KR20170021255A

KR20170021255A - 세라믹 링잉

Info

Publication number: KR20170021255A
Application number: KR1020167035869A
Authority: KR
Inventors: 라르스 슈네터
Original assignee: 세람텍-에텍 게엠베하
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2017-02-27
Also published as: DE102015006390A1; US10676400B2; RU2016150139A; AR100555A1; US20170226019A1; WO2015176816A3; EP3145896A2; CN106715361A; WO2015176816A2

Abstract

본 발명의 요지는 일체로 결합된 복합 부품, 이의 생산 방법, 및 이의 용도이다. 본 발명은 특히 일체로 결합된 투명한 세라믹 부품, 그러한 세라믹 복합 부품의 제작 방법, 및 이의 용도에 관한 것이다.

Description

세라믹 링잉{WRINGING TOGETHER OF CERAMICS}

본 발명의 목적은 일체로 결합된 복합 부품, 이의 생산 방법, 및 이의 용도이다. 본 발명은 특히 일체로 결합된 투명한 세라믹 복합 부품, 그러한 세라믹 복합 부품의 생산 방법, 및 이의 용도에 관한 것이다.

산업용 세라믹(technical ceramic)은 다수의 다른 물질들에 비해 화학적으로, 열적으로, 및/또는 기계적으로 더 안정하다는 이점을 지닌다. 이러한 이유로, 세라믹의 사용이 늘어날 수 있다면 유리할 것이다.

투명한 세라믹은 특히 고성능 적용에서 다른 투명한 물질들, 예컨대, 플라스틱 또는 유리에 비해 이점을 지닐 수 있다. 이들의 고수준의 화학적, 열적 및 기계적 저항성은 이들을 극심한 응력으로의 적용에 대해 이상적으로 만든다.

그러나, 산업용 세라믹은 또한 단점을 지닌다. 예를 들어, 세라믹 기재(substrate)의 파괴 강도는 다수 적용에 충분하지 않다. 투명한 세라믹은, 예를 들어, 휴대용 전자 장치를 위한 내스크래치성 디스플레이 스크린(scratch resistant display screen)으로서 사용될 수 있다. 그러나, 두께 및 중량과 관련하여 필요한 표준은 세라믹 패널로 달성하기 어려운데, 그 이유는 이들이 충분한 파괴 강도를 보장하는 특정 두께를 필요로 하기 때문이다.

이러한 과제를 해결하는 한 가지 방식은, 세라믹이 매우 얇게 제조될 수 있고, 기능적 표면으로서 작용하는 세라믹 기재 복합체 또는 라미네이트(laminate)를 사용하는 것이다. 기재는 세라믹을 위한 지지체(support)로서 작용하며, 복합체에 충분한 파괴 강도를 제공하는 것과 같은 다른 기능을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 세라믹 및 지지체 물질은 서로에 대해 강하게, 바람직하게는 일체로 결합되어야 한다.

접착제 층에 의해 서로에 대해 결합되는 세라믹/기재 라미네이트는 종래 기술로부터 공지되어 있다. 그러나, 그러한 접착제 층은 특히 전체 라미네이트의 최고 가능한 강도가 극단층 접착과 관련되어 추구되는 경우에 불리하다.

두 개의 개별 부품의 링잉(wringing)에 의해 생산되는, 유리와 같은 비정질 물질의 일체로 결합된 복합체는 특히 광학 분야에 공지되어 있다. 이는, 매우 높은 표면 품질을 지니고 어느 한 형태의 피트(fit)에 매칭(matching)하도록 설계되는 두 개의 부품들 사이에 결합을 형성시키는 것을 포함한다. 그러한 부품들로, 상응하는 표면은, 접촉 시에 두 개의 부품들 사이에 영구적인 결합을 형성시키는 그러한 타이트 피트(tight fit)를 서로 형성시킬 수 있다. 이러한 결합을 유지시키는 힘은 두 개의 부품들의 개별 원자들 또는 분자들 사이에 반데르발스 힘(van der Waals force)으로부터 야기되는 것으로 여겨진다.

링잉의 이점은 예를 들어 접착제와 같은 결합시키는 물질의 사용 없이 부품의 결합이 야기된다는 것이다. 부품들은 접착력때문에 실질적으로 함께 고정되는 것으로 추정된다. 규소 및 석영 웨이퍼의 접합 메카니즘은, 상승된 온도(> 100℃)에서 형성된 Si-Si 결합을 기반으로 한다[Goesele, Tong: Semiconductor Wafer Bonding, Annual Review of Materials Science 28 (1), 1998, 215-241]. 표면은 Si-O-Si 결합을 형성시키기 위해 충분히 친수성화되어야 하는 것으로 추정된다. 깨끗하고, 매우 매끄럽고, 정확하게 피팅하는 표면이 결합을 지속시키는데 필요하다.

DE102011012835 A1호에는 저압 산소 플라즈마에서의 전처리 이어서 적어도 100℃에서 진공(< 10 mbar)하의 열 처리에 의해 유리와 결정질 세라믹을 접합시키는 방법이 기재되어 있다. 추가의 코팅 방법(예, SiO₂로의)은 필요하지 않다. 이는 20 kPa 내지 5 MPa의 범위 내에서 높은 접촉 압력의 이용에서 기인될 수 있다.

본 발명이 다루고 있는 과제는 산업용 세라믹과 또 다른 부품 사이에 강한 결합을 제공하는 것이다. 특히, 투명한 세라믹의 경우에, 본 발명에 따른 결합은 또한 복합체의 투명도에 부정적인 영향을 미치지 않아야 한다. 본 발명에 따르면, 복합 부품은 세라믹과 세라믹, 또는 세라믹과 다른 물질, 즉, 예를 들어, 세라믹과 (경화) 유리 또는 세라믹과 플라스틱으로 제조된다.

본 발명은, 첫 번째로, 600 nm 파장에서 > 75%의 RIT 값을 지니는(두께: 2 mm), WO 2013/068418 A1호에 기재된 것들과 같은 다결정질의 투명한 세라믹의 개발물을 기반으로 한, 적어도 하나의 세라믹 부품을 지니는 투명한 물질 복합체의 링잉에 의한 생산을 가능하게 했다. 투명도는

- < 0.5°의 좁은 구경각(aperture angle)으로의 실제 인라인 투과율(real inline transmission: RIT);

- 스폿 주기(spot frequency); 및

- 헤이즈(haze)를 측정함으로써 적절하게 정량화되어야 한다.

본 발명이 다루고 있는 과제는 주요 청구항의 특징부를 지니는 복합 부품에 의해 해결된다. 바람직한 구체예는 종속항에 개시되어 있다. 본 발명에 따른 복합 부품의 생산을 위한 본 방법은 독립항의 방법의 특징부에 의해 특성화된다. 이에 따라서, 본 방법은 세라믹 부품과 또 다른 부품 사이의 결합을 이를 링잉시킴으로써 제공한다. 본 방법의 바람직한 구체예는 종속항의 방법에서 찾아볼 수 있다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 두 개의 부품들은 서로 직접적으로, 즉, 결합제 없이 접합된다. 접합 압력이 이러한 목적을 위해 필요하다.

그러나, 본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 마찬가지로 하나 또는 둘 모두의 부품들에 결합제를 적용시킨 후, 결합제(들)을 통해 부품들을 링잉시키는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 결합제는 특히 바람직하게는, 개별 부품들에 광범위하게 다양한 절차를 이용하여 적용될 수 있는 금속 또는 금속 산화물이다. 이러한 경우에, 코팅 방법, 특히, PVD 방법(예, 스퍼터링(sputtering), 전자-빔 증발, 이온-보조 증착(ion-assisted deposition)), CVD 방법, 또는 졸-겔 방법이 특히 바람직하다. PVD 방법이 특히 적합한 것으로 입증되었는데, 그 이유는 링잉에 필요한 표면 균일도(surface evenness)를 달성하는 것이 가능하기 때문이다. 층 두께는 바람직하게는 1 nm 내지 10 μm의 범위이다. 물론, 층은 또한 스크린 인쇄(screen printing) 또는 패드 인쇄(pad printing), 또는 유사한 방법에 의해 부품에 적용될 수 있다.

금속은 금속 층으로서 또는 산화물 층으로서 도입될 수 있다. 산화물 층은 바람직하게는 또한 오로지 일단 부품이 접합되면, 예를 들어, 접합이 산화 조건하에, 예를 들어, 산화 분위기에서 수행된다면 발생될 수 있다.

투명한 Si 및 Ti, 특히 바람직하게는 SiO₂, TiO₂ 또는 ITO(indium tin oxide(인듐 주석 산화물))은 바람직하게는 결합제로서 사용된다. 다른 금속 또는 금속 산화물, 특히 투명한 것들은 또한 본 발명에 따른 결합제로서 적합하다. 투명할 필요가 없는 부품의 경우, 물론 비-투명한 금속 또는 금속 산화물이 사용될 수 있다. 대안적인 방법은 규소 전구체의 화염 열분해 증착(flame pyrolysis deposition)에 의한 표면 규화(surface silicatization)이다. 이러한 경우에, 표면은 모노실란(SiH₄)을 소성시킴으로써 SiO₂로 코팅된다. 표면의 사전-세정은 이러한 경우에 특히 바람직하다(예, 플라즈마 세정에 의해).

부품들을 링잉시키는 것을 가능하게 하기 위해서, 링잉될 표면은 < 10 μm, 바람직하게는 < 1 μm, 더욱 바람직하게는 < 100 nm의 균일성을 지녀야 한다.

본 발명에 따르면, 결합시키고자 하는 부품들의 표면 사이의 거리는 접합 공정 동안 매우 작다. 본 발명에 따르면, 접합시키고자 하는 부품들의 표면이 친밀한 접촉으로 야기되는, 즉, 표면들 사이의 거리가 본 발명에 따라 0(제로)이고, 접합시키고자 하는 부품들의 표면이 서로 이들의 표면의 가장 큰 가능한 부분에 걸쳐 접촉되는 것이 특히 바람직하다. 이러한 친밀한 접촉을 보장하기 위해서, 상술된 표면의 균일성은 본 발명에 따라 특히 바람직하다. 더욱이, 결합시키고자 하는 표면은 서로 정확히 피팅하도록 설계되는 것이 본 발명에 따라 바람직하다. 특히, 부품들이 결합제 없이 링잉되어야 하는 경우, 정확한 피트를 위한 매우 높은 요구가 존재해야 한다.

접합 공정 후, 또는 그 동안, 압력 및/또는 열의 적용은, 어떠한 물질들을 함께 결합시키고자 하는지에 좌우하여, 본 발명에 따라 필요할 수 있다.

본 발명에 따라 바람직한 압력은 대기 압력과 2000 MPa 사이에 있다. 고압이 예로서 가스(아르곤, 질소, 공기)에 의해 고온 등방압 압착기(hot isostatic press: HIP)에서 발생될 수 있다.

접합 공정에 대한 바람직한 온도 범위는 실온과, 더 낮은 용융/연화 온도를 지니는 부품의 용융/연화 온도 미만의 온도 사이이다.

본 발명에 따른 접합 공정이 HIP 시스템에서 수행되는 경우, 이는 열 및 압력을, 필요시, 동시에, 심지어 특정 분위기에서 적용하는 것이 가능하다는 이점을 제공한다.

더욱이, 처리는 진공로(vacuum furnace)에서, 또는 압력 소결로(pressure sintering furnace)에서, 또는 압력 및/또는 열로 처리를 가능하게 하는 다른 장치에서 수행될 수 있다. 더욱이, 오븐에서 기계적 압착 부품, 즉, 예를 들어, 압착기 이어서 열 처리를 이용하는 것이 가능하다.

본 발명에 따라 공정 시간을 단축시키기 위해서, 압력 및 온도 처리는 급속 소결(rapid sintering) 기술, 예컨대, FAST 방법(전계 소결 기술(Field Assisted Sintering Technology))에 의해 수행될 수 있다.

부품들의 링잉 전에, 접합시키고자 하는 표면의 세정이 편리할 수 있다. 플라즈마 에칭(plasma etching), 화학적 세정, 공기 중에, 진공에서 또는 H₂ 분위기에서의 가열에 의해, 또는 이온 밀링(ion milling)에 의해, 표면은 물, OH-기, 탄화수소 및 그 밖의 물질을 본 발명에 따라 함유하지 않을 수 있다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 링잉시키고자 하는 부품들의 열 팽창 계수(coefficient of thermal expansion: CTE)는 서로에 매칭될 수 있다. 특정 적용에서, 예를 들어, 본 발명에 따라 생산된 복합 부품이 예를 들어 노(furnace) 또는 굴뚝 창으로서 사용되는 때에 열 응력에 주어지는 경우, 즉, CTE가 가능한 유사한 경우가 유리하다.

그러나, 두 개의 부품들이 상이한 열 팽창 계수를 지니는 경우에 본 발명에 따라 유리한 복합 부품을 위한 적용이 존재할 수 있다. 부품들 중 하나가 더 높은 CTE를 지니는 물질로 제조되는 복합 부품이 본 발명에 따라 생산되는 경우, 압축 응력은 다른 부품에서 발생된다. 예로서, 낮은 CTE를 지니는 세라믹 부품이 더 높은 CTE를 지니는 유리에 결합되는 경우, 세라믹의 파괴 강도를 증가시킬 수 있는 세라믹 표면에서 압축 응력이 발생된다.

본 발명의 특히 바람직한 구체예에 따르면, 제작된 복합 부품은 디스플레이, 예를 들어, 휴대용 전자 장치를 위한 디스플레이의 일부이다. 이러한 경우에, 복합 부품의 총 두께는 가능한 작은 경우가 유리하다. 따라서, 세라믹 부품은, 예를 들어, 화학적으로 템퍼링(tempering)된 유리 또는 플라스틱에 결합된 얇은 세라믹 층으로 구성된다. 그러한 적용을 위하여, 세라믹 층 및/또는 세라믹 부품은 < 50 mm의 두께, 바람직하게는 < 1 mm의 두께, 더욱 바람직하게는 < 0.5 mm의 두께, 가장 특히 바람직하게는 < 0.1 mm의 두께를 지닌다.

본 발명의 기본 원리는 세라믹 부품과 이에 링잉될 부품 물질 사이에 확산 층의 생성을 기초로 한다. 링잉되는 부품 물질의 세라믹 표면으로의 최소 침투, 또는 접촉 층에서 격자의 변형이 가능하다.

링잉될 부품들의 결합은 일체로 되어 화학적 반응 영역을 형성시켜야 한다.

놀랍게도, 본 발명에 따른 투명한 복합 부품은, 간섭하는 중간 층 없이,

- > 60%, 바람직하게는 > 70%, 가장 바람직하게는 > 75%의 RIT;

- < 10%, 바람직하게는 < 3%, 가장 바람직하게는 < 1%의 수폿 주기; 및

- < 10%, 바람직하게는 5%, 더욱 바람직하게는 < 2%의 헤이즈를 지니며 링잉에 의해 생산될 수 있는 것으로 밝혀졌다:

균일성(< 10 μm, 바람직하게는 < 1 μm, 더욱 바람직하게는 < 100 nm) 및 거칠기(< 20 nm, 바람직하게는 < 10 nm, 가장 바람직하게는 < 1 nm)에 대한 높은 요구는, 예를 들어, 표면에 있는 공극, 및 간섭 무늬(interference pattern)에 의해 산란된 광이 발생되는 것을 방지할 수 있게 한다.

접합 파트너가 얇은 설계(< 1.5 mm, 바람직하게는 < 0.75 mm, 더욱 바람직하게는 < 0.3 mm의 두께)를 지니는 경우, 두께가 감소됨에 따라 투명도가 증가하기 때문에, > 80%의 RIT 값을 지니는 더욱 더 적합한 결합을 생성시키는 것이 가능하다. 이에 대한 이유는 세라믹 부품의 더 얇은 형태로 이미-작은 결함 주기(< 100 ppm의 다공도)가 감소되고, 광이 본질적으로 방해 없이 장치를 통과하기 때문이다. 더욱이, 기하학적인 요건이 감소되는데, 그 이유는 유리와 세라믹 부품이 변형가능하고, 서로에 대해 가요성 있게 놓여질 수 있기 때문이다. 접합 압력이 이러한 목적을 위해 필요하다.

얇은 세라믹 부품은 다결정질 구조를 지닌다. 바람직하게는 Mg-Al 스피넬(MgAl₂0₄) 또는 다결정질 알루미늄 옥사이드(α-Al₂O₃)가 사용된다.

강성 세라믹이 충분히 얇게 제조되는 경우, 이는 가요성이 될 수 있다: 휨 강도(flexural rigidity)는 두께의 세제곱에 비례하며; 그에 따라서 얇은 부품 설계가 유의하게 강성도를 감소시킨다. 이는 세라믹 두께가 약 < 300 μm, 바람직하게는 < 200 μm, 특히 바람직하게는 < 100 μm인 경우에 특히 두드러진다.

특히, 본 발명에는

* 두 개의 부품들의 영구적인 결합에 의해 형성되는 복합 부품으로서, 적어도 하나의 부품이 산업용 세라믹이고, 부품들이 결합시키는 물질을 사용하지 않으면서 결합되는, 복합 부품;

* 상기 요소에 있어서, 두 개의 부품들이 서로에 대해 일체로 결합되어 화학적 반응 영역을 형성시키는, 복합 부품;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 부품들 중 하나가 산업용 세라믹이고, 다른 부품이 세라믹, 제 2 산업용 세라믹, 투명한 물질, 유리, 바람직하게는 알칼리성 알루미늄 실리케이트 유리, 특히 바람직하게는 표면 부근의 층에서 압력하에 프리텐셔닝(pretensioning)되는 알칼리성 알루미늄 실리케이트 유리, 경화 유리, 또는 플라스틱으로부터 선택되는, 복합 부품;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 산업용 세라믹이 다결정질 구조를 지니는, 복합 부품;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 산업용 세라믹이 다결정질의 투명한 산업용 세라믹임을 특징으로 하는, 복합 부품;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 산업용 세라믹이 다결정질의 투명한 산업용 세라믹, 바람직하게는 Mg-Al 스피넬(MgAl₂O₄) 또는 다결정질 알루미늄 옥사이드(α-Al₂0₃)인, 복합 부품;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 투명한, 복합 부품;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 투명하고, > 60%, 바람직하게는 > 70%, 가장 바람직하게는 > 75%의 RIT; < 10%, 바람직하게는 < 3%, 가장 바람직하게는 < 1%의 스폿 주기; 및 < 10%, 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 < 2%의 헤이즈를 지니는, 복합 부품;

* 상기 요소들 중 하나 이상에 따른 복합 부품을 생산하는 방법으로서, 적어도 하나의 부품이 산업용 세라믹인 두 개의 부품들이 결합시키는 물질을 사용하지 않으면서 링잉에 의해 결합되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 적어도 하나의 부품이 산업용 세라믹인 두 개의 부품들이 결합시키는 물질을 사용하지 않으면서 접합 압력에 의해 결합되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 결합제가 하나 또는 둘 모두의 부품의 표면에 적용된 후, 부품들이 결합제(들)를 통해 링잉되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 금속 또는 금속 산화물이 결합제로서 사용되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 결합제가 코팅 방법, 특히 PVD 방법(예, 스퍼터링, 전자-빔 증발, 이온-보조 증착), CVD 방법, 또는 졸-겔 방법에 의해 적용되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 결합제가 1 nm 내지 10 μm의 층 두께로 적용되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 투명한 Si 및 Ti, 더욱 바람직하게는 SiO₂, TiO₂ 또는 ITO(indium tin oxide(인듐 주석 옥사이드))가 결합제로서 사용되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 표면 규화가 규소 전구체의 화염 열분해 증착에 의해 수행되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 표면이 모노실란(SiH₄)을 소성시킴으로써 SiO₂로 코팅되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 링잉되는 부품의 표면이 < 10 μm, 바람직하게는 < 1 μm, 특히 바람직하게는 < 100 nm의 균일도를 지니는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 접합되는 표면이 서로 정확히 피팅하도록 형성되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 압력 및/또는 열이 접합 공정 후에 또는 그 동안 적용되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 가해지는 압력이 대기압과 2000 MPa 사이에 있는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 압력이 고온 등방압 압착기(HIP)에서 가스 압력(아르곤, 질소, 공기)에 의해 적용되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 접합 공정에 대한 온도 범위가 실온과 더 낮은 용융/연화 온도를 지니는 부품의 용융/연화 온도 미만의 온도 사이에 있는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 공정 시간을 단축시키기 위해서, 압력 및 온도 처리가 급속 소결 기술, 예컨대, FAST 방법(전계 소결 기술)에 의해 수행될 수 있는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 부품들의 링잉 전에 접합시키고자 하는 표면이 세정되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 부품들의 링잉 전에, 접합되는 표면이 플라즈마 에칭, 화학적 세정, 공기 중에, 진공에서 또는 H₂ 분위기에서의 가열에 의해, 또는 이온 빔 에칭에 의해 간섭하는 물질들을 함유하지 않는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 링잉되는 부품들의 열 팽창 계수(CTE)가 서로에 대해 매칭되는 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 링잉되는 부품들의 열 팽창 계수(CTE)가 가능한 유사한 방법;

* 상기 요소들 중 어느 한 요소에 있어서, 하나의 부품이, 다른 부품에서 압축 응력을 발생시키기 위해, 더 높은 CTE를 지니는 물질로 구성되는 방법이 기재된다.

또한, 본 발명에는 디스플레이, 예컨대, 휴대용 전자 장치를 위한 디스플레이의 일부로서, 또는 오븐 또는 굴뚝 창으로서 본 발명에 따른 복합 부품의 용도, 또는 본 발명에 따라 생산된 복합 부품이 기재된다.

본 발명은 실시예를 이용하여 하기에서 설명되지만, 이로 제한되지 않는다:

실시예 1:

연마된 표면을 지니는 두 개의 정사각형 스피넬 타일(r_a < 20 nm, 바람직하게는 r_a < 10 nm, 더욱 바람직하게는 r_a < 4 nm)을 화학적 제제 및 플라즈마 세정으로 전처리하였다. 청결한 실온 환경에서, 표면을 실온에서 접촉시키고, 정렬시키고, > 500 bar, 바람직하게는 > 1000 bar, 더욱 바람직하게는 > 1500 bar의 등방압을 사용하여 고온 등방압 압착기에서 템퍼링하였다. 필요한 온도는 > 1200℃, 바람직하게는 > 1350℃, 더욱 바람직하게는 > 1500℃였다. 열 처리 후에, > 75%의 RIT 값을 지니는 투명한 복합 부품을 가능하게 하는 확산 공정에 의해 일체적 결합이 형성되었다.

실시예 2:

표면 부근의 층에서 압력으로 프리텐셔닝될 수 있는 알칼리성 알루미늄 실리케이트 유리를 투명한 스피넬 세라믹으로 링잉시켰다. 정사각형 샘플의 치수는 10 mm × 10 mm였다. 유리는 1 mm의 두께를 지니고, 세라믹 두께는 500 μm였다. 균일도는 < 5 μm이고, 거칠기는 1 nm 미만이었다. 두 접합 표면의 챔퍼링(chamfering)된 에지는 열 처리 전에 정확한 정렬을 가능하게 하였다. 접합 표면을 사전-세정하였다. > 80℃의 상승된 온도에서 NH₄OH:H₂O₂ 수용액 및 질산과 같은 화학적 제제로의 처리에 의해 친수성이 된 얇은 SiO₂ 층을 스피넬 세라믹에 제공하였다. 샘플의 정렬 후에, 200 내지 400℃의 온도로 높은 진공 오븐에서 온도 처리를 수행하였다. 열 처리 후에, > 75%의 RIT 값을 지니는 투명한 복합 부품을 가능하게 하는 일체적 결합이 형성되었다.

실시예 3:

표면 부근의 층에서 압력으로 프리텐셔닝될 수 있는 알칼리성 알루미늄 실리케이트 유리를 투명한 스피넬 세라믹으로 링잉시켰다. 정사각형 샘플의 치수는 10 mm × 10 mm였다. 유리는 1 mm의 두께를 지니고, 세라믹 두께는 약 200 μm였다. 균일도는 < 500 nm이고, 거칠기는 1 nm 미만이었다. 두 접합 표면의 챔퍼링된 에지는 열 처리 전에 정확한 정렬을 가능하게 하였다. 접합 표면들은 플라즈마 세정되고, 비코팅되고, 친수성이었다. 샘플의 정렬 후에, 200 내지 400℃의 온도로 높은 진공 오븐에서 열 처리를 수행하였다. 열 처리 후에, > 75%의 RIT 값을 지니는 투명한 복합 부품을 가능하게 하는 일체적 결합이 형성되었다.

Claims

두 개의 부품들의 영구적인 결합에 의해 형성되는 복합 부품(composite component)으로서, 하나 이상의 부품이 산업용 세라믹(technical ceramic)이고, 부품들이 결합시키는 물질을 사용하지 않으면서 결합되는, 복합 부품.
제 1항에 있어서, 두 개의 부품들이 서로에 대해 일체로 결합되어 화학적 반응 영역을 형성시킴을 특징으로 하는, 복합 부품.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 부품들 중 하나가 산업용 세라믹이고, 다른 부품이 세라믹, 두 번째 산업용 세라믹, 투명한 물질, 유리, 바람직하게는 알칼리성 알루미늄 실리케이트 유리, 특히 바람직하게는 표면 부근의 층에서 압력에 의해 프리텐셔닝(pretensioning)되는 알칼리 알루미늄 실리케이트 유리, 경화 유리, 또는 플라스틱으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 복합 부품.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 산업용 세라믹이 다결정질 구조를 지님을 특징으로 하는, 복합 부품.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 산업용 세라믹이 다결정질의 투명한 산업용 세라믹임을 특징으로 하는, 복합 부품.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 산업용 세라믹이 다결정질의 투명한 산업용 세라믹, 바람직하게는 Mg-Al 스피넬(MgAl₂O₄) 또는 다결정질 알루미늄 옥사이드(α-Al₂0₃)임을 특징으로 하는, 복합 부품.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 투명함을 특징으로 하는, 복합 부품.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 투명하고, > 60%, 바람직하게는 > 70%, 특히 바람직하게는 > 75%의 RIT; < 10%, 바람직하게는 < 3%, 특히 바람직하게는 < 1%의 스폿 주기(spot frequency); 및 < 10%, 바람직하게는 5%, 가장 바람직하게는 < 2%의 헤이즈(haze)를 지님을 특징으로 하는, 복합 부품.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 복합 부품을 생산하는 방법으로서, 하나 이상의 부품이 산업용 세라믹인 두 개의 부품들이 결합시키는 물질을 사용하지 않으면서 링잉(wringing)에 의해 결합됨을 특징으로 하는 방법.
제 9항에 있어서, 하나 이상의 부품이 산업용 세라믹인 두 개의 부품들이 결합시키는 물질을 사용하지 않으면서 접합 압력에 의해 결합됨을 특징으로 하는 방법.
제 9항 또는 제 10항에 있어서, 결합제가 하나 또는 둘 모두의 부품의 표면에 적용된 후, 부품들이 결합제(들)를 통해 링잉됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 또는 금속 산화물이 결합제로서 사용됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 결합제가 코팅 방법, 특히 PVD 방법(예, 스퍼터링(sputtering), 전자-빔 증발(electron-beam evaporation), 이온-보조 증착(ion-assisted deposition)), CVD 방법, 또는 졸-겔 방법에 의해 적용됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 결합제가 1 nm 내지 10 μm의 층 두께로 적용됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 투명한 Si 및 Ti, 더욱 바람직하게는 SiO₂, TiO₂ 또는 ITO((indium tin oxide(인듐 주석 옥사이드)))가 결합제로서 사용됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 규화(surface silicatization)가 규소 전구체의 화염 열분해 증착(flame pyrolysis deposition)에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 표면이 모노실란(SiH₄)을 소성시킴으로써 SiO₂로 코팅됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 링잉되는 부품의 표면이 < 10 μm, 바람직하게는 < 1 μm, 특히 바람직하게는 < 100 nm의 균일도를 지님을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 접합되는 표면이 서로 정확하게 피팅(fitting)하도록 형성됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 및/또는 열이 접합 공정 후에 또는 그 동안에 적용됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 가해지는 압력이 대기압 내지 2000 MPa에 있음을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 압력이 고온 등방압 압착기(hot isostatic press: HIP)에서 가스 압력(아르곤, 질소, 공기)에 의해 적용됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서, 접합 공정에 대한 온도 범위가 실온과, 더 낮은 용융/연화 온도를 지니는 부품의 용융/연화 온도 미만의 온도 사이임을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서, 공정 시간을 단축시키기 위해서, 압력 및/또는 온도 처리가 급속 소결(rapid sintering) 기술, 예컨대, FAST 방법(전계 소결 기술(Field Assisted Sintering Technology))에 의해 수행될 수 있음을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 부품들의 링잉 전에 접합시키고자 하는 표면이 세정됨을 특징으로 하는 방법.
1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 부품들의 링잉 전에, 접합시키고자 하는 표면이 플라즈마 에칭(plasma etching), 화학적 세정, 공기 중에, 진공에서 또는 H₂ 분위기에서의 가열에 의해, 또는 이온 빔 에칭(ion beam etching)에 의해 간섭하는 물질들을 함유하지 않음을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 링잉되는 부품의 열 팽창 계수(coefficient of thermal expansion: CTE)가 서로에 대해 매칭(matching)됨을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서, 링잉되는 부품의 열 팽창 계수(CTE)가 가능한 유사함을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 부품이, 다른 부품에서 압축 응력을 발생시키기 위해서, 더 높은 CTE를 지니는 물질로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
디스플레이, 예를 들어, 휴대용 전자 장치를 위한 디스플레이의 일부로서, 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 복합 부품의 용도, 또는 청구되는 방법 중 어느 한 항의 방법에 따라 생산된 복합 부품의 용도.
오븐 또는 굴뚝 창으로서, 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 복합 부품의 용도, 또는 청구되는 방법 중 어느 한 항의 방법에 따라 생산된 복합 부품의 용도.