金属とセラミックとの接合機構及びそれに及ぼす諸因子の影響

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02302078
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 諸住 正太郎 東北大学, 金属材料研究所, 名誉教授 (80005842)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中尾 嘉邦 大阪大学, 工学部, 教授 (20029086) ; 新谷 光二 北海道大学, 工学部, 助教授 (80001204) ; 須賀 唯知 東京大学, 先端科学研究センター, 助教授 (40175401) ; 井関 孝善 東京工業大学, 工学部, 教授 (10016818) ; 石田 洋一 東京大学, 工学部, 教授 (60013108)
• Keywords: 金属ーセラミックス接合 / Si_3N_4(窒化けい素) / SiC(炭化けい素) / AlN(窒化アルミニウム) / ろう材接合 / 接合界面 / TiB_2(ほう化チタン) / 濡れ性

Research Abstract

各研究分担者は各自の課題について研究を進めるとともに,接合プロセス,界面構造,接合体の力学の各作業部会においてそれぞれ会合をもち,当該研究分野での現状分析と今後の課題について取りまとめの準備を開始した。研究成果の概要は次のとおりである。(1)接合プロセス関連研究では,溶融AlとSiC繊維との反応層厚さがAl中の活性金属の存在及び繊維表面の炭素富化層の状態により変化する(有賀),溶融SnなどのMgOとの濡れ性が結晶表面の方位に依存する(野城),含Ti銀ろうによるSiCの接合ではSiC中の添加剤BeOの存在が接合強度を低下させる(井関),よい高温強度をもつSiC/Nb/W接合体がNiー50Tiろう接合により得られる(奈賀),活性金属ろう接合では外部電界及びセラミックス構成イオンの移動が影響する(峯岸),Si_3N_4とCr被覆Niとの接合ではCr層の厚さが反応生成層の形態と強度に影響する(山本),V箔によるSi_3N_4及びSiCの接合強度が焼結助剤により影響をうける(伊藤),などが分った。(2)界面構造関連研究では,理論と実験からNbとAl_2O_3との界面ではNbとAlおよびOとの相互作用,NiとAl_2O_3ではNiとAlのみの相互作用が期待できる(香山),Si_3N_4/Ni接合系などでの界面組織,転位構造などの知見(石田),Si結晶上へのCuの蒸着時の結晶方位がSiのそれに依存する(越後谷),NiろうによるSi_3N_4とMoの接合界面組織の知見(弘津),AlNの表面を酸化させるとCuでの接合が良好だが,Al被覆すると不良である(岡本),などが分った。(3)接合体の力学関連研究では,界面破壊過程の諸因子を分子動力学的手法により解明(須賀),界面応力緩和性AlN/N傾斜組成体とAlNとの接合でのAlの影響に関する知見(新谷),TiB_2とNiとの接合強度は接合面の形状に依存する(福沢),AlNとCuのろう材接合でのAlN中での割れの発生とその防止策(中尾),Si_3N_4/Ni/Si_3N_4接合体の熱サイクルに伴なう界面での諸現象の超音波顕微鏡下観察(成田),などに関し結果を得た。

Research Products

• [Publications] T.NARITA: "Simultaneous Measurements of STress and Strain of the Ceramic/Metal Joint by Ultrasonic Microscopy" The 5th International Symposium on NDC of Materials. 1. 136 (1991)
• [Publications] 成田 敏夫: "超音波顕微鏡の接合界面への応用" 日本学術振興会内部摩擦第133委員会研究報告. 7-14 (1991)
• [Publications] 高島 敏行: "窒化ケイ素セラミックスのマンガン蒸気メタライズ層の初期成長挙動" 日本セラミックス協会学術論文誌. 99. 324-328 (1991)
• [Publications] T.TAKASHIMA: "Growth Behavior of ManganeseーMetallized Layer on SiliconーNitride Ceramics" J.Ceramic Society of Japan,Int.Edition. 99. 314-318 (1991)
• [Publications] 高島 敏行: "Ni基ろうによる窒化ケイ素セラミックスと金属接合体の反応層" 日本セラミックス協会学術論文誌. 100. (1992)
• [Publications] Y.ISHIDA: "Chemical Relief of Thermal stress at Metal/Ceramics Joined Interface" Analytical Sciences. 7(Supple). 1231-1234 (1991)
• [Publications] 木塚 徳志: "金属・セラミックスナノ結晶複合体の作製と高分解能電子顕微鏡による界面観察" 日本金属学会誌. 55. 227-228 (1991)
• [Publications] 木塚 徳志: "金属・セラミックスナノ結晶複合体nー(AgーMgO)の熱的安定性" 日本金属学会誌. 55. 488-489 (1991)
• [Publications] T.YANO: "Structural Investigation of SiC/Al_4C_3 and SiC/TiC Interfaces Formed in the Brazing of SiC" Mater.Res.Soc.Symposium,Proceedings. 221. 105-110 (1991)
• [Publications] Y.S.chung: "Interfacial Phenomena in Joining of Ceramics by Active Metal Brazing Alloy" Engineering Fracture Mechanics. 40. 941-949 (1991)
• [Publications] T.YANO: "HighーResolution Electron Microscopy of the Silicon Carbide/Aluminum Carbide Interface" J.Am.Ceramic Society. 75. (1992)
• [Publications] 中尾 嘉邦: "低熱膨張中間層を用いたAlNーCu接合継手の割れ発生防止策" 溶接学会全国大会講演概要. 49. 366-367 (1991)
• [Publications] Y.NAkAO: "Reaction Layer Formation in Nitride Ceramics(Si_3N_4 and AlN)to Metal Joints Bonded with Active Filler Metals" ISIJ.Journal. 30. 1142-1150 (1991)
• [Publications] T.NISHINO: "Interface Microstructure and Strength of SiC/SiC Joint Brazed with CuーTi Alloys" Engineering Fracture Mechanics. 40. 829-834 (1991)
• [Publications] M.NAKA: "Reaction and Interface Strength of Silicon Carbide with NiーTi Alloys" Proc.2nd.Japan Soc.Adv.Mater.Process.Eng.Symp.852-858 (1991)
• [Publications] M.NAKA: "The Technology for Joining Ceramics" Proc.Symposium on Joining of Materials for 2000AD. 371-377 (1991)
• [Publications] T.NISHINO: "Effect of Zr Addition of Wetting of SiC by Molten Copper" Proc.2nd Japan Soc.Adv.Mater.Process Eng.Symp.872-878 (1991)
• [Publications] 野城 清: "AlーZrO_2界面反応におよぼす直流電圧印加の影響" 日本金属学会誌. 55. 1269-1273 (1991)
• [Publications] K.NOGI: "Strengthening of ZrO_2ーZrO_2 Joiniing by Al Filler" Science and Engineering of Light Metals(Proc.Intern.Conf.on Recent Advances in Sci.and Eng.of Light Metals). 617-622 (1991)
• [Publications] 野城 清: "Alフィラ-によるZrO_2ーZrO_2接合強度におよぼす直流電圧印加の影響" 日本金属学会誌. 56. (1992)
• [Publications] K.NOGI: "Wettability of MgO Single Crystals by Liquid Pure Pb,Sn and Bi" Acta Matallurgica. (1992)
• [Publications] F.S.OHUCHI: "Electronic Structure and Chemical Reactions at MetalーAlumina and MetalーAluminum Nitride Interfaces" J.Am Ceramic Society. 74. 1163-1187 (1991)
• [Publications] M.KOHYAMA: "Electronic Structure Calculation of Transition MetalーAlumina Interface" J.Physics and Chemistry of Solids. 53. 345-354 (1992)
• [Publications] M.KOHYAMA: "Electronic Structure Calculation of Metal/Alumina Interfaces" Computer Aided Innovation of New Materials,Proceedings. 225-228 (1991)
• [Publications] J.ECHIGOYA: "Thin Film Reaction and Interface Structure of Cu and Si" Appl.Surface Sci.(1991)
• [Publications] 須賀 唯知: "分子動力学的手法による界面き裂の解析" 日本機械学会論文集. 57. 206 (1991)
• [Publications] 新谷 光二: "傾斜機能材料を用いた金属・合金とマグネシアの接合" 第4回傾斜機能材料シンポジウム講演集. 103-109 (1991)
• [Publications] 福沢 康: "アルミニウムとセラミックスの接合" 軽金属. 41. 697-702 (1991)