イオン伝導を利用したセラミックスと金属との精密・低温接合

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イオン伝導性セラミックスとして,Na^+イオンによる伝導現象を示すホウ硅酸ガラスを取り上げ,このガラスとほぼ同等の熱膨張係数を有するコバ-ル合金との接合を試みた.すなわち,ガラスの結晶化温度以下で,かつNa^+イオンによる伝導の可能な523〜703Kの温度域で,コバ-ル合金側を陽極とし,ガラス側を陰極として300〜600Vの接合電圧を加え,イオン伝導を生じさせることによって,接合を試みた.先ずガラス側陰極の形状が接合現象に及ぼす影響を調べ,従来用いられてきた点電極よりも,面電極を用いることによって,接合性が著しく改善され,再現性も向上することを示した.すなわち,従来法と比べてはるかに低温,短時間で,ガラス及びコバ-ル合金の特性と形状にほとんど変化を与えることなく,強固な接合継手が得られた.さらに接合機構についての理解を深めるために,接合条件パラメータを系統的に変えて,接合状況および接合界面の通過電流に及ぼす影響を調べた.その結果,接合温度,電圧の上昇と共に,接合中に界面を通過する電荷量(電流の時間積分)が少なくても,接合が達成され得ることを示し,界面を通過した電荷量で接合現象が支配されるとする従来の仮説を覆した.さらに,接合達成に必要な時間を接合温度に対してア-レニウスプロットすることによって,活性化エネルギーを評価した.その結果,接合温度563Kを境にして接合達成のための活性化エネルギーが大きく変化し,この温度を境にして異なった接合機構が作用していることが示唆された.これらの活性化エネルギーがどのような素過程に対応するものか検討した結果,高温側はガラスの粘性流動,低温側はガラス中のイオン伝導の活性化エネルギーにほぼ等しいことが判明した.また接合界面現象を把握する手段として,界面インピーダンス法を適用し,界面現象を反映したと考えられる信号を検出し検討中である。