セラミックスの接合への超音波の利用

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セラミックスと金属の接合体には接合後、両者の熱膨張が大幅に異なることにより熱応力が発生している。この熱応力を緩和するには、ろう接時における接合温度の低下が有効である。単に接合温度を下げるとセラミックスと金属は接合されにくいので、本研究では接合中に超音波を印加し、ZnーAl合金を用いてセラミックスと金属の接合を試みた。結果を要約すると、Znー5Al合金を用いて667、723,773Kの各温度で0ー90sの間で超音波を印加すると、印加時間の増加とともに炭化ケイ素/銅接合体の強さが高くなり、例えば接合条件723、90sで接合体強さは78MPaである。超音波印加時間とともに接合強さが上昇する傾向は同一である。ろう接中にセラミックスへの超音波の印加によりろう合金の接合性は著しく改善される。超音波印加時間が一定の場合、接合温度が高いほど接合性への効果は高い。たとえばZnー5Al合金の場合、炭化ケイ素/銅接合体の強さは667Kにおいて36MPaから773Kにおいて62MPaに増加する。これは高温ほど合金に対して超音波が働きやすいことを示している。Znー5Al溶融合金は炭化ケイ素に対し最初ほとんど接合しない状態から超音波印加とともに濡れはじめ、接合が促進する。また、接合温度が高いほどセラミックスの溶融合金に対する濡れは促進され超音波の効果は大きい。Znー5Al合金を用い炭化ケイ素と各種金属の接合が行え、723K,60sでTi,Fe,SUS304,Cuの接合が行える。接合強さは熱膨張係数の小さいTiで大きい。このことは、金属の熱膨張係数の小さい程、接合体中の残留応力が大きいことを示している。700K前後ではまだ接合温度が高く、さらに低温度での接合が必要であることを示してある。