KR100623183B1 - Joining method of ceramic substrates using transient nano-particle layer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹스 기재의 접합 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹스 소재를 접합재로 하여 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 상기 세라믹스 기재를 구성하는 화합물을 성분으로 하는 나노 입자층을 제공하는 단계, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 중심으로 상기 두 세라믹스 기재를 정렬하는 단계 및 상기 두 세라믹스 기재를 가압 가열하여 상기 두 세라믹스 기재를 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 접합 계면 전체에 걸쳐 균일한 접합 특성을 나타내며, 접합 강도가 단일체와 동등 수준이며, 계면에서의 화학적 안정성 및 광투과도 저하가 없는 우수한 특성의 세라믹스 소결체 및 단결정 접합체를 제조할 수 있다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the joining method of a ceramic base material. More specifically, It is related with the method of joining a ceramic base material using a ceramic material as a joining material. The present invention provides a method of joining two ceramic substrates, the method comprising: providing a nanoparticle layer comprising a compound constituting the ceramic substrate on at least one of the bonding surfaces of the two ceramic substrates; And aligning the two ceramic substrates with respect to a bonding surface, and bonding the two ceramic substrates by pressurizing and heating the two ceramic substrates. According to the present invention, a ceramic sintered body and a single crystal bonded body having excellent bonding properties throughout the bonding interface, having a bonding strength equivalent to that of a monolithic substance, and having no deterioration of chemical stability and light transmittance at the interface can be produced. .

접합, 세라믹스 기재, 나노 입자층, 비정상 입성장Bonding, Ceramics Substrate, Nanoparticle Layer, Abnormal Grain Growth

Description

비정상 입성장 기법을 이용한 세라믹스 기재의 접합 방법{JOINING METHOD OF CERAMIC SUBSTRATES USING TRANSIENT NANO-PARTICLE LAYER}Joining method of ceramic substrate using abnormal grain growth technique {JOINING METHOD OF CERAMIC SUBSTRATES USING TRANSIENT NANO-PARTICLE LAYER}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹스 기재의 접합 단계를 도시한 절차도이다.1 is a procedure showing the bonding step of the ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 나노 입자층의 제공 단계의 일실시예를 도시한 절차도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating one embodiment of providing a nanoparticle layer of FIG. 1.

도 3은 기재의 비정상 입성장에 의해 나노 입자층이 소멸하는 과정을 도시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating a process in which a nanoparticle layer disappears due to abnormal grain growth of a substrate.

도 4는 본 발명의 실시예에서 사용되는 가열 가압 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a view schematically showing a heating press device used in the embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따라 알루미나 단결정 기재의 표면에 형성된 나노 입자층을 촬영한 주사전자현미경이고, 도 5b는 도 5의 단결정 기재를 가압 열처리한 후 제조된 접합체의 절단면을 촬영한 주사전자 현미경 사진이다.FIG. 5A is a scanning electron microscope of a nanoparticle layer formed on the surface of an alumina single crystal substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a scanning image of a cut surface of a bonded body prepared by subjecting the single crystal substrate of FIG. Electron micrograph.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따라 AlN 소결체 기재의 표면에 형성된 나노 입자층을 촬영한 주사전자현미경이고, 도 6b는 도 6a의 단결정 기재를 가압 열처리한 후 제조된 접합체의 파단면을 촬영한 주사전자 현미경 사진이다.FIG. 6A is a scanning electron microscope of a nanoparticle layer formed on the surface of an AlN sintered body substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the bonded body prepared after pressure-heating the single crystal substrate of FIG. 6A. Scanning electron micrograph.

도 7a는 본 발명의 일실시예에 따라 Si3N4 소결체 기재의 표면에 형성된 나노 입자층을 촬영한 주사전자현미경이고, 도 7b는 도 6a의 단결정 기재를 가압 열처리한 후 제조된 접합체의 절단면을 촬영한 주사전자 현미경 사진이다.7A is a scanning electron microscope photographing a nanoparticle layer formed on the surface of a Si 3 N 4 sintered body substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the bonded body formed by subjecting the single crystal substrate of FIG. It is a scanning electron microscope photograph taken.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 SiC 소결체 접합체의 절단면을 촬영한 주사전자 현미경 사진이다.8 is a scanning electron micrograph of the cut surface of the SiC sintered body manufactured according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 세라믹스 기재의 접합 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹스 소재를 접합재로 하여 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the joining method of a ceramic base material. More specifically, It is related with the method of joining a ceramic base material using a ceramic material as a joining material.

일반적으로 접합 공정은 두개 이상의 물체를 이용하여 보다 크고 복잡한 형상의 제품을 손쉽게 만드는 데에 이용된다. 세라믹스는 경도와 고온강도가 높고 화학적 안정성과 내열성이 우수하여 산업적으로 매우 중요한 재료이다. 그러나, 용접이나 리벳 등으로 쉽게 접합이 가능한 금속에 비해 세라믹스는 용접이 불가능하고 높은 경도로 인해 기계가공이 힘들어서 복잡한 형상의 세라믹스를 제조하는 데에 어려움이 있었다. In general, joining processes are used to easily make products of larger and more complex shapes using two or more objects. Ceramics are of great industrial importance because of their high hardness, high temperature strength, chemical stability and heat resistance. However, compared to metals that can be easily joined by welding or rivets, ceramics cannot be welded and difficult to machine due to high hardness, making it difficult to manufacture ceramics of complex shape.

기존의 세라믹스 간의 접합은 일본공개특허 제2004-149401호에 개시된 세라믹스간의 열팽창 계수 차이를 이용한 방법, 일본공개특허 제2002-368151에 개시된 합성수지 접착제를 이용하는 방법, 일본공개특허 제1995-069750호에 개시된 금속층을 이용한 브레이징 방법, 일본공개특허 제1997-338295호에 개시된 유리질 융제를 사용하는 방법, 일본공개특허 제 1994-256067호에 개시된 세라믹스 시멘트를 이용 하는 방법 등이 있다. Conventional bonding between ceramics is a method using the thermal expansion coefficient difference between the ceramics disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-149401, a method using a synthetic resin adhesive disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-368151, and Japanese Patent Publication No. 1995-069750 A brazing method using a metal layer, a method using a glass flux disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1997-338295, a method using a ceramic cement disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1994-256067, and the like.

위의 방법들 중에서 세라믹스간의 열팽창 계수차이를 이용한 방법은 세라믹스의 낮은 강도에 의해서 접합체의 결합력이 제한되며 복잡한 형상에는 적용이 곤란한 문제가 있고, 접착제나 유리질 융제 또는 시멘트를 이용한 접합 방법은 접합 계면이 낮은 강도와 열적 안정성, 낮은 화학적 안정성을 나타내게 되어 접합체의 물성이 단일체에 비해 크게 저하되는 문제가 있다. 또한 브레이징을 사용한 접합 방법도 역시 접합체의 사용온도가 접합에 사용된 금속의 융점이하로 제한되므로 고온에서는 사용할 수 없고 만족할만한 접합 강도를 얻을 수 없었으며, 브레이징층에 의해 내화학성이 저하되는 단점이 있었다.Among the above methods, the method using the coefficient of thermal expansion difference between ceramics has a problem that the bonding strength of the bonded body is limited by the low strength of the ceramics, and it is difficult to apply to complex shapes, and the bonding method using an adhesive or glassy flux or cement has a bonding interface. The low strength and thermal stability, low chemical stability exhibits a problem that the physical properties of the conjugate is significantly reduced compared to the single body. In addition, the bonding method using brazing is also limited to the melting point of the metal used in the bonding, so that it cannot be used at high temperatures and satisfactory bonding strength cannot be obtained, and the chemical resistance is degraded by the brazing layer. there was.

이러한 문제를 해결하기 위해 일본공개특허 제2000-026172는 세라믹스 성형체를 동시에 소성하는 방법과 미국특허 제4406722는 세라믹스 소결체를 고온 및 고압으로 열처리함으로써 세라믹스의 확산에 의해 접합을 얻는 방법을 제안한 바 있다. 그러나 성형체를 동시 소성하는 방법의 경우 성형체가 갖는 낮은 강도로 취급이 용이하지 않을 뿐만 아니라 소성시 수축 정도의 제어가 곤란하여 소결 후 원하는 형상 및 크기(near-net -shape)를 갖는 접합체의 제조가 어려운 문제점이 있다. 또한 확산에 의한 세라믹스 접합방법은 세라믹스의 낮은 확산속도로 인해 양호한 접합을 위해 세라믹스의 소결 온도에 가까운 고온과 200 기압 이상의 고압을 필요로 하므로 접합체의 소성에 의한 수치 변형과 세라믹스 기재의 입성장으로 인한 강도 저하가 불가피하였다. 뿐만 아니라 단결정의 경우 확산 방법에 의할 경우 소성 변형의 어려움으로 인해 융점에 가까운 높은 온도와 400 기압 이상의 고압으로 접 합한 경우에도 접합 계면이 균일하지 못하고 일부분만이 접합될 정도여서 계면의 강도가 매우 약한 문제점이 있었다.In order to solve this problem, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-026172 has proposed a method of simultaneously firing a ceramic molded body and US Pat. No. 4,440,22, a method of obtaining a joint by diffusion of ceramics by heat-treating the ceramic sintered body at high temperature and high pressure. However, the method of co-firing the molded body is not only easy to handle due to the low strength of the molded body, but also difficult to control the degree of shrinkage during firing. There is a difficult problem. In addition, the ceramic bonding method by diffusion requires high temperature close to the sintering temperature of ceramics and high pressure of 200 atm or higher for good bonding due to the low diffusion rate of ceramics. Strength reduction was inevitable. In addition, in the case of single crystals, due to the difficulty of plastic deformation due to the diffusion method, even when the high temperature close to the melting point and the high pressure of 400 atm or more are combined, the bonding interface is not uniform and only a part of the bonding is bonded. There was a weak issue.

따라서, 세라믹스의 장점인 고온강도와 내화학성을 유지함과 동시에 높은 접합 강도를 얻기 위한 새로운 세라믹스 접합 방법이 절실히 요구되는 상황이다. Therefore, there is an urgent need for a new ceramic bonding method for maintaining high strength and chemical resistance, which are advantages of ceramics, and at the same time obtaining high bonding strength.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 접합체의 계면 특성이 종래에 비해 대폭 개선된 세라믹스 기재의 접합방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of joining a ceramic base material, in which the interface characteristics of the joined body are significantly improved as compared with the prior art.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 상기 세라믹스 기재를 구성하는 화합물을 성분으로 하는 나노 입자층을 제공하는 단계, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 중심으로 상기 두 세라믹스 기재를 정렬하는 단계 및 상기 두 세라믹스 기재를 가압 가열하여 상기 두 세라믹스 기재를 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method for joining two ceramic substrates, the nanoparticle layer comprising a compound constituting the ceramic substrate as a component on at least one of the bonding surfaces of the two ceramic substrates. A step of aligning the two ceramic substrates with respect to the bonding surface of the two ceramic substrates, and the two ceramic substrates by pressurizing heating the ceramic substrates comprising the step of bonding the two ceramic substrates.

또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 금속 산화물로 된 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 금속 산화물 나노 입자층을 제공하는 단계, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 중심으로 상기 두 세라믹스 기재를 정렬하는 단계 및 상기 두 세라믹스 기재를 가압 가열하여 상기 두 세라믹스 기재를 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법을 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method for joining two ceramic substrates of metal oxides, the method comprising: providing a metal oxide nanoparticle layer on at least one of the bonding surfaces of the two ceramic substrates. And aligning the two ceramic substrates with respect to the bonding surface of the ceramic substrate, and bonding the two ceramic substrates by pressurizing and heating the two ceramic substrates.

또한, 본 발명은 상기 세라믹스 기재가 금속 탄화물인 경우에도 적용될 수 있으며, 이 때 상기 나노 입자층은 금속 탄화물로 구성된다. 또한 상기 세라믹스 기재가 금속 질화물인 경우 상기 나노 입자층은 금속 질화물로 구성된다.In addition, the present invention can be applied to the case where the ceramic substrate is a metal carbide, wherein the nanoparticle layer is composed of a metal carbide. In addition, when the ceramic substrate is a metal nitride, the nanoparticle layer is composed of a metal nitride.

본 발명에서 상기 나노 입자층의 평균 입경은 100 nm 이하인 것이 좋고, 두께는 10 nm ~ 5 ㎛인 것이 바람직하다. 또한 상기 나노 입자층은 스퍼터링에 의해 제공될 수 있다.In the present invention, the average particle diameter of the nanoparticle layer is preferably 100 nm or less, and the thickness is preferably 10 nm to 5 μm. In addition, the nanoparticle layer may be provided by sputtering.

본 발명에서 상기 접합 단계의 압력은 2 ~ 200 기압, 상기 접합 단계의 온도는 약 1000 ~ 1900 ℃인 것이 바람직하다.In the present invention, the pressure of the bonding step is 2 to 200 atm, the temperature of the bonding step is preferably about 1000 ~ 1900 ℃.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 두 세라믹스 기재는 동일 물질인 것이 바람직하며, 이 때 상기 나노 입자층은 상기 세라믹스 기재와 동일 물질인 것이 바람직하며, 이와 달리 상기 세라믹스 기재와 다를 경우 상기 나노 입자층은 상기 세라믹스 기재에 고용 가능한 세라믹스 물질이어야 한다. 여기서 고용 가능한 세라믹스 물질이라 함은 반드시 전율고용체(complete solid solution)일 필요는 없으며 접합온도에서 세라믹스 기재에 1 at% 이상의 고용도를 가지는 부분 고용체인 경우에도 적용이 가능하다. 이는 상기 나노 입자층의 두께가 매우 얇기 때문에 세라믹스 기재에 대해 소량의 고용도를 나타내는 경우에도 쉽게 세라믹스 기재에 흡수되어 사라지기 때문이다.According to an embodiment of the present invention, the two ceramic substrates are preferably made of the same material, and in this case, the nanoparticle layer is preferably made of the same material as the ceramic substrate. In contrast, the nanoparticle layer is different from the ceramic substrate. It should be a ceramic material that can be dissolved in the ceramic substrate. The ceramic material which can be used here is not necessarily a complete solid solution, and is applicable to a partial solid solution having a solid solubility of 1 at% or more in the ceramic substrate at the junction temperature. This is because the thickness of the nanoparticle layer is very thin, so that even when a small amount of solid solution to the ceramic substrate is displayed, the nanoparticle layer is easily absorbed and disappears from the ceramic substrate.

또한, 상기 나노 입자층이 상기 두 세라믹스 기재에 동시에 고용 가능한 세라믹스 물질일 경우 상기 두 세라믹스 기재가 상이한 물질일 경우에도 본 발명의 방법이 적용될 수 있다.In addition, when the nano-particle layer is a ceramic material which can be solid-dissolved simultaneously in the two ceramic substrates, the method of the present invention may be applied even when the two ceramic substrates are different materials.

또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 금속 산화물로 된 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 상기 금속 산화물을 이루는 금속 원소를 포함하는 금속 박막층을 형성하는 단계, 상기 금속 박막층이 형성된 세라믹스 기재를 산화 분위기하의 제1 온도에서 열처리함으로써 금속 산화물을 포함하는 나노 입자층을 형성하는 단계, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 정렬하는 단계 및 상기 두 세라믹스 기재를 산화 분위기 및 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 가압하여 상기 두 세라믹스 기재를 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법을 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method for joining two ceramic substrates made of metal oxides, the metal comprising a metal element constituting the metal oxide on at least one of the bonding surfaces of the two ceramic substrates. Forming a thin film layer, forming a nanoparticle layer including a metal oxide by heat-treating the ceramic substrate on which the metal thin film layer is formed at a first temperature in an oxidizing atmosphere, aligning a bonding surface of the two ceramic substrates, and the two ceramics And bonding the two ceramic substrates by pressing the substrate at an oxidizing atmosphere and at a second temperature higher than the first temperature.

또한 본 발명의 방법은 상기 세라믹스 기재가 금속 탄화물 또는 금속 질화물인 경우에도 적용 가능하다. 이 때, 상기 나노 입자층 형성 단계는 각각 탄화 분위기 또는 질화 분위기에서 수행된다.The method of the present invention is also applicable to the case where the ceramic substrate is metal carbide or metal nitride. At this time, the nano-particle layer forming step is performed in a carbonized atmosphere or a nitride atmosphere, respectively.

본 발명에서 상기 정렬 단계는 상기 나노 입자층 형성 단계 전에 수행될 수도 있다.In the present invention, the alignment step may be performed before the nanoparticle layer forming step.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 명세서에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.Definitions of terms used in the specification of the present invention are as follows.

먼저, '세라믹스'란 무기 비금속성 물질(inorganic nonmetallic materials)을 주성분으로 하여 제조된 고상 재료로써 구성 물질이 단순히 응집된 상태를 벗어나 화학적으로 단단히 결합된 상태의 것을 의미한다. 재질이 무기 비금속성 물질이더라도 가압에 의해 단순히 성형된 상태에 불과한 것은 본 발명의 세라믹스에서 제외되는 반면, 복수의 입자로 구성되어 입자들이 입계(grain boundary)에 의해 결합 된 소결체 또는 입계가 존재하지 않고 단일의 결정 구조를 갖는 단결정을 포함한다. '세라믹스 기재'란 접합 대상이 되는 임의의 형태의 세라믹스 재료를 지칭한다. First, 'ceramic' refers to a solid material manufactured using an inorganic nonmetallic material as a main component, and refers to a state in which constituent materials are chemically and firmly bound beyond the aggregated state. Even if the material is an inorganic non-metallic material, it is excluded from the ceramics of the present invention, which is merely molded by pressurization, whereas there is no sintered body or grain boundary composed of a plurality of particles, and the particles are bonded by a grain boundary. It includes single crystals with a single crystal structure. 'Ceramic substrate' refers to any type of ceramic material to be joined.

또한 본 발명의 명세서에서 '금속 산화물(metal oxide)'이란 Al2O3, ZrO2, TiO2, MgO, BeO, CaO, ZnO, BaTiO3, SnO2, ITO(Sn doped In2O 3), PZT(Pb(Zr,Ti)O3), PMN-PT(Pb(Mg1/3,Nb2/3)O3-PbTiO3)등과 같이 주기율표상 금속성 원소를 산소와 반응시켜 제조된 비금속성 화합물을 말하며, '금속 질화물'이란 AlN, Si3N4, TiN, GaN, ZrN 등과 같이 주기율표상 금속성 원소와 질소의 반응에 의해 생성된 비금속성 화합물을 말하며, '금속 탄화물'이란 SiC, TiC. VC, TaC, WC, (W,Ti)C 등과 같이 주기율표상 금속성 원소와 탄소의 반응에 의해 생성된 비금속성 화합물을 말한다. 또한 본 발명의 상세한 설명에서 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물은 그 조성식에 금속, 산소, 질소 및 탄소 이외의 원소, 예컨대 수소(H), 염소(Cl), 황(S)이 포함된 것은 배제하며, Ti(C, N), Si(O, N), Ti(C, O)와 같이 탄소, 질소, 산소 중 둘 이상의 원소가 금속과 반응하여 생성된 화합물은 포함한다. 따라서, 본 발명의 명세서에 사용되는 질화물은 Ti(C, N), AlON과 같은 복합 화합물을 포함하는 의미로 사용된다.In addition, in the specification of the present invention, 'metal oxide' means Al 2 O 3 , ZrO 2, TiO 2 , MgO, BeO, CaO, ZnO, BaTiO 3 , SnO 2, ITO (Sn doped In 2 O 3 ), Nonmetallic compounds prepared by reacting periodic metallic elements with oxygen such as PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), PMN-PT (Pb (Mg 1/3 , Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 ) The term 'metal nitride' refers to a nonmetallic compound produced by the reaction of a periodic metallic element with nitrogen such as AlN, Si 3 N 4 , TiN, GaN, ZrN, etc., and 'metal carbide' means SiC, TiC. It refers to a nonmetallic compound produced by the reaction of a metallic element on the periodic table with carbon such as VC, TaC, WC, (W, Ti) C, and the like. In addition, in the detailed description of the present invention, metal oxides, metal nitrides, and metal carbides exclude components other than metals, oxygen, nitrogen, and carbon, such as hydrogen (H), chlorine (Cl), and sulfur (S), in their composition formulas. And the compounds produced by the reaction of two or more elements of carbon, nitrogen, and oxygen with a metal, such as Ti (C, N), Si (O, N), and Ti (C, O). Therefore, nitride used in the specification of the present invention is used in the sense including a complex compound such as Ti (C, N), AlON.

도 1을 참조하면, 먼저 접합할 두 세라믹스 기재의 접합면에 세라믹스 나노 입자층을 제공한다(S110). 본 발명에서 세라믹스 기재는 금속 산화물, 금속 질화물 또는 금속 탄화물을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 물론 이외에도 예컨대 MgF2와 같은 불화물, 염화물 등 여타 비금속 화합물이 기재의 주성분을 이루는 경우에도 본 발명의 기술적 사상은 적용 가능하다. Referring to FIG. 1, first, a ceramic nanoparticle layer is provided on a bonding surface of two ceramic substrates to be bonded (S110). In the present invention, the ceramic substrate is preferably composed mainly of metal oxides, metal nitrides or metal carbides. Of course, the technical idea of the present invention can be applied to the case where other nonmetallic compounds such as fluoride and chloride such as MgF 2 form the main component of the substrate.

상기 세라믹스 기재의 주성분을 이루는 화합물로는 단일 화합물이 사용될 수도 있으나, Al2O3-TiC와 같은 산화물/탄화물 복합 화합물이 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명에서 접합될 두 세라믹 기재는 동일한 화합물인 것이 바람직하다. 그러나 상호 간에 열팽창 계수가 유사하고 고용체를 용이하게 형성하는 경우에는 각기 다른 종류의 화합물을 주성분으로 한 세라믹 기재를 사용하는 것도 가능하다. A single compound may be used as the compound that forms the main component of the ceramic substrate, but an oxide / carbide complex compound such as Al 2 O 3 -TiC may be used. In addition, it is preferable that the two ceramic substrates to be bonded in the present invention are the same compound. However, when the thermal expansion coefficients are similar to each other and easily form a solid solution, it is also possible to use a ceramic substrate mainly composed of different kinds of compounds.

상기 세라믹스 나노 입자층은 상기 두 세라믹스 기재의 각 접합면에 모두 제공될 수도 있으나, 상기 두 세라믹스 기재 중 어느 하나의 접합면에만 제공될 수도 있다. The ceramic nanoparticle layer may be provided on both bonding surfaces of the two ceramic substrates, or may be provided only on one bonding surface of the two ceramic substrates.

본 발명에서 상기 나노 입자층은 세라믹스 또는 단결정 기재와 동일한 조성으로 이루어지거나 최소한 구성 성분을 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다. 이것은 후속되는 가압 열처리 단계에서 세라믹스 기재의 입성장에 의해 상기 나노 입자층이 소멸되는 것을 보장한다. In the present invention, the nanoparticle layer is preferably made of the same composition as the ceramics or single crystal substrate, or at least includes at least one component. This ensures that the nanoparticle layer is extinguished by grain growth of the ceramic substrate in the subsequent pressure heat treatment step.

나노 입자층의 구성 성분이 세라믹스 기재와 상이할 경우에는 나노 입자층 내의 입성장만이 발생하므로 세라믹스 기재의 접합면에 접합층이 잔류하게 되는 문제점이 발생한다. 따라서, 상기 나노 입자층이 세라믹스 기재와 동일한 화합물을 포함하지 않더라도 그 조성이 세라믹스 기재에 용이하게 고용될 수 있는 성분을 포 함하는 경우에는 나노 입자층으로 사용 가능하다. 예를 들어 MgO 화합물의 경우 알루미나에 쉽게 고용되어 고용체를 형성하고 이차상으로 석출되지 않으므로 MgO 화합물로 나노 입자층을 형성하여 알루미나 기재를 접합할 수도 있다.When the components of the nanoparticle layer are different from the ceramic substrate, only grain growth occurs in the nanoparticle layer, which causes a problem that the bonding layer remains on the bonding surface of the ceramic substrate. Therefore, even if the nanoparticle layer does not contain the same compound as the ceramic substrate, the composition may be used as the nanoparticle layer when the composition includes a component that can be easily dissolved in the ceramic substrate. For example, since the MgO compound is easily dissolved in alumina to form a solid solution and does not precipitate as a secondary phase, the alumina substrate may be bonded by forming a nanoparticle layer with the MgO compound.

또한, 본 발명에서 상기 세라믹 기재를 이루는 화합물이 복합 화합물인 경우 상기 나노 입자층은 상기 복합 화합물의 구성 성분 중 일부분을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 세라믹스 기재가 알루미나-지르코니아 복합체인 경우에는 나노 입자층으로 알루미나 또는 지르코니아가 사용될 수 있다. 이것은 알루미나 또는 지르코니아 단일체를 통해서도 세라믹스 기재의 입성장이 가능하기 때문이다. In addition, in the present invention, when the compound constituting the ceramic substrate is a composite compound, the nanoparticle layer may include a part of components of the composite compound. For example, when the ceramic substrate is an alumina-zirconia composite, alumina or zirconia may be used as the nanoparticle layer. This is because the grain growth of the ceramic substrate is also possible through the alumina or zirconia monolith.

또한, 예를 들어 BaTiO3와 같이 세라믹스의 구성성분이 두개 이상의 금속 원소를 함유하는 경우에는 BaO 또는 TiO2 만으로 입자층을 형성하더라도 양호한 접합이 이루어지는데 이는 BaTiO3가 어느 정도 비화학적 양론성(non-stoiciometry)을 가지고 있어, 잉여 BaO 또는 TiO2가 격자 내부에 고용상태로 존재할 수 있기 때문이다. 다만 이 때 BaO 또는 TiO2가 이차상으로 석출될 정도로 과도한 량이 사용되어서는 안 된다.In addition, in the case where the constituents of ceramics, such as BaTiO 3 , contain two or more metal elements, good bonding is achieved even when the particle layer is formed of BaO or TiO 2 alone, which means that BaTiO 3 has some non-chemical stoichiometry. stoiciometry), because excess BaO or TiO 2 may exist in solid solution inside the lattice. At this time, however, BaO or TiO 2 should not be used in an excessive amount so as to precipitate as a secondary phase.

본 발명에 있어서, 상기 나노 입자층의 두께는 10nm - 5㎛인 것이 바람직하다. 상기 나노 입자층의 두께가 10nm 이하인 경우 나노 입자층이 상기 세라믹스 기재 접합면의 표면 조도에 의해 세라믹스 기재와 접촉하지 않는 부분이 발생할 수 있으며, 이로 인한 기공 등의 접합 불량이 발생할 수 있다. 상기 나노 입자층이 5 ㎛ 이상으로 두꺼운 경우에는 접합 후 나노 입자층이 접합면에 잔류하여 접합 강도나 고온 물성 등 접합체의 특성을 저하시킬 수 있다.In the present invention, the thickness of the nanoparticle layer is preferably 10nm-5㎛. When the thickness of the nanoparticle layer is 10 nm or less, a portion in which the nanoparticle layer does not come into contact with the ceramic substrate may occur due to the surface roughness of the ceramic substrate bonding surface, thereby resulting in poor bonding such as pores. When the nanoparticle layer is thicker than 5 μm, the nanoparticle layer may remain on the bonding surface after bonding, thereby degrading the properties of the bonded body such as bonding strength and high temperature properties.

본 발명에서 상기 나노 입자층을 구성하는 입자의 크기는 최대 100nm 이하인 것이 바람직하다. 입자 크기가 100 nm를 초과할 경우 후속 가열 가압 공정에서 소성 변형이 어려워 접합 부위의 틈새가 메워지지 않으며, 계면에 잔류하여 접합 특성을 열화시키는 원인이 된다. 이에 대해서는 본 발명의 접합 메커니즘에서 보다 자세히 상술한다. 본 발명에서 상기 나노 입자층을 구성하는 입자의 크기는 작을수록 바람직하며 특별한 제한이 없다. In the present invention, the size of the particles constituting the nanoparticle layer is preferably at most 100nm or less. If the particle size exceeds 100 nm, the plastic deformation is difficult in the subsequent heating and pressing process, so that the gap between the joining sites is not filled, and it remains at the interface, causing deterioration of the bonding properties. This is described in more detail in the bonding mechanism of the present invention. In the present invention, the smaller the size of the particles constituting the nanoparticle layer is preferable and there is no particular limitation.

본 발명에서 세라믹스 기재에 세라믹스 나노 입자층을 제공하는 데에는 물질층을 형성하는 방법으로 알려진 종래의 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 화학 기상 증착법, 스퍼터링법 등의 다양한 증착법이 사용될 수 있다. 또한 졸겔법 등에 의해 제조된 나노 사이즈의 미세한 세라믹스 분말을 스프레이 등의 방식으로 세라믹스 기재에 도포하여 나노 입자층을 제조할 수도 있다. 이와 같은 방법에 의해 나노 입자층을 제공하는 구체적인 기술에 대해서는 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 널리 알려져 있으며 여기서는 구체적으로 설명하지 않는다.In the present invention, various conventional methods known as a method of forming a material layer may be used to provide a ceramic nanoparticle layer on a ceramic substrate. For example, various deposition methods, such as chemical vapor deposition and sputtering, can be used. In addition, the nano-particle layer may be prepared by applying a nano-sized fine ceramic powder prepared by the sol-gel method or the like to a ceramic substrate by spraying or the like. Specific techniques for providing a nanoparticle layer by such a method are well known to those skilled in the art to which the present invention pertains and will not be described in detail herein.

또한 후술하는 본 발명의 일부 실시예와 같이 세라믹 나노 입자층은 열처리에 의해 형성될 수도 있다. 이를 도 2를 참조하여 설명한다.In addition, as in some embodiments of the present invention described below, the ceramic nanoparticle layer may be formed by heat treatment. This will be described with reference to FIG. 2.

도 2를 참조하면, 먼저 세라믹스 기재의 접합면에 금속 박막층을 형성한다(S112). 상기 금속 박막층은 물리 기상 증착(physical vapor deposition) 등의 방 법에 의해 제공될 수 있으며, 상기 금속 박막층은 두 세라믹스 기재 중 어느 하나의 접합면에 형성되어도 무방하다. 상기 금속 박막층은 상기 세라믹스 기재의 화합물 조성에 포함된 금속 원소인 것이 바람직하며, 이와 달리 상기 세라믹스 기재에 고용 가능한 금속 원소이어도 무방하다. 상기 금속 박막층의 두께는 후속 열처리 공정에 의해 형성되는 산화물, 질화물 또는 탄화물의 두께가 전술한 두께 범위, 즉 바람직하게는 10nm - 5㎛ 범위에 있게 되도록 적절하게 선정된다.Referring to FIG. 2, first, a metal thin film layer is formed on a bonding surface of a ceramic substrate (S112). The metal thin film layer may be provided by a method such as physical vapor deposition, and the metal thin film layer may be formed on the bonding surface of either ceramic substrate. The metal thin film layer is preferably a metal element included in the compound composition of the ceramic substrate, and alternatively, the metal thin film layer may be a metal element that can be dissolved in the ceramic substrate. The thickness of the metal thin film layer is appropriately selected such that the thickness of the oxide, nitride or carbide formed by the subsequent heat treatment process is in the above-described thickness range, that is, preferably in the range of 10 nm-5 탆.

이어서, 상기 금속 박막층이 형성된 세라믹스 기재를 분위기 열처리한다. 상기 열처리 분위기는 상기 세라믹스 기재의 조성에 따라 선택된다(S114). 예컨대, 상기 세라믹스 기재가 각각 산화물, 질화물 또는 탄화물인 경우 각각 산화 분위기, 질화 분위기 또는 탄화 분위기를 열처리 분위기로 선택된다. 산화 분위기는 대기 중 방치 또는 산소 가스의 공급에 의해 수행될 수 있으며, 질화 분위기는 질소 또는 암모니아 등의 질소 소스로 작용하는 가스의 공급에 의해 수행될 수 있다. 또한 탄화 분위기는 메탄 가스와 같이 탄소 소스로 작용하는 가스의 공급에 의해 수행될 수 있다. 선택된 분위기에 의해 상기 금속 박막층을 구성하는 금속 원소는 공급된 분위기 가스와 반응하여 산화물, 질화물 또는 탄화물로 된 나노 입자층을 형성한다. 이 때, 분위기 열처리 온도는 형성된 산화물, 질화물 또는 탄화물 입자의 크기에 영향을 미치므로 온도의 선정에 주의가 필요하다.Subsequently, the ceramic substrate on which the metal thin film layer is formed is subjected to an atmospheric heat treatment. The heat treatment atmosphere is selected according to the composition of the ceramic substrate (S114). For example, when the ceramic substrate is an oxide, nitride or carbide, respectively, an oxidizing atmosphere, a nitride atmosphere, or a carbonization atmosphere is selected as the heat treatment atmosphere. The oxidizing atmosphere may be performed by leaving the atmosphere or by supplying oxygen gas, and the nitriding atmosphere may be performed by supplying a gas serving as a nitrogen source such as nitrogen or ammonia. The carbonization atmosphere can also be carried out by the supply of a gas that acts as a carbon source, such as methane gas. The metal element constituting the metal thin film layer by the selected atmosphere reacts with the supplied atmospheric gas to form a nanoparticle layer of oxide, nitride or carbide. At this time, the atmospheric heat treatment temperature affects the size of the oxide, nitride or carbide particles formed, it is necessary to pay attention to the temperature selection.

예컨대, 분위기 열처리 온도가 높아지면, 금속의 산화, 질화 및 탄화 반응이 빨라지는 반면 입자 크기가 증가한다. 분위기 열처리 온도가 낮아지면 그와 반대의 현상이 발생한다. 따라서 분위기 열처리 온도는 형성되는 입자층의 크기와 반응 속 도를 고려하여 적절히 선택되어야 하며, 이와 같은 변수를 고려한 열처리 온도의 선택은 이 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 손쉽게 실시할 수 있는 정도의 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면 열처리에 의해 형성되는 화합물의 조성에 따라 열처리 온도가 약 400 ~ 1400 ℃의 범위에 존재한다. For example, the higher the atmospheric heat treatment temperature, the faster the oxidation, nitriding and carbonization of the metal, while increasing the particle size. When the atmospheric heat treatment temperature is lowered, the opposite phenomenon occurs. Therefore, the atmospheric heat treatment temperature should be appropriately selected in consideration of the size and reaction speed of the particle layer to be formed, the selection of the heat treatment temperature in consideration of such variables can be easily carried out by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs. It is about. According to an embodiment of the present invention, the heat treatment temperature is in the range of about 400 to 1400 ° C. depending on the composition of the compound formed by the heat treatment.

다시 도 1을 참조하면, 나노 입자층이 형성된 두 세라믹스 기재의 접합면을 정렬한다(S120). 이 단계는 후속하는 가압 및 가열 단계를 위한 예비 단계로서 , 접합면이 서로 잘 접촉하도록 하는 단계이다. 특히 두 세라믹스 기재가 단결정인 경우 각 기재의 접합면의 방위는 서로 일치되도록 정렬되어야 하는데, 두 기재의 결정 방위 차이가 큰 경우 열팽창 계수 차이에 의하여 열처리 이후 냉각 과정 중에 계면에 높은 응력이 발생하여 파괴되거나 접합후 접합 계면에 전위밀도가 증가하여 접합체의 물성이 저하된다. 그러나, Σ3, Σ9, 쌍정입계 등과 같이 열팽창 계수차이가 존재하지 않는 특정한 결정학적 방위로는 접합이 가능하다.Referring back to FIG. 1, the bonding surfaces of the two ceramic substrates on which the nanoparticle layer is formed are aligned (S120). This step is a preliminary step for the subsequent pressing and heating step, in which the joining surfaces are in good contact with each other. In particular, when the two ceramic substrates are single crystals, the orientations of the bonding surfaces of the respective substrates should be aligned to match each other.If the crystal orientation differences of the two substrates are large, the high stress occurs at the interface during the cooling process after heat treatment due to the difference in thermal expansion coefficient. Or the dislocation density increases at the joining interface after joining, thereby deteriorating the physical properties of the joined body. However, it is possible to bond with specific crystallographic orientations in which there is no thermal expansion coefficient difference, such as Σ3, Σ9, twin grain boundaries, or the like.

이어서, 상기 두 세라믹스 기재를 가압 및 가열하여 열처리한다(S130). 이 단계의 수행에 의해 상기 두 세라믹스 기재 사이에 위치하는 나노 입자층은 점차 소멸하며 두 세라믹스 기재가 일체로 접합된다. Subsequently, the two ceramic substrates are pressed and heated to be heat treated (S130). By performing this step, the nanoparticle layer positioned between the two ceramic substrates gradually disappears and the two ceramic substrates are integrally bonded.

본 발명의 상기 단계 S130에서 세라믹스 기재가 접합되는 메커니즘을 설명하면 다음과 같다. Referring to the mechanism of the ceramic substrate is bonded in the step S130 of the present invention as follows.

먼저 상기 세라믹스 기재 사이에 위치한 나노 입자층이 고온에서 가해진 압력에 의해 소성 변형을 발생한다. 이와 같은 세라믹스의 열간 소성 변형은 초소성(super plasticity)라고 불리는데 와카이(F. Wakai) 등의 어드밴스트 세라믹스 머 티리얼즈(Advanced Ceramics Materials 1, 259, (1986))에 발표된 이래 널리 알려져 왔다. 본 발명에서와 같이 나노 크기의 입자들은 매우 높은 초소성을 가지므로 낮은 압력에 의해서도 쉽게 변형을 일으키며, 접합체 사이에 존재하는 공극을 메우고 치밀한 접촉면을 형성한다. 따라서 이 때 소요되는 압력은 종래의 확산에 의한 세라믹스 접합 방법에서 사용되는 압력에 비해 매우 낮은 수준이다. First, the nanoparticle layer located between the ceramic substrates generates plastic deformation due to the pressure applied at a high temperature. Such hot plastic deformation of ceramics is called super plasticity and has been widely known since published in Advanced Ceramics Materials 1, 259, (1986) by F. Wakai. As in the present invention, nano-sized particles have a very high superplasticity, so they are easily deformed even by low pressure, filling the pores existing between the conjugates and forming a dense contact surface. Therefore, the pressure required at this time is very low compared to the pressure used in the conventional ceramic bonding method by diffusion.

다음으로 나노 입자층은 고온 열처리 과정에서 세라믹스 기재를 구성하는 입자의 비정상 입성장에 의해 사라져, 계면층의 조직이 세라믹스 기재의 미세조직과 구별할 수 없게 된다. Next, the nanoparticle layer disappears due to abnormal grain growth of the particles constituting the ceramic substrate during the high temperature heat treatment, so that the structure of the interface layer cannot be distinguished from the microstructure of the ceramic substrate.

도 3은 세라믹스 기재가 단결정일 때, 상기 단결정 기재의 비정상 입성장에 의해 나노 입자층이 소멸하는 과정을 도시하는 도면이다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 가열 가압 상태에서 세라믹스 기재(100) 사이의 경계면에 위치하는 나노 입자층(110)은 기재(100)를 구성하는 입자에 비해 입자 크기가 매우 작기 때문에 그 곡률 반경의 차에 따라 기재로 흡수되어 소멸한다. 이에 따라 기재와 나노 입자층의 계면(112, 114)은 점차 나노 입자층(110)의 중심으로 이동하며, 궁극적으로 두 계면(112, 114)이 만나서 나노 입자층(110)은 소멸하게 된다. 이 때 접합 기재인 단결정의 결정 방위가 일치되는 경우, 두 계면(112, 144) 사이의 결정학적 방위의 차이가 없어지므로 결국 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 접합 기재는 하나의 단결정(120)과 같이 된다. 이와 같이, 평균 입경보다 매우 큰 조대한 입자의 입성장에 의해 미소한 입자가 소모되어 조대한 입자가 남게 되는 현상을 특히 비정상 입성장이라 하며, 킹거리(W.D. Kingery) 등 세라믹스 입문(Introduction to Ceramics, John Wiley & Sons, Inc., New York, pp 461 (1960)) 등의 문헌에 의해 세라믹스 분야에는 널리 알려져 있다. 이 때 입자간의 계면 에너지의 감소가 비정상 입성장의 구동력으로 작용하는데 본 발명의 나노 입자층은 미세한 입자로 구성되어 입계 에너지가 매우 크므로 세라믹스 소결체 기재상의 조대한 입자나 단결정 기재의 입성장에 의해 흡수됨으로 인해 입계에너지를 감소시키게 된다. 3 is a diagram illustrating a process in which the nanoparticle layer disappears due to abnormal grain growth of the single crystal substrate when the ceramic substrate is a single crystal. As shown in (a) of FIG. 3, the nanoparticle layer 110 positioned at the interface between the ceramic substrates 100 under the heat and pressurized state has a very small particle size compared to the particles constituting the substrate 100. It is absorbed into the substrate and disappears according to the difference in the radius of curvature. Accordingly, the interfaces 112 and 114 of the substrate and the nanoparticle layer gradually move to the center of the nanoparticle layer 110, and ultimately, the two interfaces 112 and 114 meet and the nanoparticle layer 110 disappears. At this time, when the crystal orientations of the single crystals, which are the bonding substrates, coincide, the difference in the crystallographic orientations between the two interfaces 112 and 144 disappears, and as a result, the bonding substrate is one single crystal as shown in FIG. It becomes like 120. As such, the phenomenon in which coarse particles remain due to the grain growth of coarse particles that are much larger than the average particle diameter is called abnormal grain growth, and is particularly referred to as introduction to ceramics such as WD Kingery. , John Wiley & Sons, Inc., New York, pp 461 (1960)). At this time, the reduction of interfacial energy between particles acts as a driving force for abnormal grain growth. Since the nanoparticle layer of the present invention is composed of fine particles and has a very large grain boundary energy, it is absorbed by coarse grains on the ceramic sintered substrate or grain growth of a single crystal substrate. This reduces the grain boundary energy.

본 발명에 있어서 나노 입자층의 입자 크기는 접합 특성에 큰 영향을 미친다. 첫 번째로 나노 입자층의 입자 크기가 커지면, 입계 에너지가 감소하여 비정상 입성장의 구동력이 감소한다. 따라서 접합 후에도 접합 계면에 입자층이 잔류하게 된다. In the present invention, the particle size of the nanoparticle layer greatly affects the bonding properties. First, as the particle size of the nanoparticle layer increases, the grain boundary energy decreases, thereby reducing the driving force of abnormal grain growth. Therefore, the particle layer remains at the bonding interface even after the bonding.

또한 나노 입자층의 입자 크기가 커지면, 나노 입자층에 존재하는 기공의 크기도 증가한다. 기공의 크기가 작은 경우에는 기공의 이동도(mobility)가 충분히 빠르므로 비정상 입성장시 계면과 기공이 분리되지 않으므로 기공이 입계 확산에 의해 빨리 제거되는 반면, 기공의 크기가 큰 경우 비정상 입성장시 기공과 입계가 쉽게 분리되어 세라믹스 기지상 입자 내부에 포획된다. 이와 같이 입자 내부에 포획 기공은 입내 확산 과정을 통해 제거되어야 하는데, 입내 확산 속도는 매우 느리기 때문에 포획 기공이 잔류하게 된다. 이러한 잔류 기공은 계면의 강도와 광투과성을 크게 저하시키는 원인이 된다. In addition, as the particle size of the nanoparticle layer increases, the size of pores present in the nanoparticle layer also increases. If the pore size is small, the mobility of the pores is fast enough, so the interface and the pores are not separated at the time of abnormal grain growth, so the pores are quickly removed by the grain boundary diffusion. The pores and grain boundaries are easily separated and captured inside the ceramic matrix particles. In this way, the trapping pores must be removed through the intra-diffusion process, and the trapping pores remain because the intra-diffusion rate is very slow. Such residual pores cause a great decrease in the strength and light transmittance of the interface.

따라서, 전술한 바와 같이 본 발명에서 접합 계면에 입자층이 완전히 소멸하기 위해서는 상기 나노 입자층은 100 nm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.Therefore, as described above, in order for the particle layer to completely disappear at the bonding interface in the present invention, the nanoparticle layer preferably has an average particle size of 100 nm or less.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명에서 상기 가압 및 가열 단계(S130)에서 가해지는 압력은 2 ~ 200 기압인 것이 바람직하다. 압력이 2기압 이하인 경우 접합체 간의 접촉이 충분히 일어나지 않으며 압력에 의한 나노 입자의 재배열이 어려워서 접합계면에 기공이 발생하게 되며 압력이 200 기압 이상인 경우에는 크리프(creep)에 의해 접합체의 변형이 심해지는 문제가 있다.Referring back to Figure 1, in the present invention, the pressure applied in the pressing and heating step (S130) is preferably 2 to 200 atm. If the pressure is less than 2 atm, the contact between the joining does not occur sufficiently, the rearrangement of the nanoparticles due to the pressure is difficult to cause pores in the bonding interface, if the pressure is more than 200 atm, the deformation of the conjugate is severed by creep there is a problem.

본 발명에 있어서, 상기 가압 열처리시 열처리 온도는 1000도 이상인 것이 바람직하고, 세라믹스 소결체의 소결온도 이하 또는 단결정 융점보다 100도 이상 낮은 것이 바람직하다. 열처리 온도가 1000도 이하인 경우에는 입자의 확산 속도가 매우 느리기 때문에 나노 입자층이 입성장에 의해 사라지기 어려워서 잔류하는 문제가 발생한다. 또한 열처리 온도가 소결체의 소결온도와 근접할 경우에는 열처리에 의해 세라믹스 기재 자체에 과도한 입성장이 일어나서 강도가 저하되거나 크리프에 의해 접합체의 변형이 심해지는 문제가 있으며 단결정의 경우 융점에 가까운 높은 온도로 열처리하면 단결정 내부에 전위나 공공(vacancy) 등의 결함 밀도가 증가하는 문제가 있다. In the present invention, the heat treatment temperature during the pressure heat treatment is preferably 1000 degrees or more, and preferably 100 degrees or more below the sintering temperature of the ceramic sintered body or lower than the single crystal melting point. When the heat treatment temperature is 1000 degrees or less, since the diffusion speed of the particles is very slow, the nanoparticle layer is hard to disappear due to grain growth, which causes a problem of remaining. In addition, when the heat treatment temperature is close to the sintering temperature of the sintered body, excessive grain growth occurs in the ceramic substrate itself due to the heat treatment, so that the strength of the ceramic substrate itself decreases, or the deformation of the bonded body becomes severe due to creep. There is a problem in that defect density such as dislocations and vacancy increases in the single crystal.

본 발명에서 상기 가압 열처리시의 가스분위기는 상기 세라믹스 기재가 산화물인 경우에는 산소 분위기, 질화물의 경우에는 질소 분위기, 탄화물의 경우에는 메탄 등의 탄화수소 가스 분위기인 것이 바람직하다. 열처리시 가스 분위기가 알맞게 제어되지 않으면 세라믹스 기재 표면에서 분해 세라믹스 물질이 분해되거나 기재 표면에 산화 피막 등이 형성되는 문제가 있다.In the present invention, the gas atmosphere during the pressurized heat treatment is preferably an oxygen atmosphere when the ceramic substrate is an oxide, a nitrogen atmosphere when the nitride is nitride, and a hydrocarbon gas atmosphere such as methane for the carbide. If the gas atmosphere is not properly controlled during heat treatment, there is a problem in that the decomposition ceramic material is decomposed on the surface of the ceramic substrate or an oxide film is formed on the surface of the substrate.

본 발명에 있어서, 접합시의 온도와 압력이 종래의 확산 접합법에 비해 매우 낮으므로 세라믹스 기재의 물성이나 형상 변화가 거의 없다. 나노 입자 박막층만이 초소성에 의한 변형을 일으키지만 그 두께가 5㎛ 이하로 매우 얇으므로 접합체에서의 수치변형은 무시할 수 있을 정도로 작다. 또한, 소결 온도보다 낮은 온도에서 열처리를 실시하기 때문에 세라믹스 기재의 입자는 거의 입성장을 일으키지 않으며 입계에너지가 매우 높은 상태인 나노 입자들만이 세라믹스 기재 또는 단결정으로 비정상 입성장에 의해 사라지게 된다. In the present invention, since the temperature and pressure at the time of joining are very low compared with the conventional diffusion bonding method, there is almost no change in physical properties or shape of the ceramic substrate. Only the nanoparticle thin film layer causes deformation due to superplasticity, but its thickness is very thin, such as 5 μm or less, so that the numerical deformation in the bonded body is negligibly small. In addition, since the heat treatment is performed at a temperature lower than the sintering temperature, the ceramic substrate particles hardly cause grain growth, and only nanoparticles having a very high grain boundary energy disappear due to abnormal grain growth to the ceramic substrate or single crystal.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 실시예가 아래에서 상술하는 실시에로 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention. However, embodiments of the invention may be modified in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

도 4는 본 발명의 실시예에서 사용되는 가열 가압 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 한쪽 또는 양쪽 접합면에 나노 입자층(110)이 형성된 세라믹스 소결체 또는 단결정 기재(100)는 상기 장치의 챔버(180)내에 구비된 가압 장치(130)에 의해 상호 정렬된다. 상기 기재(100) 주변에는 기재를 가열하기 위한 발열체(140)가 구비되어 있다. 또한, 상기 장치는 세라믹스 기재의 구성 성분에 따라 적합한 분위기 가스를 유입하기 위한 가스 도입구(150)와 유입된 분위기 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(160)를 구비하고 있다. 기타, 상기 장치의 챔버(180)에는 접합체에 가해지는 압력을 측정하기 위한 압력계(170)와 온도 측정을 위한 열전대와 같은 온도계(190)가 구비되어 있다. 4 is a view schematically showing a heating press device used in the embodiment of the present invention. As shown, the ceramic sintered body or single crystal substrate 100 having the nanoparticle layer 110 formed on one or both bonding surfaces is aligned with each other by the pressing device 130 provided in the chamber 180 of the device. The heating element 140 for heating the substrate is provided around the substrate 100. In addition, the apparatus includes a gas inlet 150 for introducing a suitable atmosphere gas and a gas outlet 160 for discharging the introduced atmospheric gas according to the constituents of the ceramic substrate. In addition, the chamber 180 of the device is provided with a pressure gauge 170 for measuring the pressure applied to the junction and a thermometer 190 such as a thermocouple for temperature measurement.

상기 발열체(140)로는 카본 재질을 사용하는 것이 일반적이지만 가스분위기로서 높은 산소분압을 유지시켜야할 경우에는 산화분위기에 강한 SiC 또는 MoSi2를 사용하는 것이 바람직하다. As the heating element 140, a carbon material is generally used, but when it is necessary to maintain a high oxygen partial pressure as the gas atmosphere, it is preferable to use SiC or MoSi 2 that is strong in the oxidation atmosphere.

제1 실험예Experimental Example

20mm×20mm×5mm인 2개의 Al2O3 단결정 기재의 접합면((0001)면)에 각각 열증착법(thermal evaporation)으로 Al 박막을 50nm 두께로 상온 증착하였다. 이어서, Al 박막이 형성된 각 기재를 공기 중에서 500 ℃, 1시간 동안 열처리를 하여 기재 표면에 금속 산화물 나노 입자층을 형성하였다. 도 5a는 열처리후의 기재 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 것이다. 열처리에 의해 평균 입경 약 30nm인 나노 입자층이 형성된 것을 알 수 있다. XRD 분석을 통하여 상기 나노 입자층이 γ-알루미나상임을 확인하였다.An Al thin film was deposited at room temperature to a thickness of 50 nm by thermal evaporation, respectively, on the bonding surface ((0001) surface) of two Al 2 O 3 single crystal substrates of 20 mm × 20 mm × 5 mm. Subsequently, each substrate on which the Al thin film was formed was heat-treated at 500 ° C. for 1 hour in air to form a metal oxide nanoparticle layer on the surface of the substrate. 5A shows the surface of the substrate after heat treatment with a scanning electron microscope. It can be seen that a nanoparticle layer having an average particle diameter of about 30 nm was formed by the heat treatment. XRD analysis confirmed that the nanoparticle layer was γ-alumina.

상기 나노 입자층이 코팅된 Al2O3 단결정 기재의 결정 방향을 정렬한 후 가압 가열 장치에서 가압 열처리하였다. 이 때, 가압 장치의 압력은 약 10 기압, 승온 속도는 10도/min, 열처리 온도는 1700 ℃, 열처리 시간은 1시간이었다. 열처리 분위기 가스로는 순도 99.5%의 아르곤 가스를 사용하였다. 상기 아르곤 가스에는 0.1% 이상의 산소가 불순물로 함유되어 있으므로, 상기 아르곤 가스는 Al2O3 단결정의 분해를 일으키지 않을 정도의 산화분위기를 제공할 수 있다.After aligning the crystal directions of the Al 2 O 3 single crystal substrate coated with the nanoparticle layer was subjected to pressure heat treatment in a pressure heating apparatus. At this time, the pressure of the pressurization apparatus was about 10 atmospheres, the temperature increase rate was 10 degrees / min, the heat processing temperature was 1700 degreeC, and the heat processing time was 1 hour. Argon gas having a purity of 99.5% was used as the heat treatment atmosphere gas. Since the argon gas contains 0.1% or more of oxygen as an impurity, the argon gas may provide an oxidation atmosphere that does not cause decomposition of the Al 2 O 3 single crystal.

도 5b는 상기 가압 열처리 후의 Al2O3 단결정 접합체 단면의 주사 전자현미경 사진이다. 5B is a scanning electron micrograph of the cross section of the Al 2 O 3 single crystal assembly after the pressure heat treatment.

고배율(×330) 전자현미경 상에서 두 세라믹 기재(A, B)간의 계면(화살표)이 구분되지 않을 정도로 접합이 양호하게 이루어졌음을 알 수 있다. 또한 육안으로 관찰할 때, 접합체는 단결정과 유사한 투광성을 가지고 있음을 알 수 있었다.On the high magnification (× 330) electron microscope, it can be seen that the bonding was performed to such an extent that the interface (arrow) between the two ceramic substrates (A, B) was not distinguished. In addition, when observed visually, the conjugate was found to have a light transmittance similar to that of a single crystal.

본 발명에 의해 제조된 Al2O3 단결정 접합체로부터 접합 계면을 중심으로 8개의 곡강도 측정용 시편을 제조한 뒤 4점 곡강도를 측정한 결과를 아래 표 1에 나타내었다. 표 1에는 본 발명과의 비교를 위해 Al2O3 단결정에 대한 4점 곡강도 측정결과가 함께 기재되어 있다. 표 1로부터 본 발명에 의해 제조된 접합체는 단일체와 동등한 수준의 접합강도를 나타냄을 알 수 있다. 또한, 테스트 된 총 8개의 시편에서 접합체의 파괴가 접합 계면에서 비롯되지 않았음을 확인할 수 있었다.Table 8 shows the results of measuring four points of bending strength after preparing eight specimens for measuring the bending strength from the Al 2 O 3 single crystal assembly prepared according to the present invention around the bonding interface. Table 1 lists the four-point bending strength measurement results for the Al 2 O 3 single crystal for comparison with the present invention. It can be seen from Table 1 that the conjugate produced by the present invention exhibits the same bond strength as that of the monolith. In addition, it was confirmed that the breakage of the conjugate did not originate at the bonding interface in all eight specimens tested.

Al2O3 단결정 단일체Al 2 O 3 single crystal monolith Al2O3 단결정 접합체Al 2 O 3 single crystal conjugate σ1(MPa)σ 1 (MPa) 267267 269269 σ2 σ 2 272272 271271 σ3 σ 3 287287 277277 σ4 σ 4 295295 285285 σ5 σ 5 307307 294294 σ6 σ 6 311311 310310 σ7 σ 7 341341 329329 σ8 σ 8 350350 347347 평균Average 304±30304 ± 30 298±29298 ± 29

비교 실험예Comparative Experiment

세라믹스 기재의 접합면에 나노 입자층을 형성하지 않은 점을 제외하고는 제 1 실험예와 동일한 조건으로 접합체를 제조하였다. 이와 같이 제조된 접합체는 약간의 충격에 의해 쉽게 분리가 가능할 정도의 약한 접합 강도를 나타내었다.The bonded body was manufactured under the same conditions as in the first experimental example except that the nanoparticle layer was not formed on the bonded surface of the ceramic substrate. Thus prepared conjugate exhibited a weak bond strength that can be easily separated by a slight impact.

제2 실험예Experimental Example 2

20mm×20mm×1mm인 두 AlN 소결체 기재의 접합면에 각각 열증착법을 통하여 Al 박막을 1㎛ 두께로 상온 증착하였다. 금속 상태의 Al 박막은 1000도에서 1시간 동안 99.999%의 고순도 질소분위기에서 열처리하였다. 도 6a는 열처리후의 기재 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 것이다. 열처리에 의해 평균 입경 약 20nm인 나노 입자층이 형성됨을 알 수 있었으며, XRD 분석을 통하여 표면 나노 입자층이 AlN 화합물임을 확인하였다.An Al thin film was deposited at room temperature to a thickness of 1 μm through thermal evaporation on the joint surfaces of two AlN sintered substrates each having a thickness of 20 mm x 20 mm x 1 mm. The metal Al thin film was heat-treated in a high purity nitrogen atmosphere of 99.999% for 1 hour at 1000 degrees. 6A shows the surface of the substrate after heat treatment with a scanning electron microscope. It was found that a nanoparticle layer having an average particle diameter of about 20 nm was formed by the heat treatment, and it was confirmed through the XRD analysis that the surface nanoparticle layer was an AlN compound.

이어서, 상기 나노 입자층이 형성된 AlN 소결체 기재를 정렬한 후 도 4에 도시된 바와 같은 가열 가압 장치를 사용하여 가압 열처리를 실시하였다. 이 때 분위기 가스로는 99.999%의 고순도 질소 가스를 사용하였고, 열처리 온도인 1650도까지 분당 10도의 속도로 승온한 후 1시간 유지하였으며, 열처리 과정에서 가압 장치는 50 기압의 정압을 유지하였다. Subsequently, after the alignment of the AlN sintered body substrate on which the nanoparticle layer was formed, pressurization heat treatment was performed using a heat pressurization apparatus as shown in FIG. 4. At this time, a high-purity nitrogen gas of 99.999% was used as the atmosphere gas, and the temperature was raised to a heat treatment temperature of 1650 degrees at a rate of 10 degrees per minute and maintained for 1 hour. During the heat treatment, the pressurization apparatus maintained a constant pressure of 50 atm.

도 6b는 가압 열처리에 의해 제조된 AlN 접합체의 파단면을 촬영한 주사전자 현미경 사진이다.6B is a scanning electron micrograph of the fracture surface of the AlN conjugate produced by the pressure heat treatment.

도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 접합체 계면에서 잔류물은 관찰되지 않았으며, 접합체 계면이 맞물림(interlocking) 구조를 가지고 있는 것을 확인할 수 있 다. 이 맞물림 구조는 양 세라믹스 기재에서 나노 입자층 쪽으로 입성장이 일어났다는 것을 보여준다. 또한 도시된 파단면 사진으로부터 본 발명에 의해 제조된 AlN 접합체가 접합 계면을 통한 파괴가 발생하지 않는다는 사실을 알 수 있다.As can be seen in Figure 6b, no residue was observed at the interface of the junction, it can be seen that the interface has an interlocking structure (interlocking) structure. This interlocking structure shows that grain growth occurred in both ceramic substrates towards the nanoparticle layer. It can also be seen from the fracture surface photograph shown that the AlN conjugate produced by the present invention does not break through the bonding interface.

제3 실험예Experimental Example 3

20mm×20mm×10mm인 두 개의 Si3N4 소결체 기재의 접합면에 열증착법을 통해 Si 박막을 1㎛ 두께로 상온 증착하였다. 이어서, 증착된 Si 박막을 1100도에서 1시간 동안 99.999%의 고순도 질소분위기에서 열처리하였다. 도 7a는 열처리후의 기재 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 것이다. 도시된 사진으로부터 약 40nm의 평균입자 크기를 가지는 나노 입자층이 기재 표면에 형성되었음을 알 수 있다. 또한 XRD 분석을 통하여 증착된 Si 박막이 Si3N4 결정으로 변환되었음을 알 수 있었다.The Si thin film was deposited at room temperature to a thickness of 1 μm through thermal evaporation on the joint surfaces of two Si 3 N 4 sintered substrates having a thickness of 20 mm x 20 mm x 10 mm. Subsequently, the deposited Si thin film was heat-treated in a high purity nitrogen atmosphere of 99.999% for 1 hour at 1100 degrees. 7A shows the surface of the substrate after heat treatment with a scanning electron microscope. From the photographs shown, it can be seen that a nanoparticle layer having an average particle size of about 40 nm was formed on the surface of the substrate. In addition, XRD analysis showed that the deposited Si thin film was converted into Si 3 N 4 crystals.

이어서, 상기 나노 입자층이 형성된 Si3N4 소결체 기재를 정렬한 후 가압 가열 장치로 가압 열처리를 실시하였다. 분위기 가스로는 99.999%의 고순도 질소 가스를 사용하였으며, 열처리 조건은 1550 도, 1시간으로 하였다. 이 때 승온 속도는 분당 10도이었으며 가압 장치의 압력은 30 기압으로 유지하였다. Subsequently, after aligning the Si 3 N 4 sintered base material on which the nanoparticle layer was formed, pressure heat treatment was performed using a pressure heating device. As the atmospheric gas, high purity nitrogen gas of 99.999% was used, and the heat treatment condition was 1550 degrees for 1 hour. At this time, the temperature increase rate was 10 degrees per minute and the pressure of the pressurization apparatus was maintained at 30 atmospheres.

도 7b는 상기 가압열처리 후의 Si3N4 접합체 단면에 대한 주사 전자현미경 사진이다. 7B is a scanning electron micrograph of the cross section of the Si 3 N 4 conjugate after the pressurized heat treatment.

접합체 계면에서 잔류물이 거의 관찰되지 않으며 접합 계면(화살표)은 기재와 동일한 미세조직을 나타내었다. 이와 같이 접합된 접합체의 파단 실험을 통해 접합체가 계면을 통한 파괴가 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.Little residue was observed at the bond interface and the bond interface (arrow) showed the same microstructure as the substrate. As a result of the fracture test of the bonded body, it was confirmed that the bonded body did not break through the interface.

제4 실험예Experimental Example 4

20mm×20mm×10mm인 두 개의 SiC 소결체 기재의 접합면에 각각 DC 마그네트론 스퍼터링을 통하여 SiC 박막을 0.5 ㎛ 두께로 증착하였다. 증착조건은 DC power 100 W, SiC 타겟(target)과 소결체간의 거리 20 mm, 기판 온도 400도, Ar 분위기, 압력 2×10-2 Torr의 조건으로 행하였다. 박막은 평균 입경 약 40nm인 나노 입자로 이루어져 있었으며, XRD 분석을 통하여 증착층의 상이 SiC임을 확인하였다.The SiC thin films were deposited to a thickness of 0.5 μm through DC magnetron sputtering on the joint surfaces of two SiC sintered bodies substrates of 20 mm × 20 mm × 10 mm, respectively. The deposition conditions were performed under conditions of a DC power 100 W, a distance of 20 mm between the SiC target and the sintered body, a substrate temperature of 400 degrees, an Ar atmosphere, and a pressure of 2 x 10 -2 Torr. The thin film was composed of nanoparticles having an average particle diameter of about 40 nm, and confirmed that the phase of the deposited layer was SiC through XRD analysis.

이어서, 상기 나노 입자층이 코팅된 SiC 소결체 기재를 정렬한 후 가압 열처리를 실시하였다. 가스 분위기로는 99.99%의 고순도 메탄 가스를 사용하였고, 1700도에서 1시간 동안 유지하였다. 이때 승온 속도는 분당 10도이었으며 가압 장치의 압력은 60기압을 유지하였다. Subsequently, the nanoparticle layer coated SiC sintered substrate was aligned and subjected to pressure heat treatment. 99.99% high-purity methane gas was used as the gas atmosphere, and maintained at 1700 degrees for 1 hour. At this time, the temperature increase rate was 10 degrees per minute and the pressure of the pressurization device was maintained at 60 atm.

도 8은 이와 같이 제조된 SiC 접합체 단면에 대한 주사 전자현미경 사진이다. 8 is a scanning electron micrograph of the cross-section of the SiC assembly thus prepared.

접합체 계면(화살표)을 따라 대부분의 접합부위에서 완전한 결합이 이루어짐을 알 수 있으며 접합계면에 일부 존재하는 기공들 중에서 기재에 이미 존재하는 기공의 크기에 비해 파괴 기점으로 작용할 만큼 현저하게 큰 것은 발견되지 않았다. 접합체에 대한 파단 실험에서 계면을 통한 파괴가 발생하지 않는 것을 확인하였다.It can be seen that complete bonding occurs at most junctions along the junction interface (arrows), and none of the pores present in the bonding interface is significantly larger than the size of the pores already present in the substrate to act as a breakdown point. . It was confirmed that the break through the interface does not occur in the fracture test for the conjugate.

본 발명에 따르면, 세라믹스-세라믹스 간 접합에 있어서 종래의 접합 방법에 비해 접합 계면에서의 기계적 광학적 특성이 우수한 접합 방법을 제공할 수 있다. 특히 본 발명의 일부 실시예에 따라 제조된 접합체는 접합 계면 전체에 걸쳐 균일한 접합 특성을 갖고 접합 강도가 단일체와 동등 수준의 접합 특성을 갖는다.According to the present invention, it is possible to provide a bonding method having excellent mechanical and optical properties at the bonding interface in the bonding between ceramics and ceramics. In particular, the conjugates produced according to some embodiments of the present invention have uniform bonding properties throughout the bonding interface and have bonding strengths equivalent to that of monoliths.

또한, 본 발명에 따르면 비교적 낮은 온도와 압력에서 접합체를 제조할 수 있으므로 접합시의 기재의 조직이나 치수 변형 등이 최소화되므로 실제 산업 현장에서 적용하기에 적합하다.In addition, according to the present invention, since the bonded body can be manufactured at a relatively low temperature and pressure, the structure and dimensional deformation of the substrate at the time of joining are minimized, so it is suitable for application in actual industrial sites.

본 발명에 따르면, 종래 금속에 비해서 접합이 매우 어려운 것으로 알려져 왔던 세라믹스를 단일체와 유사한 정도의 강도로 접합할 수 있으므로, 복잡하고 큰 형상의 세라믹스 제품의 제조에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. According to the present invention, since ceramics, which have been known to be very difficult to bond compared to conventional metals, can be bonded with a strength similar to that of a single body, it is expected that the present invention can greatly contribute to the manufacture of a ceramic product having a complex and large shape.

Claims (22)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 금속 산화물로 된 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서,In the method of joining two ceramic substrates of metal oxide, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 상기 금속 산화물을 이루는 금속 원소를 포함하는 금속 박막층을 형성하는 단계;Forming a metal thin film layer including a metal element constituting the metal oxide on at least one bonding surface of the bonding surfaces of the two ceramic substrates; 상기 금속 박막층이 형성된 세라믹스 기재를 산화 분위기하의 제1 온도에서 열처리함으로써 금속 산화물을 포함하는 세라믹스 나노 입자층을 형성하는 단계;Forming a ceramic nanoparticle layer including a metal oxide by heat-treating the ceramic substrate on which the metal thin film layer is formed at a first temperature in an oxidizing atmosphere; 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 정렬하는 단계; 및Aligning the joining surfaces of the two ceramic substrates; And 상기 두 세라믹스 기재를 산화 분위기 및 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 가압하여 상기 두 세라믹스 기재를 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법. Bonding the two ceramic substrates by pressing the two ceramic substrates at an oxidizing atmosphere and at a second temperature higher than the first temperature. 금속 질화물로 된 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서,In the method of joining two ceramic substrates of metal nitride, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 상기 금속 질화물을 이루는 금속 원소를 포함하는 금속 박막층을 형성하는 단계;Forming a metal thin film layer including a metal element constituting the metal nitride on at least one bonding surface of the bonding surfaces of the two ceramic substrates; 상기 금속 박막층이 형성된 세라믹스 기재를 질화 분위기하의 제1 온도에서 열처리함으로써 금속 질화물을 포함하는 세라믹스 나노 입자층을 형성하는 단계;Forming a ceramic nanoparticle layer including metal nitride by heat-treating the ceramic substrate on which the metal thin film layer is formed at a first temperature in a nitriding atmosphere; 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 정렬하는 단계; 및Aligning the joining surfaces of the two ceramic substrates; And 상기 두 세라믹스 기재를 질화 분위기 및 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 가압하여 상기 두 세라믹스 기재를 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법.Bonding the two ceramic substrates by pressing the two ceramic substrates at a nitride atmosphere and at a second temperature higher than the first temperature. 금속 탄화물로 된 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서,In the method of joining two ceramic substrates of metal carbide, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 상기 금속 탄화물을 이루는 금속 원소를 포함하는 금속 박막층을 형성하는 단계;Forming a metal thin film layer including a metal element constituting the metal carbide on at least one bonding surface of the bonding surfaces of the two ceramic substrates; 상기 금속 박막층이 형성된 세라믹스 기재를 산화 분위기하의 제1 온도에서 열처리함으로써 금속 탄화물을 포함하는 세라믹스 나노 입자층을 형성하는 단계;Forming a ceramic nanoparticle layer including metal carbide by heat-treating the ceramic substrate on which the metal thin film layer is formed at a first temperature in an oxidizing atmosphere; 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 정렬하는 단계; 및Aligning the joining surfaces of the two ceramic substrates; And 상기 두 세라믹스 기재를 탄화 분위기 및 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 가압하여 상기 두 세라믹스 기재를 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법.Bonding the two ceramic substrates by pressurizing the two ceramic substrates at a carbonization atmosphere and at a second temperature higher than the first temperature. 금속 산화물로 된 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서,In the method of joining two ceramic substrates of metal oxide, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 상기 금속 산화물을 이루는 금속 원소를 포함하는 금속 박막층을 형성하는 단계;Forming a metal thin film layer including a metal element constituting the metal oxide on at least one bonding surface of the bonding surfaces of the two ceramic substrates; 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 정렬하는 단계;Aligning the joining surfaces of the two ceramic substrates; 상기 금속 박막층이 형성된 세라믹스 기재를 산화 분위기하에서 제1 온도에서 열처리하여 금속 산화물을 포함하는 세라믹스 나노 입자층을 형성하는 단계; 및Heat treating the ceramic substrate on which the metal thin film layer is formed at a first temperature in an oxidizing atmosphere to form a ceramic nanoparticle layer including a metal oxide; And 산화 분위기를 유지하고 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 승온하여 상기 두 세라믹스 기재를 가압 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법.Maintaining the oxidizing atmosphere and heating to a second temperature higher than the first temperature to pressurize the two ceramic substrates. 금속 질화물로 된 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서,In the method of joining two ceramic substrates of metal nitride, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 상기 금속 질화물을 이루는 금속 원소를 포함하는 금속 박막층을 형성하는 단계;Forming a metal thin film layer including a metal element constituting the metal nitride on at least one bonding surface of the bonding surfaces of the two ceramic substrates; 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 정렬하는 단계;Aligning the joining surfaces of the two ceramic substrates; 상기 금속 박막층이 형성된 세라믹스 기재를 질화 분위기하에서 제1 온도에서 열처리하여 금속 질화물을 포함하는 세라믹스 나노 입자층을 형성하는 단계; 및Heat-treating the ceramic substrate on which the metal thin film layer is formed at a first temperature in a nitriding atmosphere to form a ceramic nanoparticle layer including metal nitride; And 질화 분위기를 유지하고 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 승온하여 상기 두 세라믹스 기재를 가압 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법.Maintaining the nitriding atmosphere and heating the second ceramic substrate to a second temperature higher than the first temperature to press-bond the two ceramic substrates. 금속 탄화물로 된 두 세라믹스 기재를 접합하는 방법에 있어서,In the method of joining two ceramic substrates of metal carbide, 상기 두 세라믹스 기재의 접합면 중 최소한 하나의 접합면에 상기 금속 탄화물을 이루는 금속 원소를 포함하는 금속 박막층을 형성하는 단계;Forming a metal thin film layer including a metal element constituting the metal carbide on at least one bonding surface of the bonding surfaces of the two ceramic substrates; 상기 두 세라믹스 기재의 접합면을 정렬하는 단계;Aligning the joining surfaces of the two ceramic substrates; 상기 금속 박막층이 형성된 세라믹스 기재를 탄화 분위기하에서 제1 온도에서 열처리하여 금속 탄화물을 포함하는 세라믹스 나노 입자층을 형성하는 단계; 및Heat treating the ceramic substrate on which the metal thin film layer is formed at a first temperature in a carbonization atmosphere to form a ceramic nanoparticle layer including metal carbide; And 탄화 분위기를 유지하고 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 승온하여 상기 두 세라믹스 기재를 가압 접합하는 단계를 포함하는 세라믹스 기재의 접합 방법.Maintaining the carbonization atmosphere and heating to a second temperature higher than the first temperature to press-bond the two ceramic substrates. 제14항 내지 제19항에 있어서,The method of claim 14, wherein 상기 제1 온도는 400 ~ 1400 ℃이며, 상기 제2 온도는 1000 ~ 1900 ℃인 것을 특징으로 하는 세라믹스 기재의 접합 방법.The said 1st temperature is 400-1400 degreeC, and said 2nd temperature is 1000-1900 degreeC, The joining method of the ceramic base material characterized by the above-mentioned. 제14항 내지 제19항에 있어서,The method of claim 14, wherein 상기 나노 입자층의 평균 입경은 10 ~ 100 nm 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹스 기재의 접합 방법.Bonding method of the ceramic substrate, characterized in that the average particle diameter of the nanoparticle layer is 10 ~ 100 nm or less. 제14항 내지 제19항에 있어서,The method of claim 14, wherein 상기 금속 박막층은 두께가 10 nm ~ 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 세라믹스 기재의 접합 방법.The metal thin film layer has a thickness of 10 nm ~ 5 ㎛ ceramic bonding method of the substrate.
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