JPH0952800A - 単結晶金属間化合物材料の拡散接合方法 - Google Patents
単結晶金属間化合物材料の拡散接合方法Info
- Publication number
- JPH0952800A JPH0952800A JP20693195A JP20693195A JPH0952800A JP H0952800 A JPH0952800 A JP H0952800A JP 20693195 A JP20693195 A JP 20693195A JP 20693195 A JP20693195 A JP 20693195A JP H0952800 A JPH0952800 A JP H0952800A
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- single crystal
- bonding
- intermetallic compound
- compound material
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 単結晶金属間化合物材料の接合において、非
常に大きな接合強さの接合界面を得る。 【解決手段】 単結晶金属間化合物材料を非酸化性雰囲
気中において、加圧・加熱して拡散接合するにあたり、
傾斜角および／または接合面に垂直な軸の周りの捻り角
を与えて、たとえば、単結晶金属間化合物が単一相単結
晶材料である場合は、接合する単結晶金属間化合物３と
単結晶金属間化合物４との傾斜角と捻り角βとの和を１
０度以内とすることにより、接合面の結晶方位を整合さ
せて直接的に接合する。
常に大きな接合強さの接合界面を得る。 【解決手段】 単結晶金属間化合物材料を非酸化性雰囲
気中において、加圧・加熱して拡散接合するにあたり、
傾斜角および／または接合面に垂直な軸の周りの捻り角
を与えて、たとえば、単結晶金属間化合物が単一相単結
晶材料である場合は、接合する単結晶金属間化合物３と
単結晶金属間化合物４との傾斜角と捻り角βとの和を１
０度以内とすることにより、接合面の結晶方位を整合さ
せて直接的に接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種の単結晶金
属間化合物材料を拡散接合する方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、接合界面での原子配
列の整合性を高めることにより、各種の単結晶金属間化
合物材料の接合を行う新しい接合方法に関するものであ
る。
属間化合物材料を拡散接合する方法に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、接合界面での原子配
列の整合性を高めることにより、各種の単結晶金属間化
合物材料の接合を行う新しい接合方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術とその課題】金属間化合物の粒界は本質的
に脆性であり、このため金属間化合物の接合は困難であ
り、金属間化合物の単結晶材料の接合においても、その
接合界面間は非常に脆く、接合強さが低いことが知られ
ている。そこで、この発明は、以上のような金属間化合
物の粒界は脆性で非常に弱く、２個の単結晶金属間化合
物材料を接合する場合でも、その接合界面は脆性であ
り、接合強さが低いという従来技術の欠点を克服し、単
結晶金属間化合物材料の接合において、非常に高い接合
強さを得ることのできる新しい接合方法を提供すること
を目的としている。
に脆性であり、このため金属間化合物の接合は困難であ
り、金属間化合物の単結晶材料の接合においても、その
接合界面間は非常に脆く、接合強さが低いことが知られ
ている。そこで、この発明は、以上のような金属間化合
物の粒界は脆性で非常に弱く、２個の単結晶金属間化合
物材料を接合する場合でも、その接合界面は脆性であ
り、接合強さが低いという従来技術の欠点を克服し、単
結晶金属間化合物材料の接合において、非常に高い接合
強さを得ることのできる新しい接合方法を提供すること
を目的としている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、単結晶金属間化合物材料を非酸
化性雰囲気中において、加圧・加熱して拡散接合するに
あたり、接合面の結晶方位を整合させて直接的に接合す
ることを特徴とする単結晶金属間化合物材料の拡散接合
方法（請求項１）を提供する。
を解決するものとして、単結晶金属間化合物材料を非酸
化性雰囲気中において、加圧・加熱して拡散接合するに
あたり、接合面の結晶方位を整合させて直接的に接合す
ることを特徴とする単結晶金属間化合物材料の拡散接合
方法（請求項１）を提供する。
【０００４】そしてまた、この発明は、接合に際し、傾
斜角および／または接合面に垂直な軸の周りの捻り角を
与えて結晶方位を整合させる方法（請求項２）や、傾斜
角と捻り角との和を１０度以内とする方法（請求項
３）、さらには、接合界面の対向面の原子配列を鏡映関
係に整合させて接合する方法（請求項４）をも提供す
る。
斜角および／または接合面に垂直な軸の周りの捻り角を
与えて結晶方位を整合させる方法（請求項２）や、傾斜
角と捻り角との和を１０度以内とする方法（請求項
３）、さらには、接合界面の対向面の原子配列を鏡映関
係に整合させて接合する方法（請求項４）をも提供す
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】この発明は、以上の通りの構成か
らなる金属間化合物単結晶の接合方法を提供するもので
あるが、この方法は、この発明者によって行われてきた
単結晶材料についての拡散接合に関する新しい知見に基
づいて完成されたものである。すなわち、まず、単相の
単結晶合金では、「界面での個々の原子の整合性を転位
によって緩和し得る最大の結晶方位のずれ角は約１５度
である。」ことが、D.G.Brandon によって報告されてい
る。この知見から、面方位のずれが１５度以内の結晶粒
界は小傾角粒界と呼ばれ、１５度以上の結晶粒界は大傾
角粒界と呼ばれている。そこで、この発明者は、各種の
単結晶材料を、接合面での結晶方位のずれ角を、D.G.Br
andon が述べる界面で転位によって緩和し得る範囲、す
なわち小傾角粒界に制御する場合には、強固な接合が可
能になることを見出し、単結晶材料の拡散接合法とし
て、新しい接合技術を確立した。そして、この拡散接合
法においては、実際には、接合面での結晶方位のずれ角
はより小さく制御することが必要であることも確認され
た。
らなる金属間化合物単結晶の接合方法を提供するもので
あるが、この方法は、この発明者によって行われてきた
単結晶材料についての拡散接合に関する新しい知見に基
づいて完成されたものである。すなわち、まず、単相の
単結晶合金では、「界面での個々の原子の整合性を転位
によって緩和し得る最大の結晶方位のずれ角は約１５度
である。」ことが、D.G.Brandon によって報告されてい
る。この知見から、面方位のずれが１５度以内の結晶粒
界は小傾角粒界と呼ばれ、１５度以上の結晶粒界は大傾
角粒界と呼ばれている。そこで、この発明者は、各種の
単結晶材料を、接合面での結晶方位のずれ角を、D.G.Br
andon が述べる界面で転位によって緩和し得る範囲、す
なわち小傾角粒界に制御する場合には、強固な接合が可
能になることを見出し、単結晶材料の拡散接合法とし
て、新しい接合技術を確立した。そして、この拡散接合
法においては、実際には、接合面での結晶方位のずれ角
はより小さく制御することが必要であることも確認され
た。
【０００６】しかしながら、金属間化合物については、
単純に拡散接合できるとは全く考えられなかった。それ
と言うのも、多くの場合、金属間化合物は、他の金属、
合金の単一相単結晶とは結晶構造とその物理的特性の由
来も本質的に異なるものと考えられていたからである。
たとえば金属間化合物は、金属結合対とともに、共有結
合対の存在による特異な結晶特性を持ち、化合物特有の
粒界欠陥構造を持っていることから極めて脆いことや、
にもかかわらず単結晶では大きな延性を示すことの顕著
な特徴があり、他の金属や合金の場合とは同じように考
えられなかったからである。
単純に拡散接合できるとは全く考えられなかった。それ
と言うのも、多くの場合、金属間化合物は、他の金属、
合金の単一相単結晶とは結晶構造とその物理的特性の由
来も本質的に異なるものと考えられていたからである。
たとえば金属間化合物は、金属結合対とともに、共有結
合対の存在による特異な結晶特性を持ち、化合物特有の
粒界欠陥構造を持っていることから極めて脆いことや、
にもかかわらず単結晶では大きな延性を示すことの顕著
な特徴があり、他の金属や合金の場合とは同じように考
えられなかったからである。
【０００７】このため、金属間化合物については、拡散
接合法そのものが考慮されてこなかったのが実情であ
る。だが、この発明の発明者は、改めて慎重に検討する
ことによって、これまでの知見からは予想できないこと
であったが、接合面の結晶方位の整合によって、直接的
に接合できることを見出したのである。
接合法そのものが考慮されてこなかったのが実情であ
る。だが、この発明の発明者は、改めて慎重に検討する
ことによって、これまでの知見からは予想できないこと
であったが、接合面の結晶方位の整合によって、直接的
に接合できることを見出したのである。
【０００８】この整合については、より具体的には、接
合に際し、傾斜角および／または接合面に垂直な軸の周
りの捻り角を与えること、あるいは、接合対向面の原子
配列を鏡映関係に整合させることにより可能となる。前
者の方法についてさらに説明すると、図１に示したよう
に、接合する単結晶材料１、２の接合面において結晶面
の傾斜角αを与える。これによって、接合継手の引張強
さは、母材の引張強さに達する。また、図２に示したよ
うに、結晶内の垂直な軸の回りに単結晶材料３、４を捻
って捻り角βを与える。これによって、接合継手の引張
強さは母材の引張強さに達する。そして、傾斜角および
捻り角を与える際には、傾斜角と捻り角の和を１０度以
内に制御して接触させ拡散接合することがこの発明の場
合には必要となる。もちろん、この発明の金属間化合物
の組成の種類に限定はなく、様々なものが考慮される。
合に際し、傾斜角および／または接合面に垂直な軸の周
りの捻り角を与えること、あるいは、接合対向面の原子
配列を鏡映関係に整合させることにより可能となる。前
者の方法についてさらに説明すると、図１に示したよう
に、接合する単結晶材料１、２の接合面において結晶面
の傾斜角αを与える。これによって、接合継手の引張強
さは、母材の引張強さに達する。また、図２に示したよ
うに、結晶内の垂直な軸の回りに単結晶材料３、４を捻
って捻り角βを与える。これによって、接合継手の引張
強さは母材の引張強さに達する。そして、傾斜角および
捻り角を与える際には、傾斜角と捻り角の和を１０度以
内に制御して接触させ拡散接合することがこの発明の場
合には必要となる。もちろん、この発明の金属間化合物
の組成の種類に限定はなく、様々なものが考慮される。
【０００９】そしてまた、この発明では、拡散接合は、
非酸化性の雰囲気、すなわち、真空、あるいはアルゴ
ン、ヘリウム、Ｎ2 等の不活性ガス雰囲気中において行
うこと、加熱、加圧することが必要となる。圧力は、１
〜５０ＭＰａ程度、より好ましくは、金属間化合物の組
成にもよるが、１〜１０ＭＰａ程度であってよい。また
温度は、材料の融点以下で、その近傍とすることができ
る。
非酸化性の雰囲気、すなわち、真空、あるいはアルゴ
ン、ヘリウム、Ｎ2 等の不活性ガス雰囲気中において行
うこと、加熱、加圧することが必要となる。圧力は、１
〜５０ＭＰａ程度、より好ましくは、金属間化合物の組
成にもよるが、１〜１０ＭＰａ程度であってよい。また
温度は、材料の融点以下で、その近傍とすることができ
る。
【００１０】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明の方法について説明する。
明の方法について説明する。
【００１１】
【実施例】直径１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの単結晶Ｎｉ3
Ａｌを、単結晶の中央部で切断し、接合する面をダイヤ
モンド研磨液で研磨し、その後、真空中で７ＭＰａの圧
力のもとで１２００℃に加熱し、接合時間６０分で拡散
接合した。この場合、接合する両単結晶の捻り角と傾斜
角を、表１の通りとした。
Ａｌを、単結晶の中央部で切断し、接合する面をダイヤ
モンド研磨液で研磨し、その後、真空中で７ＭＰａの圧
力のもとで１２００℃に加熱し、接合時間６０分で拡散
接合した。この場合、接合する両単結晶の捻り角と傾斜
角を、表１の通りとした。
【００１２】一方、参考例として、接合する両単結晶の
捻り角と傾斜角を、表１の通り、参考例１：捻り角１５
度、傾斜角０度、参考例２：捻り角０度、傾斜角１５度
のように捻り角と傾斜角の和を１５度以上として他は同
一条件で接合した。以上の接合例およびその接合結果を
表１に示した。
捻り角と傾斜角を、表１の通り、参考例１：捻り角１５
度、傾斜角０度、参考例２：捻り角０度、傾斜角１５度
のように捻り角と傾斜角の和を１５度以上として他は同
一条件で接合した。以上の接合例およびその接合結果を
表１に示した。
【００１３】
【表１】
【００１４】接合面での捻り角と傾斜角の和が１０度以
内の実施例１〜３の場合は、その接合継手の引張強さ
は、表１に見られるとおり、母材並みの引張強さに達
し、母材で破断した。しかしながら、接合面での捻り角
と傾斜角の和が１５度以上の参考例１〜２の場合は、そ
の接合面の界面で破断し、接合強さは低いことが表１か
らわかる。
内の実施例１〜３の場合は、その接合継手の引張強さ
は、表１に見られるとおり、母材並みの引張強さに達
し、母材で破断した。しかしながら、接合面での捻り角
と傾斜角の和が１５度以上の参考例１〜２の場合は、そ
の接合面の界面で破断し、接合強さは低いことが表１か
らわかる。
【００１５】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、この発明の
方法によって、接合界面で破断することなく高い接合強
度が得られ、従来にない高い接合強度が得られる。
方法によって、接合界面で破断することなく高い接合強
度が得られ、従来にない高い接合強度が得られる。
【図１】接合面での原子配列状況と傾斜角を例示した概
念図である。
念図である。
【図２】接合面を上からみた接合面での原子の配列状況
と捻り角を例示した概念図である。
と捻り角を例示した概念図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 単結晶金属間化合物材料を非酸化性雰囲
気中において、加圧・加熱して拡散接合するにあたり、
接合面の結晶方位を整合させて直接的に接合することを
特徴とする単結晶金属間化合物材料の拡散接合方法。 - 【請求項２】 接合に際し、傾斜角および／または接合
面に垂直な軸の周りの捻り角を与えて結晶方位を整合さ
せることを特徴とする請求項１の単結晶金属間化合物材
料の拡散接合方法。 - 【請求項３】 傾斜角と捻り角との和を１０度以内とす
ることを特徴とする請求項２の単結晶金属間化合物材料
の拡散接合方法。 - 【請求項４】 接合界面の対向面の原子配列を鏡映関係
に整合させて接合することを特徴とする請求項１の単結
晶金属間化合物材料の拡散接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7206931A JP2863825B2 (ja) | 1995-08-14 | 1995-08-14 | 単結晶金属間化合物材料の拡散接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7206931A JP2863825B2 (ja) | 1995-08-14 | 1995-08-14 | 単結晶金属間化合物材料の拡散接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0952800A true JPH0952800A (ja) | 1997-02-25 |
| JP2863825B2 JP2863825B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=16531427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7206931A Expired - Lifetime JP2863825B2 (ja) | 1995-08-14 | 1995-08-14 | 単結晶金属間化合物材料の拡散接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2863825B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007294579A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Showa Denko Kk | ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法及びＧａＮ系半導体発光素子、並びにランプ |
| EP4108813A4 (en) * | 2020-04-17 | 2023-07-19 | The 13th Research Institute Of China Electronics Technology Group Corporation | ISOSTATIC HOT PRESSING METHOD FOR HIGH PURITY SEMICONDUCTOR SINGLE CRYSTAL |
-
1995
- 1995-08-14 JP JP7206931A patent/JP2863825B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007294579A (ja) * | 2006-04-24 | 2007-11-08 | Showa Denko Kk | ＧａＮ系半導体発光素子の製造方法及びＧａＮ系半導体発光素子、並びにランプ |
| EP4108813A4 (en) * | 2020-04-17 | 2023-07-19 | The 13th Research Institute Of China Electronics Technology Group Corporation | ISOSTATIC HOT PRESSING METHOD FOR HIGH PURITY SEMICONDUCTOR SINGLE CRYSTAL |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2863825B2 (ja) | 1999-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |