッタ法により膜厚0.5μm付着させ、実施
例１と同様に結晶学的に同じ方位に重ね合わせて熱拡散
処理を行った。接合処理したサファイアは、多少接合面
の透過性は低下するがクラック等の無い強固な接合が得
られた。また、Zr,Cr,Mn,Feの酸化物の一種もしくは数
種を同様な方法により成膜し接合処理を行った結果も同
様であった。
ア中の不純物濃度が0.1ppm以下である表面粗度および平
坦度が前記条件に仕上げられたサファイア接合面におい
て、TiO2をスパッタ法により膜厚0.5μm付着させ、実施
例１と同様に結晶学的に同じ方位に重ね合わせて熱拡散
処理を行った。接合処理したサファイアは、多少接合面
の透過性は低下するがクラック等の無い強固な接合が得
られた。また、Zr,Cr,Mn,Feの酸化物の一種もしくは数
種を同様な方法により成膜し接合処理を行った結果も同
様であった。
【００１１】
【実施例４】ドーピング材を添加しないバルクサファイ
ア中の不純物濃度が0.1ppm以下である表面粗度および平
坦度が前記条件に仕上げられたサファイア接合面におい
て、Ti,Zr,Cr,Mn,Feのそれぞれの元素についてイオン注
入法を用い、接合表面に1017／cm2程度の量をイオン注
入し、前記と同様な熱拡散処理を行った。この結果接合
強度は実施例１及び２と同様な強度が得られ、接合面は
透過性を有し外観上何等問題はなかった。
ア中の不純物濃度が0.1ppm以下である表面粗度および平
坦度が前記条件に仕上げられたサファイア接合面におい
て、Ti,Zr,Cr,Mn,Feのそれぞれの元素についてイオン注
入法を用い、接合表面に1017／cm2程度の量をイオン注
入し、前記と同様な熱拡散処理を行った。この結果接合
強度は実施例１及び２と同様な強度が得られ、接合面は
透過性を有し外観上何等問題はなかった。
【００１２】
【発明の効果】本発明は、２個以上のサファイア部材を
接合面にメタライズ処理等を用いず、接合表面でのバル
クサファイア内の酸化物およびイオンの熱拡散処理によ
り直接接合するサファイアの固定方法に関するものであ
り、従来、サファイアの接合方法として実施されていた
有機系接着剤を用いる方法やメタライズ処理を行う接合
方法での難点であった接合後の耐熱性、耐薬品性、接合
強度及び外観上の透過特性において、かかる問題点を全
て解決することが可能となった。
接合面にメタライズ処理等を用いず、接合表面でのバル
クサファイア内の酸化物およびイオンの熱拡散処理によ
り直接接合するサファイアの固定方法に関するものであ
り、従来、サファイアの接合方法として実施されていた
有機系接着剤を用いる方法やメタライズ処理を行う接合
方法での難点であった接合後の耐熱性、耐薬品性、接合
強度及び外観上の透過特性において、かかる問題点を全
て解決することが可能となった。
【００１３】特に高温域におけるメタル層とサファイア
間との熱歪によるクラックの発生が皆無になり、透過特
性に優れた熱処理向け窓用部品および宝飾、貴金属、高
級時計等の装飾用接合部品に対し、外観、美観を損ねる
ことなく供給することが可能となった。
間との熱歪によるクラックの発生が皆無になり、透過特
性に優れた熱処理向け窓用部品および宝飾、貴金属、高
級時計等の装飾用接合部品に対し、外観、美観を損ねる
ことなく供給することが可能となった。
Claims (3)
- 【請求項１】 サファイア接合面の表面粗度Ｒmaxが0.1
μm以下および接合面の平坦度が10μm以下の鏡面であ
り、かつIVa，Va，VIa，VIIa，VIII族元素の中から選ば
れた一種もしくは数種のド−ピング材が0.1ppm〜５wt％
含有した人造サファイアまたは天然サファイアを、結晶
学的に同じ方位に接合面を重ね合わせて1000℃〜2000℃
の加熱処理により接合することを特徴とするサファイア
の直接接合方法。 - 【請求項２】 接合面にIVa，Va，VIa，VIIa，VIII族元
素の中から選ばれた一種もしくは数種の酸化物をスパッ
タリング法または真空蒸着法等により形成した請求項１
の接合方法。 - 【請求項３】 接合面にIVa，Va，VIa，VIIa，VIII族元
素の中から選ばれた一種もしくは数種の元素をイオン注
入法により形成した請求項１の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3233953A JP3016637B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | サファイアの直接接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3233953A JP3016637B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | サファイアの直接接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0551297A true JPH0551297A (ja) | 1993-03-02 |
| JP3016637B2 JP3016637B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=16963216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3233953A Expired - Fee Related JP3016637B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | サファイアの直接接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3016637B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020078254A (ko) * | 2001-04-06 | 2002-10-18 | 주식회사 아메스 | 수정원석 가공부산물의 직접접합을 이용한 수정장신구의제조방법 |
| JP2019019041A (ja) * | 2017-07-21 | 2019-02-07 | 株式会社サイオクス | ＧａＮ基板 |
| CN110396724A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-01 | 苏州恒嘉晶体材料有限公司 | 一种蓝宝石光学片的处理方法 |
| CN112338344A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-09 | 河海大学常州校区 | 一种蓝宝石的高温自膨胀压力扩散焊接方法 |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP3233953A patent/JP3016637B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020078254A (ko) * | 2001-04-06 | 2002-10-18 | 주식회사 아메스 | 수정원석 가공부산물의 직접접합을 이용한 수정장신구의제조방법 |
| JP2019019041A (ja) * | 2017-07-21 | 2019-02-07 | 株式会社サイオクス | ＧａＮ基板 |
| CN110396724A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-01 | 苏州恒嘉晶体材料有限公司 | 一种蓝宝石光学片的处理方法 |
| CN112338344A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-09 | 河海大学常州校区 | 一种蓝宝石的高温自膨胀压力扩散焊接方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3016637B2 (ja) | 2000-03-06 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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