JPH0621322B2 - セラミツクスろう付用熱膨張調整合金 - Google Patents
セラミツクスろう付用熱膨張調整合金Info
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- JPH0621322B2 JPH0621322B2 JP859786A JP859786A JPH0621322B2 JP H0621322 B2 JPH0621322 B2 JP H0621322B2 JP 859786 A JP859786 A JP 859786A JP 859786 A JP859786 A JP 859786A JP H0621322 B2 JPH0621322 B2 JP H0621322B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明はＡｌ2Ｏ3セラミツクスよりも一段と熱膨張係数
が小さく比較的強度の高い緻密なセラミツクスに対して
ろう付することの出来る熱膨張調整合金に関するもので
ある。
が小さく比較的強度の高い緻密なセラミツクスに対して
ろう付することの出来る熱膨張調整合金に関するもので
ある。
従来、セラミツクスに金属をろう付するには、熱膨張係
数の出来るだけ適合した金属や合金を選定して、ろう付
の際の冷却過程で両者の熱膨張係数の差に起因して発生
する熱応力を極力小さくするようにしたり、あるいは
鋼，銀，アルミニウム等のかなり柔軟な金属を中間緩衝
材として間に挾んでこの熱応力による歪を吸収するよう
に工夫して、実施されて来た。
数の出来るだけ適合した金属や合金を選定して、ろう付
の際の冷却過程で両者の熱膨張係数の差に起因して発生
する熱応力を極力小さくするようにしたり、あるいは
鋼，銀，アルミニウム等のかなり柔軟な金属を中間緩衝
材として間に挾んでこの熱応力による歪を吸収するよう
に工夫して、実施されて来た。
しかしながら、近年、比較的機械的性質の優れた強度が
高く、かつ熱膨張係数の小さな炭化物系、窒化物系のセ
ラミツクスとして、例えば常圧焼結SiC，反応焼結SiC-S
i，常圧焼結Si3N4，常圧焼結AlN，などのセラミツクス
焼結体が開発されるに及んで、これらのセラミツクスに
ろう付することの出来る熱膨張係数の小さな金属や合金
を開発する必要に迫られて来た。室温〜８００℃の銀ろ
う付温度の昇温範囲で熱膨張係数の最も小さな金属はＷ
であり、その値は４５×１０-6／℃程度であるので、Si
C,SiC-Si あるいはAlN等の熱膨張係数が４〜５×１０-6
／℃の範囲内程度のセラミツクス焼結体のろう付にはか
ろうじて用いることが出来る。しかし、Ｗは非常に硬質
で脆く、柔軟性に乏しいため、接合部に歪を残留させや
すく、さらに資源的に乏しく高価であるため満足出来る
材料ではない。又従来Al2O3セラミツクスの接合用合金
として知られているCo １７．０重量％，Ni ２９．０
重量％，残部実質的にFe よりなるコバール合金は室温
〜４３０℃までの温度範囲でも熱膨張係数が４．８×１
０-6／℃程度であり、室温〜８００℃の範囲では平均
８．８×１０-6／℃となるため、前記の如き低熱膨張性
のセラミツクスに適用することは困難である。
高く、かつ熱膨張係数の小さな炭化物系、窒化物系のセ
ラミツクスとして、例えば常圧焼結SiC，反応焼結SiC-S
i，常圧焼結Si3N4，常圧焼結AlN，などのセラミツクス
焼結体が開発されるに及んで、これらのセラミツクスに
ろう付することの出来る熱膨張係数の小さな金属や合金
を開発する必要に迫られて来た。室温〜８００℃の銀ろ
う付温度の昇温範囲で熱膨張係数の最も小さな金属はＷ
であり、その値は４５×１０-6／℃程度であるので、Si
C,SiC-Si あるいはAlN等の熱膨張係数が４〜５×１０-6
／℃の範囲内程度のセラミツクス焼結体のろう付にはか
ろうじて用いることが出来る。しかし、Ｗは非常に硬質
で脆く、柔軟性に乏しいため、接合部に歪を残留させや
すく、さらに資源的に乏しく高価であるため満足出来る
材料ではない。又従来Al2O3セラミツクスの接合用合金
として知られているCo １７．０重量％，Ni ２９．０
重量％，残部実質的にFe よりなるコバール合金は室温
〜４３０℃までの温度範囲でも熱膨張係数が４．８×１
０-6／℃程度であり、室温〜８００℃の範囲では平均
８．８×１０-6／℃となるため、前記の如き低熱膨張性
のセラミツクスに適用することは困難である。
本発明は、これらの状況に鑑みてなされたものであり、
熱膨張係数の小さな５．０×１０-6／℃以下のセラミツ
クスで強度が高く、抗析力２０kg／mm2以上の値を有す
る緻密質のセラミツクスに対して比較的強度を損なうこ
となくろう付可能な合金を提供することを目的としてい
る。
熱膨張係数の小さな５．０×１０-6／℃以下のセラミツ
クスで強度が高く、抗析力２０kg／mm2以上の値を有す
る緻密質のセラミツクスに対して比較的強度を損なうこ
となくろう付可能な合金を提供することを目的としてい
る。
本発明のセラミツクスろう付用熱膨張調整合金は、（以
下重量％の重量を省略する）第１図にＡ領域とし示され
る範囲、即ち、 ４０％≦Ｎｉ％＋Ｃｏ％，２４．０％≦Ｎｉ％，Ｎｉ％
＋０．４７Ｃｏ％≧３４．０％，Ｎｉ％＋０．３Ｃｏ％
≦３４．５％ Ｎｉ％＋０．５８Ｃｏ％≦３７．８％，の全ての不等式
を満足するような範囲のＣｏとＮｉ，さらに残部実質的
にＦｅ及び不可避的不純物よりなることを特徴としてい
る。但し、Si，Mn，Ｃなどの脱酸材成分を合計０．６％
以下含むことも出来る。
下重量％の重量を省略する）第１図にＡ領域とし示され
る範囲、即ち、 ４０％≦Ｎｉ％＋Ｃｏ％，２４．０％≦Ｎｉ％，Ｎｉ％
＋０．４７Ｃｏ％≧３４．０％，Ｎｉ％＋０．３Ｃｏ％
≦３４．５％ Ｎｉ％＋０．５８Ｃｏ％≦３７．８％，の全ての不等式
を満足するような範囲のＣｏとＮｉ，さらに残部実質的
にＦｅ及び不可避的不純物よりなることを特徴としてい
る。但し、Si，Mn，Ｃなどの脱酸材成分を合計０．６％
以下含むことも出来る。
本発明の合金の成分は第１図中にＢ点として示される前
記のコバール合金や、室温から１００℃の温度範囲で熱
膨張係数が１．３×１０-6／℃という非常に小さな値を
有することで知られている Ｃｏ４％，Ｎｉ１３％，残
部鉄よりなり、同図中に点Ｃとして示されるスーパーイ
ンバー合金や、３６％Ｎｉ，残部鉄よりなり点Ｄで示さ
れるインバー合金などと共に示すことが出来る。
記のコバール合金や、室温から１００℃の温度範囲で熱
膨張係数が１．３×１０-6／℃という非常に小さな値を
有することで知られている Ｃｏ４％，Ｎｉ１３％，残
部鉄よりなり、同図中に点Ｃとして示されるスーパーイ
ンバー合金や、３６％Ｎｉ，残部鉄よりなり点Ｄで示さ
れるインバー合金などと共に示すことが出来る。
従来より一般に知られているこれらの合金はいずれも、
−８０℃程度の低温に冷却されても結晶構造をγからα
へと変態してしまうことのない成分範囲として、点ａ，
ｂ近傍を通る曲線より上側のＮｉ，Ｃｏの多い領域に属
している。本発明合金は逆に−８０℃程度の温度以上で
はこのγ→α変態を発生するように成分範囲を設定した
ものであるので、Ｎｉ％＋０．３Ｃｏ％≦３４．５％の
境界線ａｂの下側の範囲のＮｉとＣｏの成分とし、さら
に冷却時の熱膨張係数が、低熱膨張セラミツクスとの接
合のためには、最大でも４．０×１０-6／℃未満の値に
抑えたい為に直線ｂあるいはａｅの間の領域、即ちＮｉ
％＋０．５８Ｃｏ％≦３７．８％と４０％≦Ｎｉ％＋Ｃ
ｏ％とを満足するＮｉとＣｏの成分範囲としている。さ
らに、上記γ→α変態の逆変態、即ち昇温時にγ→α変
態がろう付温度である７５０〜９００℃程度で生じ得る
範囲として直線ｅｄ及びｄｃ以上の領域、即ちＮｉ％＋
0.47％≧３４．０％及び２４．０％≦Ｎｉ％とを満足す
るＮｉとＣｏの成分範囲としている。
−８０℃程度の低温に冷却されても結晶構造をγからα
へと変態してしまうことのない成分範囲として、点ａ，
ｂ近傍を通る曲線より上側のＮｉ，Ｃｏの多い領域に属
している。本発明合金は逆に−８０℃程度の温度以上で
はこのγ→α変態を発生するように成分範囲を設定した
ものであるので、Ｎｉ％＋０．３Ｃｏ％≦３４．５％の
境界線ａｂの下側の範囲のＮｉとＣｏの成分とし、さら
に冷却時の熱膨張係数が、低熱膨張セラミツクスとの接
合のためには、最大でも４．０×１０-6／℃未満の値に
抑えたい為に直線ｂあるいはａｅの間の領域、即ちＮｉ
％＋０．５８Ｃｏ％≦３７．８％と４０％≦Ｎｉ％＋Ｃ
ｏ％とを満足するＮｉとＣｏの成分範囲としている。さ
らに、上記γ→α変態の逆変態、即ち昇温時にγ→α変
態がろう付温度である７５０〜９００℃程度で生じ得る
範囲として直線ｅｄ及びｄｃ以上の領域、即ちＮｉ％＋
0.47％≧３４．０％及び２４．０％≦Ｎｉ％とを満足す
るＮｉとＣｏの成分範囲としている。
本発明のａｂｃｄｅで囲まれた成分範囲のＮｉとＣｏ，
さらに残部実質的にＦｅよりなる熱膨張調整合金は上記
の説明の如く、室温から４００℃までの熱膨張係数が
４．０×１０-6／℃未満であり、さらにろう付後の冷却
中、あるいは強制的に−80℃程度まで徐々に過冷却する
ことにより、あるいは加工することにより、容易にγ→
α変態を生じる合金である。同図中の実線の曲線は冷却
に際してのγ→α変態の開始温度を、点線はキユーリー
点の温度を示す。
さらに残部実質的にＦｅよりなる熱膨張調整合金は上記
の説明の如く、室温から４００℃までの熱膨張係数が
４．０×１０-6／℃未満であり、さらにろう付後の冷却
中、あるいは強制的に−80℃程度まで徐々に過冷却する
ことにより、あるいは加工することにより、容易にγ→
α変態を生じる合金である。同図中の実線の曲線は冷却
に際してのγ→α変態の開始温度を、点線はキユーリー
点の温度を示す。
第２図中にコバール合金の熱膨張曲線(1)，及び本発明
の合金の例として０℃まで冷却されて、αとγが共存す
る成分と、−８０℃まで過冷却されて殆んどαだけとな
つた成分との熱膨張曲線を各々(2)，(3)として示す。即
ち、本発明合金は、加熱，昇温時に履歴を生じるので、
この履歴を上手に利用して前記のろう付によつて生じる
応力，歪を吸収しようとするものである。
の合金の例として０℃まで冷却されて、αとγが共存す
る成分と、−８０℃まで過冷却されて殆んどαだけとな
つた成分との熱膨張曲線を各々(2)，(3)として示す。即
ち、本発明合金は、加熱，昇温時に履歴を生じるので、
この履歴を上手に利用して前記のろう付によつて生じる
応力，歪を吸収しようとするものである。
第３図に本発明の合金とSi3N4などの熱膨張係数が３．
２×１０-6／℃程度のメタライズ処理を施した焼結体と
を融点が７８０℃の共晶銀ろうを用いてろう付接合する
場合の原理を熱膨張曲線によつて説明する。本発明合金
と窒化珪素の冷却による収縮はイロハニ，及びチニの線
で表わされ、今、合金の収縮を示す線の方を基準にして
考えると、ろう付後銀ろうの柔軟な温度範囲の７８０℃
〜５００℃の領域では、合金及びセラミツクスは各々独
自にイロ，及びチリの如く収縮する。しかし５００℃以
下では銀ろうによつて互いに拘束されながら変形し、セ
ラミツクスはチリニと平行な収縮を示す線ロヘヌの如く
収縮しようとするので、室温ではヌニの分に相当する歪
が残留すると考えられる。しかしながら本発明合金の本
例の合金は０℃まで冷却すると、一部γ→α変態を生じ
熱膨張曲線に変化を生じるので、次に昇温する場合には
ホヘトイの如く膨張し、４００℃の点で前記の残留歪を
殆んど吸収してしまうことができる。その後さらに昇温
を続けると若干逆の方向の歪が生じるろうがろう材自身
が軟化し柔軟となるので合成とセラミツクスは互いに独
自に膨張出来るようになるので問題とはなりにくい。さ
らに点トでα→γ変態を生じ殆んどγのみの単一の相と
なる。
２×１０-6／℃程度のメタライズ処理を施した焼結体と
を融点が７８０℃の共晶銀ろうを用いてろう付接合する
場合の原理を熱膨張曲線によつて説明する。本発明合金
と窒化珪素の冷却による収縮はイロハニ，及びチニの線
で表わされ、今、合金の収縮を示す線の方を基準にして
考えると、ろう付後銀ろうの柔軟な温度範囲の７８０℃
〜５００℃の領域では、合金及びセラミツクスは各々独
自にイロ，及びチリの如く収縮する。しかし５００℃以
下では銀ろうによつて互いに拘束されながら変形し、セ
ラミツクスはチリニと平行な収縮を示す線ロヘヌの如く
収縮しようとするので、室温ではヌニの分に相当する歪
が残留すると考えられる。しかしながら本発明合金の本
例の合金は０℃まで冷却すると、一部γ→α変態を生じ
熱膨張曲線に変化を生じるので、次に昇温する場合には
ホヘトイの如く膨張し、４００℃の点で前記の残留歪を
殆んど吸収してしまうことができる。その後さらに昇温
を続けると若干逆の方向の歪が生じるろうがろう材自身
が軟化し柔軟となるので合成とセラミツクスは互いに独
自に膨張出来るようになるので問題とはなりにくい。さ
らに点トでα→γ変態を生じ殆んどγのみの単一の相と
なる。
本発明の熱膨張調整合金は上記の如く、γα変態を利用
して、ろう付の際の残留応力，歪を消滅あるいは軽減し
ようとするものであり、従来の一般に知られているコバ
ールや４２％ニツケル−鉄合金等とは本質的に思想を異
つたものとしている。本発明は、前記の如く、窒化物や
炭化物などのセラミツクスの熱膨張係数が３×１０
-6台、あるいは４×１０-6台のセラミツクスを対象とす
る金属とのろう付を可能とするものであり、タングステ
ンなどの希少金属を使う必要がないことも考慮に入れる
と、本発明の効果は極めて大きい。
して、ろう付の際の残留応力，歪を消滅あるいは軽減し
ようとするものであり、従来の一般に知られているコバ
ールや４２％ニツケル−鉄合金等とは本質的に思想を異
つたものとしている。本発明は、前記の如く、窒化物や
炭化物などのセラミツクスの熱膨張係数が３×１０
-6台、あるいは４×１０-6台のセラミツクスを対象とす
る金属とのろう付を可能とするものであり、タングステ
ンなどの希少金属を使う必要がないことも考慮に入れる
と、本発明の効果は極めて大きい。
以下実施例によつて本発明を説明する。
実施例１． 本発明合金として、第１表に記載の成分の合金を配合溶
解しさらに熱間圧延によつて１０mmより５mmの板厚と
し、さらに冷間厚延によつて３mmの板材とした。その
後、熱膨張試験片を切り出して１０００℃の熱処理後、
０℃あるいは−８０℃に冷却して、熱膨張係数及び熱膨
張曲線によりα，γの識別をして同表記載の如き結果を
得、いずれも−８０℃以上でγ→α変態を生じ、γの熱
膨張係数は４．０×１０-6／℃未満であることを証明し
た。
解しさらに熱間圧延によつて１０mmより５mmの板厚と
し、さらに冷間厚延によつて３mmの板材とした。その
後、熱膨張試験片を切り出して１０００℃の熱処理後、
０℃あるいは−８０℃に冷却して、熱膨張係数及び熱膨
張曲線によりα，γの識別をして同表記載の如き結果を
得、いずれも−８０℃以上でγ→α変態を生じ、γの熱
膨張係数は４．０×１０-6／℃未満であることを証明し
た。
実施例２． 本発明合金として前記実施例中のNo.５，No.１０を選び
Si3N4の常圧焼結セラミツクスをＮｉ，Ｃｒ，Ｚｒを含
むメタライズ用組成物を用いて、メタライズ処理後、共
晶銀ろうを用い、２mmの厚みの中間緩衝材料としてこれ
らの合金を用い、直径１２mmの炭素鋼にろう付後、−８
０℃に過冷さ却せて、室温の剪断強度を測定した。又、
比較の為にコバール合金を用いた場合についても測定し
た。No.１０は７．９kg/mm2，No.５は９．５kg/mm2，コ
バールの場合は８．５kg/mm2の値を示し、本発明合金が
室温においても残留応力を緩和していることを示した。
Si3N4の常圧焼結セラミツクスをＮｉ，Ｃｒ，Ｚｒを含
むメタライズ用組成物を用いて、メタライズ処理後、共
晶銀ろうを用い、２mmの厚みの中間緩衝材料としてこれ
らの合金を用い、直径１２mmの炭素鋼にろう付後、−８
０℃に過冷さ却せて、室温の剪断強度を測定した。又、
比較の為にコバール合金を用いた場合についても測定し
た。No.１０は７．９kg/mm2，No.５は９．５kg/mm2，コ
バールの場合は８．５kg/mm2の値を示し、本発明合金が
室温においても残留応力を緩和していることを示した。
以上の如く本発明は低熱膨張セラミツクスのろう付に関
して新規な手法を提供するものであり、従来解決出来な
かつた困難な問題を解決するうえで非常に有効である。
して新規な手法を提供するものであり、従来解決出来な
かつた困難な問題を解決するうえで非常に有効である。
第１図は本発明の熱膨張調整合金の成分範囲を示すFe,C
o,Ni の３元組成図であり、Ａ領域は本発明合金の成分
範囲、Ｂ，Ｃ，Ｄ点は各々従来より公知のコバール，ス
ーパーインバー，インバーの各合金を示し、各黒点は第
１表中記載の各合金の成分を示す。又実線は冷却に際し
てγ→α変態が開始する温度を示し、点線はキユーリー
点を示す。 第２図はコバール合金，本発明合金第１表記載のNo.９
の合金及びNo.７の合金の熱膨張曲線を各々(1)，(2)，
(3)で示し、(1)，(2)は０℃まで冷却、(3)は−８０℃ま
で過冷却させた場合である。 第３図は本発明合金の１組成のものと、窒化珪素セラミ
ツクス焼結体の熱膨張及びろう付による残留歪を図示
し、本発明合金の原理を示す図である。
o,Ni の３元組成図であり、Ａ領域は本発明合金の成分
範囲、Ｂ，Ｃ，Ｄ点は各々従来より公知のコバール，ス
ーパーインバー，インバーの各合金を示し、各黒点は第
１表中記載の各合金の成分を示す。又実線は冷却に際し
てγ→α変態が開始する温度を示し、点線はキユーリー
点を示す。 第２図はコバール合金，本発明合金第１表記載のNo.９
の合金及びNo.７の合金の熱膨張曲線を各々(1)，(2)，
(3)で示し、(1)，(2)は０℃まで冷却、(3)は−８０℃ま
で過冷却させた場合である。 第３図は本発明合金の１組成のものと、窒化珪素セラミ
ツクス焼結体の熱膨張及びろう付による残留歪を図示
し、本発明合金の原理を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】４０％≦Ｎｉ％＋Ｃｏ％，２４．０％≦Ｎ
ｉ％，Ｎｉ％＋０．４７Ｃｏ％≧３４．０％，Ｎｉ％＋
０．３Ｃｏ％≦３４．５％，Ｎｉ％＋０．５８Ｃｏ％≦
３７．８％（重量％の重量を省略）の全ての不等式を満
足するような範囲の、ＣｏとＮｉ，さらに残部実質的に
Ｆｅ及び不可避的不純物よりなることを特徴とするセラ
ミツクスろう付用熱膨張調整合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP859786A JPH0621322B2 (ja) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | セラミツクスろう付用熱膨張調整合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP859786A JPH0621322B2 (ja) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | セラミツクスろう付用熱膨張調整合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62167833A JPS62167833A (ja) | 1987-07-24 |
| JPH0621322B2 true JPH0621322B2 (ja) | 1994-03-23 |
Family
ID=11697377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP859786A Expired - Lifetime JPH0621322B2 (ja) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | セラミツクスろう付用熱膨張調整合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621322B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2909856B2 (ja) * | 1991-11-14 | 1999-06-23 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックス基板と金属の接合体 |
| US12553113B2 (en) | 2020-03-24 | 2026-02-17 | Shinhokoku Material Corp. | Low thermal expansion cast steel and method of production of same |
| EP4617396A1 (en) * | 2024-03-15 | 2025-09-17 | Shinhokoku Material Corp. | Low thermal expansion alloy |
-
1986
- 1986-01-17 JP JP859786A patent/JPH0621322B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62167833A (ja) | 1987-07-24 |
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