JPH0867575A - ベータ型アルミナと金属の接合方法 - Google Patents
ベータ型アルミナと金属の接合方法Info
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- JPH0867575A JPH0867575A JP20315194A JP20315194A JPH0867575A JP H0867575 A JPH0867575 A JP H0867575A JP 20315194 A JP20315194 A JP 20315194A JP 20315194 A JP20315194 A JP 20315194A JP H0867575 A JPH0867575 A JP H0867575A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の接合方法に関す
る。 【構成】 ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属との間に熱膨張係
数がベータ型Ａｌ2 Ｏ3の９０〜１３０％である材料を
１種以上挟み、各材料をＴｉを主成分とするろう材でろ
う付けしてベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属とを接合する方
法。
る。 【構成】 ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属との間に熱膨張係
数がベータ型Ａｌ2 Ｏ3の９０〜１３０％である材料を
１種以上挟み、各材料をＴｉを主成分とするろう材でろ
う付けしてベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属とを接合する方
法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＮａを利用した発電装
置、電池のベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の接合部に適用さ
れる接合方法に関する。
置、電池のベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の接合部に適用さ
れる接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＮａを利用した発電装置や電池に
用いられるベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の間では、ガラス
で封着したり、はめ込みなどの機械的接合が一般に用い
られている。
用いられるベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の間では、ガラス
で封着したり、はめ込みなどの機械的接合が一般に用い
られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と
金属との間をガラスで封着する場合にはガラスが脆く、
割れ易い、高温での強度がない、液体Ｎａに浸食される
などの問題点があり、また、ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属
との間を機械的接合する場合には気密性が充分でないと
いう問題点があった。そのため、ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と
金属を冶金的に健全に接合する方法が要望されている。
本発明は上記要望に応じうるベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属
の接合方法を提供しようとするものである。
金属との間をガラスで封着する場合にはガラスが脆く、
割れ易い、高温での強度がない、液体Ｎａに浸食される
などの問題点があり、また、ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属
との間を機械的接合する場合には気密性が充分でないと
いう問題点があった。そのため、ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と
金属を冶金的に健全に接合する方法が要望されている。
本発明は上記要望に応じうるベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属
の接合方法を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は （１）ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属との間に熱膨張係数が
ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 の９０〜１３０％である材料を１種
以上挟み、各材料をＴｉを主成分とするろう材でろう付
することを特徴とするベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の接合
方法。 （２）Ｔｉを主成分とするろう材がＮｉ：５〜３０重量
％、Ｃｕ：５〜３０重量％、残部Ｔｉと不可避的不純物
元素からなるろう材であることを特徴とする上記（１）
記載のベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の接合方法。 である。
ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 の９０〜１３０％である材料を１種
以上挟み、各材料をＴｉを主成分とするろう材でろう付
することを特徴とするベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の接合
方法。 （２）Ｔｉを主成分とするろう材がＮｉ：５〜３０重量
％、Ｃｕ：５〜３０重量％、残部Ｔｉと不可避的不純物
元素からなるろう材であることを特徴とする上記（１）
記載のベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の接合方法。 である。
【０００５】本発明のベータ型Ａｌ2 Ｏ3 の熱膨張係数
は７．８×１０-6／℃であり、その９０〜１３０％の熱
膨張係数を有する材料としてはアルファ型Ａｌ2 Ｏ
3 （７．４×１０-6／℃）、Ｔｉ、Ｔｉ合金（８．９×
１０-6／℃）、Ｎｂ、Ｎｂ合金（１．２×１０-6／
℃）、Ｆｅ−Ｎｉ合金（１０．１×１０-6／℃）及びＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（９．２×１０-6／℃）などがあげ
られる。なお、本発明において、ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と
接合する金属としては一般の金属が適用され特に制限は
ない。
は７．８×１０-6／℃であり、その９０〜１３０％の熱
膨張係数を有する材料としてはアルファ型Ａｌ2 Ｏ
3 （７．４×１０-6／℃）、Ｔｉ、Ｔｉ合金（８．９×
１０-6／℃）、Ｎｂ、Ｎｂ合金（１．２×１０-6／
℃）、Ｆｅ−Ｎｉ合金（１０．１×１０-6／℃）及びＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（９．２×１０-6／℃）などがあげ
られる。なお、本発明において、ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と
接合する金属としては一般の金属が適用され特に制限は
ない。
【０００６】
【作用】Ｔｉを主成分とするろう材でろう付することに
より、ろう材中のＴｉは活性でセラミック（ベータ型Ａ
ｌ2 Ｏ3 ）と反応し、ろう付性を向上する。また、ベー
タ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の間に熱膨張係数がベータ型Ａｌ
2 Ｏ3 の９０〜１３０％の材料をはさむことにより、ろ
う付時に各材料の熱膨張差に基づいて応力が発生する
が、隣接する材料の熱膨張係数差が＋３０％〜−１０％
（好ましくは±１０％）以内であれば、ベータ型Ａｌ2
Ｏ3 を破壊する応力以下の応力しか発生しない。
より、ろう材中のＴｉは活性でセラミック（ベータ型Ａ
ｌ2 Ｏ3 ）と反応し、ろう付性を向上する。また、ベー
タ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の間に熱膨張係数がベータ型Ａｌ
2 Ｏ3 の９０〜１３０％の材料をはさむことにより、ろ
う付時に各材料の熱膨張差に基づいて応力が発生する
が、隣接する材料の熱膨張係数差が＋３０％〜−１０％
（好ましくは±１０％）以内であれば、ベータ型Ａｌ2
Ｏ3 を破壊する応力以下の応力しか発生しない。
【０００７】Ｔｉを主成分とするろう材の成分は次の理
由から決定した。Ｎｉ，Ｃｕは共にＴｉの融点を降下す
る働きをする。Ｎｉは５重量％添加するとＴｉの融点が
１，６７０℃から１，６００℃に低下するが、５重量％
未満では融点降下の効果が少なくろう材としては適さな
い。また、最も融点が低くなるのは、２８．５重量％添
加したときで融点は約９５０℃になる。これより添加量
が増加すると、再び融点が上昇するとともに脆い金属間
化合物が生成するので３０重量％を上限とした。Ｃｕも
下限はＴｉと同様の理由で５重量％以上とした。一方、
上限の３０重量％はＮａに対する耐食性を考慮して決定
した数値で、３０重量％を超えるとＮａに対して溶解量
が増し使用に耐えないので上限を３０重量％とした。
由から決定した。Ｎｉ，Ｃｕは共にＴｉの融点を降下す
る働きをする。Ｎｉは５重量％添加するとＴｉの融点が
１，６７０℃から１，６００℃に低下するが、５重量％
未満では融点降下の効果が少なくろう材としては適さな
い。また、最も融点が低くなるのは、２８．５重量％添
加したときで融点は約９５０℃になる。これより添加量
が増加すると、再び融点が上昇するとともに脆い金属間
化合物が生成するので３０重量％を上限とした。Ｃｕも
下限はＴｉと同様の理由で５重量％以上とした。一方、
上限の３０重量％はＮａに対する耐食性を考慮して決定
した数値で、３０重量％を超えるとＮａに対して溶解量
が増し使用に耐えないので上限を３０重量％とした。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例として、図１に示す供試体の
製作及び試験の結果を次の４つのケースについて述べ
る。
製作及び試験の結果を次の４つのケースについて述べ
る。
【０００９】（ケースＡ） 熱膨張係数７．８×１０-6／℃のベータ型Ａｌ2 Ｏ
3 １ ： 外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 金属材料４ ： 熱膨張係数９．２×１０-6／℃の
Ｆｅ−２９％Ｎｉ−１７Ｃｏ、外径２８ｍｍ、内径２１
ｍｍ、長さ５０ｍｍ 中間材３ ： 熱膨張係数７．４×１０-6／℃のア
ルファ型Ａｌ2 Ｏ3 、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長
さ５ｍｍ ろう材２ ： 融点９５０℃のＴｉ−２０％Ｎｉ−
２０％Ｃｕ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、厚さ０．１
ｍｍで中間材３の両側に配置している。 上記全体を真空炉中で９８０℃×５分間加熱して接
合した。 接合後、Ｈｅリークテストを実施１．６×１０-9Ａ
・ｃｃ／ｓｅｃ以下の完全な気密性があった。 接合強度は２．０ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
3 １ ： 外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 金属材料４ ： 熱膨張係数９．２×１０-6／℃の
Ｆｅ−２９％Ｎｉ−１７Ｃｏ、外径２８ｍｍ、内径２１
ｍｍ、長さ５０ｍｍ 中間材３ ： 熱膨張係数７．４×１０-6／℃のア
ルファ型Ａｌ2 Ｏ3 、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長
さ５ｍｍ ろう材２ ： 融点９５０℃のＴｉ−２０％Ｎｉ−
２０％Ｃｕ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、厚さ０．１
ｍｍで中間材３の両側に配置している。 上記全体を真空炉中で９８０℃×５分間加熱して接
合した。 接合後、Ｈｅリークテストを実施１．６×１０-9Ａ
・ｃｃ／ｓｅｃ以下の完全な気密性があった。 接合強度は２．０ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
【００１０】（ケースＢ） ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 １ ： 外径２８ｍｍ、内径２
１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 金属材料４ ： 熱膨張係数１３．３×１０-6／℃
のＮｉ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 中間材３ ： 熱膨張係数７．２×１０-6／℃のＮ
ｂ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ１ｍｍ ろう材２ ： 融点９６０℃のＴｉ−１５％Ｎｉ−
２５％Ｃｕ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、厚さ０．１
ｍｍで中間材３の両側に配置している。 上記全体を真空炉中で１，０００℃×５分間加熱し
て接合した。 接合後、Ｈｅリークテストを実施、１．６×１０-9
Ａ・ｃｃ／ｓｅｃ以下の完全な気密性があった。 接合強度は１．５ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 金属材料４ ： 熱膨張係数１３．３×１０-6／℃
のＮｉ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 中間材３ ： 熱膨張係数７．２×１０-6／℃のＮ
ｂ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ１ｍｍ ろう材２ ： 融点９６０℃のＴｉ−１５％Ｎｉ−
２５％Ｃｕ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、厚さ０．１
ｍｍで中間材３の両側に配置している。 上記全体を真空炉中で１，０００℃×５分間加熱し
て接合した。 接合後、Ｈｅリークテストを実施、１．６×１０-9
Ａ・ｃｃ／ｓｅｃ以下の完全な気密性があった。 接合強度は１．５ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
【００１１】（ケースＣ） ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 １ ： 直径３０ｍｍ、厚さ２
ｍｍの円板 金属材料４ ： 熱膨張係数１８×１０-6／℃のＳ
ＵＳ３０４：外径３０ｍｍ、内径２８ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍ 中間材３ ： ２種類のものを重ねて用いた。ａ．
ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 １に近い側：熱膨張係数７．４×１
０-6／℃のアルファ型Ａｌ2 Ｏ3 、外径３０ｍｍ、内径
２８ｍｍ、長さ３ｍｍ、ｂ．金属材料４に近い側：熱膨
張係数１０．１×１０-6／℃のＦｅ−３０％Ｎｉ、外径
３０ｍｍ、内径２８ｍｍ、長さ５ｍｍ ろう材２ ： 融点９７０℃のＴｉ−２０％Ｎｉ−
１０％Ｃｕ、外径３０ｍｍ、内径２８ｍｍ、厚さ０．１
５ｍｍのものを、ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 １とアルファ型Ａ
ｌ2 Ｏ3 の中間材３の間、Ｆｅ−３０％Ｎｉ合金の中間
材３とＳＵＳ３０４の金属材料４の間及び中間材３同志
の間にそれぞれ配置した。 上記全体を真空炉中で１，０００℃×５分間加熱し
て接合した。 接合後、Ｈｅリークテストで１．６×１０-9Ａ・ｃ
ｃ／ｓｅｃ以下の完全な気密性があった。 接合強度は１．８ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
ｍｍの円板 金属材料４ ： 熱膨張係数１８×１０-6／℃のＳ
ＵＳ３０４：外径３０ｍｍ、内径２８ｍｍ、長さ５０ｍ
ｍ 中間材３ ： ２種類のものを重ねて用いた。ａ．
ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 １に近い側：熱膨張係数７．４×１
０-6／℃のアルファ型Ａｌ2 Ｏ3 、外径３０ｍｍ、内径
２８ｍｍ、長さ３ｍｍ、ｂ．金属材料４に近い側：熱膨
張係数１０．１×１０-6／℃のＦｅ−３０％Ｎｉ、外径
３０ｍｍ、内径２８ｍｍ、長さ５ｍｍ ろう材２ ： 融点９７０℃のＴｉ−２０％Ｎｉ−
１０％Ｃｕ、外径３０ｍｍ、内径２８ｍｍ、厚さ０．１
５ｍｍのものを、ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 １とアルファ型Ａ
ｌ2 Ｏ3 の中間材３の間、Ｆｅ−３０％Ｎｉ合金の中間
材３とＳＵＳ３０４の金属材料４の間及び中間材３同志
の間にそれぞれ配置した。 上記全体を真空炉中で１，０００℃×５分間加熱し
て接合した。 接合後、Ｈｅリークテストで１．６×１０-9Ａ・ｃ
ｃ／ｓｅｃ以下の完全な気密性があった。 接合強度は１．８ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。
【００１２】（ケースＤ） ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 １ ： 外径２８ｍｍ、内径２
１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 金属材料４ ： 熱膨張係数１４×１０-6／℃の炭
素鋼、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 中間材３ ： なし ろう材２ ： 融点９５０℃のＴｉ−２０％Ｎｉ−
２０％Ｃｕ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、厚さ０．１
ｍｍ 上記全体を真空炉中で９８０℃×５分間加熱して接
合したが、加熱終了後、室温まで冷却した時点で、ベー
タ型Ａｌ2 Ｏ3 に割れが入っていた。
１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 金属材料４ ： 熱膨張係数１４×１０-6／℃の炭
素鋼、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、長さ５０ｍｍ 中間材３ ： なし ろう材２ ： 融点９５０℃のＴｉ−２０％Ｎｉ−
２０％Ｃｕ、外径２８ｍｍ、内径２１ｍｍ、厚さ０．１
ｍｍ 上記全体を真空炉中で９８０℃×５分間加熱して接
合したが、加熱終了後、室温まで冷却した時点で、ベー
タ型Ａｌ2 Ｏ3 に割れが入っていた。
【００１３】
【発明の効果】本発明により、ベータ型アルミナと金属
との健全な接合状態を得ることが可能となった。
との健全な接合状態を得ることが可能となった。
【図１】本発明の実施例に係る接合部の断面図。
Claims (2)
- 【請求項１】 ベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属との間に熱膨
張係数がベータ型Ａｌ2 Ｏ3 の９０〜１３０％である材
料を１種以上挟み、各材料をＴｉを主成分とするろう材
でろう付することを特徴とするベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金
属の接合方法。 - 【請求項２】 Ｔｉを主成分とするろう材がＮｉ：５〜
３０重量％、Ｃｕ：５〜３０重量％、残部Ｔｉと不可避
的不純物元素からなるろう材であることを特徴とする請
求項１記載のベータ型Ａｌ2 Ｏ3 と金属の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20315194A JPH0867575A (ja) | 1994-08-29 | 1994-08-29 | ベータ型アルミナと金属の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20315194A JPH0867575A (ja) | 1994-08-29 | 1994-08-29 | ベータ型アルミナと金属の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0867575A true JPH0867575A (ja) | 1996-03-12 |
Family
ID=16469277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20315194A Withdrawn JPH0867575A (ja) | 1994-08-29 | 1994-08-29 | ベータ型アルミナと金属の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0867575A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999058332A1 (en) * | 1998-05-12 | 1999-11-18 | Pacific Coast Technologies | Methods and materials for sealing ceramic to metallic surfaces |
-
1994
- 1994-08-29 JP JP20315194A patent/JPH0867575A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999058332A1 (en) * | 1998-05-12 | 1999-11-18 | Pacific Coast Technologies | Methods and materials for sealing ceramic to metallic surfaces |
| US6221513B1 (en) | 1998-05-12 | 2001-04-24 | Pacific Coast Technologies, Inc. | Methods for hermetically sealing ceramic to metallic surfaces and assemblies incorporating such seals |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011106 |