JPH0930870A - セラミックス金属接合体および加速器用ダクト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ベーキング処理などの加熱処理を施した後にお
いても高い接合強度を有し、耐熱サイクル性に優れた信
頼性が高いセラミックス金属接合体および加速器用ダク
トを提供する。 【解決手段】ＣｕまたはＮｉから成る厚さが０．２mm以
上の緩衝材４をＳｉＣ焼結体２と金属材３との間に介装
し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａから選択さ
れた少なくとも１種の活性金属を０．３〜１０．０重量
％含有する銀−銅系ろう材層５を介して上記ＳｉＣ焼結
体２と緩衝材４と金属材３とを一体に接合して成り、上
記銀−銅系ろう材層５の厚さが１０〜４０μｍであるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炭化けい素（Ｓｉ
Ｃ）焼結体と金属材とを一体に接合したセラミックス金
属接合体と、その接合体を使用した加速器用ダクトに係
り、特に加熱処理後においても高い接合強度と密着性
（封着性）を有し、しかも耐熱サイクル性に優れた信頼
性の高いセラミックス金属接合体および加速器用ダクト
に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属材と比較して優れた耐食性，耐摩耗
性を有するセラミックス材と、セラミックス材よりも構
造強度，靭性が優れた金属材とを一体に接合し、両者の
特性を兼備したセラミックス金属接合体が広い分野で実
用化されている。

【０００３】特に炭化けい素（ＳｉＣ）セラミックス
は、高強度である特徴を利用した構造部材として普及す
るとともに、その誘電体である特徴を生かして、ビーム
加速器等における高周波吸収体としての利用価値が大き
いことも明らかになっている。すなわち、種々の周波数
成分から成るビームを、ＳｉＣセラミックスで形成した
ダクトを通過させることにより、不要な高周波成分（寄
生モード）がＳｉＣセラミックスに吸収されて除去され
るため、ビームがより高純度化され、ビーム特性が改善
されることが知られている。ＳｉＣセラミックスをこの
ような用途で使用する場合、加速器へ組込むため金属材
との接合が必要不可欠となる。その場合、高周波吸収体
としてのＳｉＣセラミックスと金属材とを一体にした接
合体においては、運転条件に耐える信頼性の高い接合状
態を維持することが必須の要件となっている。

【０００４】従来からセラミックス材と金属材とを一体
に接合形成する方法として、高融点金属法（メタライズ
法），直接接合法，活性金属法などが採用されている。
高融点金属法は、ＭｏやＷなどの高融点金属をセラミッ
クス材表面に焼き付ける方法であり、直接接合法は、金
属材成分と酸素との共晶液相を接合剤とし、ろう材など
を使用せずに直接金属材をセラミックス材表面に加熱接
合する方法であり、活性金属法はＴｉなどの活性金属を
含有するろう材を介して金属材と非酸化物系セラミック
ス材とを一体に接合する方法である。特に高強度で良好
な封着性，信頼性を必要とする接合体を得るためには、
上記接合法のうち、活性金属法が一般に使用されてい
る。

【０００５】上記セラミックス金属接合体には、構造強
度の基本となる高い接合強度が求められる一方、運転条
件下で繰り返して作用する熱サイクルに充分耐える構造
を保持するため、冷熱サイクル試験（ＴＣＴ）におい
て、セラミックス材と金属材との線膨張係数差に起因す
るクラックの発生を抑制する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術において、ＳｉＣセラミックス材をＴｉなどの活性金
属を含有するろう材により金属材と一体に接合して成る
セラミックス金属接合体では、ＳｉＣの破壊靭性値が低
いこと、またＴｉ₅ Ｓｉ₃ などの脆弱な反応相が接合界
面に生成され易いため、十分な接合強度が得られない上
に、接合後の冷却過程において、ＳｉＣセラミックス材
にクラックが発生し易く、高い信頼性を有する接合体が
得られないという問題点があった。

【０００７】特に大径のダクト状ＳｉＣセラミックス材
と金属フランジとを接合して大型の加速器用ダクトを調
製しても、金属フランジの寸法が大きいため、ＳｉＣセ
ラミックス材と金属フランジとの熱膨張係数差により接
合後の残留応力がかなり大きくなり、最悪の場合には、
その残留応力だけでＳｉＣセラミックス材が破壊されて
しまうという問題点があった。

【０００８】また、一旦は高い接合強度で接合された場
合においても、その後に行なう熱処理工程において接合
強度が大幅に低下してしまうという問題点もあった。例
えば加速器等の高周波吸収体として高真空中で使用され
るＳｉＣ金属接合体（加速器用ダクト）においては、高
真空中に接合体のガス成分が放出されることを防止する
ため、使用前に接合体を温度１５０〜２００℃で２４時
間程度ベーキング処理することがなされている。しかし
ながら、接合体にベーキング処理を施した後における接
合強度が、初期強度に比較して大幅に劣化するという問
題点もあった。

【０００９】さらに、活性金属を含有するろう材を使用
する活性金属法において、ろう材中に含有される活性金
属量や形成するろう材層の厚さについては充分な検討が
なされていないため、充分な接合強度が得られないとい
う問題点もあった。

【００１０】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、ベーキング処理などの加熱処理を施し
た後においても高い接合強度を有し、耐熱サイクル性に
優れた信頼性が高いセラミックス金属接合体を提供する
ことを目的とする。

【００１１】また上記セラミックス金属接合体の接合構
造を応用し、大型に形成した場合においても残留応力の
影響が少なく、クラックの発生が少ない高信頼性を有す
る加速器用ダクトを提供することを他の目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願第１の発明に係るセラミックス金属接合体は、
ＣｕまたはＮｉから成る厚さが０．２mm以上の緩衝材を
ＳｉＣ焼結体と金属材との間に介装し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａから選択された少なくとも１種
の活性金属を０．３〜１０．０重量％含有する銀−銅系
ろう材層を介して上記ＳｉＣ焼結体と緩衝材と金属材と
を一体に接合して成り、上記銀−銅系ろう材層の厚さが
１０〜４０μｍであることを特徴とする。

【００１３】また本願の第２の発明に係る加速器用ダク
トは、ＣｕまたはＮｉから成る厚さが０．２mm以上の緩
衝材をＳｉＣ焼結体製ダクトと金属フランジとの間に介
装し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａから選択
された少なくとも１種の活性金属を０．３〜１０．０重
量％含有する銀−銅系ろう材層を介してＳｉＣ焼結体製
ダクトと緩衝材と金属フランジとを一体に接合するとと
もに、ＳｉＣ焼結体製ダクトと接合する側と反対側の金
属フランジの端面に、緩衝材および銀−銅系ろう材層を
介してＳｉＣ焼結体製補強材を一体に接合して成り、上
記銀−銅系ろう材層の厚さが１０〜４０μｍであること
を特徴とする。

【００１４】さらに上記第１および第２の発明におい
て、銀−銅系ろう材層が、さらにＩｎ，ＺｎおよびＳｎ
から選択された少なくとも１種の成分を５〜２０重量％
含有するように構成するとよい。またＳｉＣ焼結体が常
圧焼結法または雰囲気加圧焼結法によって形成されたこ
とを特徴とする。

【００１５】本発明において銀−銅系ろう材層を形成す
るためのろう材としては、重量％でＣｕを１５〜３５
％，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａから選択さ
れる少なくとも１種の活性金属を０．３〜１０．０％，
残部が実質的にＡｇから成る組成物の箔体またはペース
トが使用される。ペーストとしては上記組成物を有機溶
媒中に分散して調製したものが使用される。

【００１６】上記ろう材組成物において、Ａｇ−Ｃｕ成
分は、ＳｉＣ焼結体とＴｉなどの活性金属との接合層の
形成を促進する成分として有効であり、Ｔｉなどの活性
金属を拡散させ強固な接合体を形成するのに寄与する。
上記Ａｇ−Ｃｕ成分比は、共晶組成物（７２重量％Ａｇ
−２８％Ｃｕ）を生成し易い組成比に設定して液相の生
成量を低減してもよいが、他の組成範囲でも構わない。

【００１７】上記ろう材中に含有される活性金属はＳｉ
Ｃ焼結体に対するろう材の濡れ性を改善するための成分
であり、それらの配合量は組成物全体に対して０．３〜
１０．０重量％に設定される。活性金属の含有量が０．
３重量％未満の場合には、濡れ性の改善効果が得られな
い一方、含有量が多いほどＳｉＣと濡れ易くなる作用を
有するが、含有量が１０．０重量％を超える過量となる
と、接合界面にＴｉ₅ Ｓｉ₃ などの脆弱な反応相が生成
され易くなり、接合強度の低下とともに接合体全体とし
ての構造強度の低下を招く。

【００１８】上記ろう材中にはＩｎ，ＺｎおよびＳｎか
ら選択された少なくとも１種の成分を５〜２０重量％の
割合で添加してもよい。Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｎはろう材によ
る接合温度を低下させ、接合後における残留応力を低下
するために有効である。添加含有量が５重量％未満で
は、上記接合温度の低減効果が少ない。一方、２０重量
％を超えると、ろう材組成の変化が大きくなり、信頼性
を高めるに十分な接合強度が得られない。

【００１９】銀−銅系ろう材層の厚さは接合体の接合強
度に大きな影響を及ぼすものであり、本発明では１０〜
４０μｍの範囲に設定される。ろう材層の厚さが１０μ
ｍ未満の場合には、接合強度が充分に得られず、またＳ
ｉＣ焼結体と金属材との密着性が低下し、接合体全体と
しての熱抵抗が増大し、放熱性が低下してしまう。一
方、ろう材層の厚さが４０μｍを超えると、脆弱な反応
相が生成され易くなるとともにＳｉＣ焼結体に生じる応
力が大きくなるため、いずれにしろ充分な接合強度が得
られない。

【００２０】またＳｉＣ焼結体は前記の通り強度は大き
い反面、破壊靭性値が小さいため、僅かな残留応力によ
ってクラックを生じ易い。そこでＳｉＣ焼結体に生じる
残留応力を緩和するためには、軟質金属で形成した緩衝
材を、ＳｉＣ焼結体と金属材との間に介装するとよい。
緩衝材は、接合する金属材より降伏応力が小さい軟質金
属で構成するとよい。具体的には銅（Ｃｕ）またはニッ
ケル（Ｎｉ）で厚さ０．２mm以上のものを使用する。緩
衝材の厚さが０．２mm未満の場合では応力の緩衝効果は
少なく、厚さが０．２〜０．８mm程度のものが好まし
い。

【００２１】さらにＳｉＣ焼結体製ダクトと金属フラン
ジとを接合して加速器用ダクトを形成する場合におい
て、ＳｉＣ焼結体製ダクトと接合する側と反対側の金属
フランジの端面に、上記緩衝材およびろう材層を介して
ＳｉＣ焼結体製補強材（ＳｉＣバックアップリング）を
接合することにより、接合後における残留応力がかなり
低減される結果、クラックなどの発生が少なく、信頼性
の高い加速器用ダクトが得られる。この信頼性の改善効
果は、加速器用ダクトの構成材の寸法が大きいほど顕著
であり、大型化が進展する加速器の構成部品として極め
て有用である。

【００２２】本発明に係るセラミックス金属接合体は、
例えば以下のような手順で製造される。すなわち、反応
焼結法以外の常圧焼結法等によって調製されたＳｉＣ焼
結体と金属材との接合面に、Ｔｉなどの活性金属を０．
３〜１０．０重量％含有する箔状またはペースト状のＡ
ｇ−Ｃｕ系ろう材組成物を配置し、さらに緩衝材を配置
した状態で金属材を押圧し、１０^-4Torr以下の真空状態
にした加熱炉中で、温度８００〜８３０℃で１０〜１５
分保持して一体に接合して製造される。

【００２３】上記製法において、接合温度が８００℃未
満と低い場合にはろう材が充分に溶融しないため、Ｓｉ
Ｃ焼結体と金属材との密着性が低下してしまう。一方、
接合温度が８３０℃を超えると接合面に脆弱な反応相が
生成され易く、いずれにしても接合強度が低下してしま
う。

【００２４】ここでろう材中にＩｎ，ＺｎおよびＳｎか
ら選択された少なくとも１種の成分が５〜２０重量％含
有される場合には、ろう材の溶融温度が下がる結果、７
００〜８００℃の低温度範囲で接合を行うことができ
る。

【００２５】本発明に係る加速器用ダクトは、常圧焼結
法等により焼成されたＳｉＣ焼結体製ダクトと金属フラ
ンジとの間に前記緩衝材および銀−銅系ろう材層を配置
形成して圧着する一方、金属フランジの反対側の面に、
緩衝材およびろう材層を介してＳｉＣ焼結体製補強材
（バックアップリング）を圧着し、同様に加熱炉内にて
加熱処理して製造される。なお、上記銀−銅系ろう材を
用いてＳｉＣ焼結体製ダクトの接合面をメタライズ処理
後、ＢＡｇ−８などの銀ろう材を使用して金属フランジ
と接合してもよい。

【００２６】反応焼結法で形成されたＳｉＣ焼結体で
は、遊離けい素（free Si）が多量に存在し、接合が困
難となるため、本発明で使用するＳｉＣ焼結体は、Ｓｉ
Ｃ原料粉末を常圧焼結法，雰囲気加圧焼結法，熱間静水
圧加圧焼結法（ＨＩＰ法）によって焼結したものに限定
される。

【００２７】上記構成に係るセラミックス金属接合体お
よび加速器用ダクトによれば、適正量の活性金属を含有
する適正厚さのろう材層を介してＳｉＣ焼結体と金属材
とが接合されているため、ＳｉＣ焼結体と金属材との接
合面で充分な接合強度が得られ、またベーキング処理な
どの熱処理を実施した後においても、接合強度が熱処理
前の初期接合強度と比較して劣化することが少なく、優
れた耐熱サイクル特性を発揮し、信頼性が高いセラミッ
クス金属接合体が得られる。

【００２８】またＳｉＣ焼結体と金属材との間に、Ｃｕ
やＮｉから成る緩衝材を介装することにより、ＳｉＣ焼
結体に発生した残留応力を緩和することが可能となり、
クラックの発生が少ないセラミックス金属接合体が得ら
れる。

【００２９】さらにＳｉＣ焼結体製ダクトと金属フラン
ジとを接合して加速器用ダクトを形成する場合におい
て、ＳｉＣ焼結体製ダクトと接合する側と反対側の金属
フランジの端面に、上記緩衝材およびろう材層を介して
ＳｉＣ焼結体製補強材（ＳｉＣバックアップリング）を
接合することにより、接合後における残留応力がかなり
低減される結果、クラックなどの発生が少なく、信頼性
の高い加速器用ダクトが得られる。この信頼性の改善効
果は、加速器用ダクトの構成材の寸法が大きいほど顕著
であり、大型化が進展する加速器の構成部品として極め
て有用である。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について以
下の実施例および添付図面を参照して説明する。

【００３１】実施例１〜７ 常圧焼結法によって製造した１２mm×１２mm×２０mmの
ＳｉＣ焼結体と、ＳｉＣ焼結体と同一寸法を有するコバ
ール金属材（組成：５３重量％Ｆｅ−２８％Ｎｉ−１８
％Ｃｏ合金）とを用意した。さらに表１に示すような組
成を有する箔状またはペースト状のＡｇ−Ｃｕ系ろう材
層をＳｉＣ焼結体の接合面（１０mm角の端面）および緩
衝材表面に配置または塗布し、ＳｉＣ焼結体とコバール
金属材との間に緩衝材を介装し、さらに形成したＡｇ−
Ｃｕ系ろう材層を介して各部材を圧着した。この状態で
圧着体を加熱炉に収容し、１×１０^-4Torr以下の高真空
中で温度８３０℃に加熱し１０分間保持することにより
一体に接合し、図１に示すような実施例１〜７に係るセ
ラミックス金属接合体を製造した。

【００３２】図１に示すように各実施例に係るセラミッ
クス金属接合体１は、ＳｉＣ焼結体２と金属材（コバー
ル合金材）３との間に、ＣｕやＮｉで形成した緩衝材４
を介装し、緩衝材４の両面にＡｇ−Ｃｕ系ろう材層５を
配して一体に形成されている。

【００３３】比較例１〜６ 一方、比較例として、厚さが９μｍと薄い箔状のろう材
層を形成した点以外は、実施例２と同一条件で各部材を
一体に接合して比較例１に係るセラミックス金属接合体
を調製した。

【００３４】また、厚さが５０μｍと過大な箔状のろう
材層を形成した点以外は、実施例２と同一条件で各部材
を一体に接合して比較例２に係るセラミックス金属接合
体を調製した。

【００３５】さらに、厚さが０．１mmと薄いＣｕ製の緩
衝材を使用した点以外は、実施例２と同一条件で各部材
を一体に接合して比較例３に係るセラミックス金属接合
体を調製した。

【００３６】また、Ｔｉ含有量を１１重量％と過大に設
定してろう材層を形成した点以外は、実施例４と同一条
件で各部材を一体に接合して比較例４に係るセラミック
ス金属接合体を調製した。

【００３７】さらに接合時の加熱温度を８５０℃と高め
に設定した以外は実施例４と同一条件で各部材を一体に
接合して比較例５に係るセラミック金属接合体を調製し
た。

【００３８】また常圧焼結法によって調製したＳｉＣ焼
結体に代えて、反応焼結法によって調製したＳｉＣ焼結
体を用いた点以外は実施例４と同一条件で各部材を処理
して比較例６に係るセラミックス金属接合体を調製し
た。

【００３９】

【表１】

【００４０】上記のように調製した実施例および比較例
に係る各セラミックス金属接合体から、接合面を中心に
有する縦３mm×横４mm×長さ４０mmの曲げ試験片を４本
ずつ切り出し、各試験片について、４点曲げ試験法に準
じて接合強度を測定した。

【００４１】さらに上記各曲げ試験片を、大気中で温度
１５０℃で２４時間ベーキング処理し、べーキング処理
後における接合強度を同様に測定し、各接合体の耐熱サ
イクル特性を評価した。また母材焼結体強度からの低下
率およびベーキング処理前後における接合強度の低下率
を、それぞれ下記（１），（２）式から算出した。上記
測定結果および算出結果を下記表２に示す。

【００４２】

【数１】 ここで、４５０ＭＰａはＳｉＣ焼結体の母材強度であ
る。

【００４３】

【数２】

【００４４】

【表２】

【００４５】上記表２に示す結果から明らかなように、
ろう材層に含有される活性金属量およびろう材層の厚さ
を適正に設定して製造された各実施例に係るセラミック
ス金属接合体においては、接合強度が高く、かつベーキ
ング処理後における接合強度の低下も少なく、優れた耐
熱サイクル特性を有することが判明した。

【００４６】また各実施例に係る接合体の接合強度のＳ
ｉＣ母材強度（４５０ＭＰａ）からの低下率は約７０％
程度である。この低下率は、例えば８８０ＭＰａの母材
強度を有するＳｉ₃ Ｎ₄ 焼結体を使用したＳｉ₃ Ｎ₄ ／
Ｓ４５Ｃ接合体における接合強度（２８０ＭＰａ）のＳ
ｉ₃ Ｎ₄ 母材強度からの低下率とほぼ同等である。さら
に各実施例においては、ベーキング処理後における接合
強度の低下率も小さいことから、十分に信頼性が高いこ
とが確認できた。

【００４７】これに対して、ろう材層の厚さが、過小ま
たは過大である比較例１〜２に係る接合体では、ベーキ
ング処理後における接合強度の低下が顕著であり、耐熱
サイクル特性が悪い。

【００４８】またろう材層中のＴｉ含有量を過大にした
比較例４の接合体においては、ろう材層の厚さは適正で
あっても、接合強度が小さく、またベーキング処理後に
おける接合強度の低下も顕著であり、構造強度および耐
熱サイクル特性が共に低下することが判明した。

【００４９】さらに接合温度を高めに設定した比較例５
の接合体では、接合部に脆弱な反応相が形成されるた
め、熱処理後の強度低下が大きいことが判明した。また
反応焼結ＳｉＣを使用した比較例６においては、焼結体
表面の遊離ＳｉＣの影響により、接合が困難であった。

【００５０】本実施例によれば、十分な接合強度を有
し、またベーキング処理などの加熱操作を実施した後に
おいても、接合強度の低下が少ない、いわゆる耐熱サイ
クル特性に優れた信頼性の高いＳｉＣ／金属接合体が得
られた。

【００５１】実施例８ 本発明に係るセラミックス金属接合体の応用製品とし
て、図２に示すようなビーム加速器用ダクト６を調製し
た。このビーム加速器用ダクト６は、円筒状のＳｉＣ焼
結体２ａの両端面に厚さ０．３mmのＣｕ製緩衝材４ａお
よび厚さ２０μｍのＡｇ−Ｃｕ系ろう材層５を配置し、
さらにコバール合金製フランジ７を圧着し、この圧着体
を１０^-4Torrの高真空に調整した加熱炉内で温度８３０
℃で１０分間加熱し、各部材を一体に接合して形成され
ている。

【００５２】上記ビーム加速器用ダクト６は、比較例１
〜５に示す接合条件で製造されたものと比較して高い接
合強度を有し、しかも熱サイクルが負荷される環境下で
使用した後においても、接合強度の低下が少なく、優れ
た耐久性を有することが実証された。したがって本実施
例のビーム加速器用ダクトは、サイクロトロンやレーザ
装置など、電子ビームを加速する装置の構成機器として
極めて有用である。

【００５３】以上の実施例においては、活性金属とし
て、ＴｉまたはＺｒを使用したセラミックス金属接合体
の例を示しているが、Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａを使用した
場合においても、接合強度が向上し、耐熱サイクル特性
が優れた接合体が得られている。

【００５４】実施例９〜１１ 表３に示すような組成を有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材を用
意するとともに、図３に示すように、常圧焼結法で形成
した外径１６０mm×内径１４０mm×長さ１５０mmのＳｉ
Ｃ焼結体製ダクト２ａの両端面に、Ｃｕから成る所定厚
さの緩衝材４ａを介在させ、肉厚０．５mm×高さ２５mm
のコバール合金製フランジ７を配置した。一方、上記ダ
クト２ａと接合する側と反対側のコバール合金製フラン
ジ７の端面に、表３に示す所定厚さの緩衝材４ｂを介し
て、常圧焼結法で形成した外径１６０mm×内径１４４mm
×厚さ５mmのＳｉＣ焼結体製補強材（バックアップリン
グ）８を配置した。そして上記各部材の接合面に厚さ２
０μｍのＡｇ−Ｃｕ系ろう材層５を形成して相互に圧着
した。次にこの圧着体を１×１０^-4Torr以下の高真空雰
囲気に調整した加熱炉内に収容し、表１に示す接合温度
に加熱して１０分間保持することにより、各部材を相互
に接合せしめて、実施例９〜１１に係るビーム加速器用
ダクト６ａを調整した。

【００５５】比較例７〜９ 一方、実施例９〜１１において、ＳｉＣ焼結体製補強材
（バックアップリング）８側の緩衝材４ｂを配設しない
点以外は実施例９〜１１と同一条件で処理することによ
り、それぞれ対応する比較例７〜９に係るビーム加速器
用ダクトを調製した。

【００５６】こうして調製した実施例９〜１１および比
較例７〜９の加速器用ダクトについて、ＳｉＣ焼結体製
ダクトにおけるクラックの発生の有無を調査するととも
に、各加速器用ダクト内に圧力１kg／cm² のＨｅガスを
充填し、接合面からのＨｅガスのリークの有無を調査す
るＨｅリーク試験を実施し、各接合面における部材の密
着性の良否を評価した。調査結果を下記表３に示す。

【００５７】

【表３】

【００５８】表３に示す結果から明らかなように、接合
部に所定厚さの緩衝材４ａ，４ｂを介装して形成した各
実施例の加速器用ダクトにおいては接合部に発生する応
力が緩衝材４ａ，４ｂによって緩和されるため、ダクト
部にクラックを発生させることなく接合でき、しかも接
合界面からのリークもなく、良好な密着性が得られた。

【００５９】一方、緩衝材４ｂを介装しない比較例７〜
９においては、接合後にクラックが発生し、破壊された
ものが多く、またクラックを発生させずに接合ができた
場合においても、接合界面からリークが発生するものが
多く、十分な密着性が得られていないことが判明した。

【００６０】このように本実施例によれば、ＳｉＣ焼結
体製ダクトや金属フランジの寸法が大きい場合であって
も、クラックを発生させることなく、しかも部材間の密
着性が良好であり、信頼性が高いセラミックス金属接合
体を得ることが可能になった。

【００６１】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るセラミッ
クス金属接合体および加速器用ダクトによれば、適正量
の活性金属を含有する適正厚さのろう材層を介してＳｉ
Ｃ焼結体と金属材とが接合されているため、ＳｉＣ焼結
体と金属材との接合面で充分な接合強度が得られ、また
ベーキング処理などの熱処理を実施した後においても、
接合強度が熱処理前の初期接合強度と比較して劣化する
ことが少なく、優れた耐熱サイクル特性を発揮し、信頼
性が高いセラミックス金属接合体が得られる。

【００６２】またＳｉＣ焼結体と金属材との間に、Ｃｕ
やＮｉから成る緩衝材を介装することにより、ＳｉＣ焼
結体に発生した残留応力を緩和することが可能となり、
クラックの発生が少ないセラミックス金属接合体が得ら
れる。

【００６３】さらにＳｉＣ焼結体製ダクトと金属フラン
ジとを接合して加速器用ダクトを形成する場合におい
て、ＳｉＣ焼結体製ダクトと接合する側と反対側の金属
フランジの端面に、上記緩衝材およびろう材層を介して
ＳｉＣ焼結体製補強材（ＳｉＣバックアップリング）を
接合することにより、接合後における残留応力がかなり
低減される結果、クラックなどの発生が少なく、信頼性
の高い加速器用ダクトが得られる。この信頼性の改善効
果は、加速器用ダクトの構成材の寸法が大きいほど顕著
であり、大型化が進展する加速器の構成部品として極め
て有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックス金属接合体の一実施
例を示す断面図。

【図２】本発明に係るセラミックス金属接合体を応用し
たビーム加速器用ダクトの部分断面図。

【図３】本発明に係る加速器用ダクトの他の実施例を示
す部分断面図。

【符号の説明】

１ セラミックス金属接合体（ＳｉＣ／金属接合体） ２，２ａ ＳｉＣ焼結体 ３ 金属材（コバール合金材） ４，４ａ，４ｂ 緩衝材（Ｃｕ板，Ｎｉ板） ５ 銀−銅系ろう材層 ６，６ａ ビーム加速器用ダクト ７ コバール合金製フランジ ８ ＳｉＣ焼結体製補強材（バックアップリング）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣｕまたはＮｉから成る厚さが０．２mm
   以上の緩衝材をSiC焼結体と金属材との間に介装し、Ｔ
   ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａから選択された少
   なくとも１種の活性金属を０．３〜１０．０重量％含有
   する銀−銅系ろう材層を介して上記ＳｉＣ焼結体と緩衝
   材と金属材とを一体に接合して成り、上記銀−銅系ろう
   材層の厚さが１０〜４０μｍであることを特徴とするセ
   ラミックス金属接合体。
2. 【請求項２】 銀−銅系ろう材層は、さらにＩｎ，Ｚｎ
   およびＳｎから選択された少なくとも１種の成分を５〜
   ２０重量％含有することを特徴とする請求項１記載のセ
   ラミックス金属接合体。
3. 【請求項３】 ＳｉＣ焼結体が常圧焼結法または雰囲気
   加圧焼結法によって形成されたことを特徴とする請求項
   １記載のセラミックス金属接合体。
4. 【請求項４】 ＣｕまたはＮｉから成る厚さが０．２mm
   以上の緩衝材をSiC焼結体製ダクトと金属フランジとの
   間に介装し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａか
   ら選択された少なくとも１種の活性金属を０．３〜１
   ０．０重量％含有する銀−銅系ろう材層を介して上記Ｓ
   ｉＣ焼結体製ダクトと緩衝材と金属フランジとを一体に
   接合するとともに、ＳｉＣ焼結体製ダクトと接合する側
   と反対側の金属フランジの端面に、緩衝材および銀−銅
   系ろう材層を介してＳｉＣ焼結体製補強材を一体に接合
   して成り、上記銀−銅系ろう材層の厚さが１０〜４０μ
   ｍであることを特徴とする加速器用ダクト。
5. 【請求項５】 銀−銅系ろう材層は、さらにＩｎ，Ｚｎ
   およびＳｎから選択された少なくとも１種の成分を５〜
   ２０重量％含有することを特徴とする請求項４記載の加
   速器用ダクト。
6. 【請求項６】 ＳｉＣ焼結体が常圧焼結法または雰囲気
   加圧焼結法によって形成されたことを特徴とする請求項
   ４記載の加速器用ダクト。