窒化ケイ素セラミックスと金属の固相接合における反応相形成機構とその制御

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455294
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Hokkaido Institute of Technology
• Principal Investigator: 山本 強 北海道工業大学, 工学部, 教授 (20048036)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高島 敏行 北海道工業大学, 工学部, 講師 (20094815)
• Keywords: 固相接合 / 窒化ケイ素 / 耐熱接合 / クロム窒化物 / クロムめっき

Research Abstract

本年度は実施計画のうち、Crめっき層厚さと生成反応層形態の関係については、ほぼ予定の実験を実施することができた。その結果、Crめっき層厚さは、最低2.5μm程度必要であり、それ以下のCrめっき厚さでは、反応層形成に寄与するCr量が不足し、接合の主体となるCrN層を十分に形成することができず、Niと窒化ケイ素の反応が主体となってぜい弱な反応層を形成することが明らかとなった。最大4.3μmのCrめっき厚まで検討したが、Crめっき層を厚くするとCrN層が厚く形成される以外は反応層形態に大きな相違は認められなかった。これらの結果から、Crめっき厚さは2.5〜3.5μmで十分であるという結論を得た。真空蒸着法によるCr層の形成に関しては、2〜3μm厚の健全なCr層の形成が困難であったため、Crめっき層との製膜条件の違いに関しては十分に検討するには至らなかった。2.3μmのCrめっきインサート材により、1383〜1473K, 0〜1.8ksの加熱条件で、反応の初期から定常化状態までの反応層形成過程を検討した結果、各温度における反応層の形成過程の相違を明らかにすることができた。接合圧力に関しても、同一Crめっきインサート材により、7.5〜20MPaの圧力範囲で検討した結果、圧力を高くするにつれ反応層の形成速度が早くなり、接合圧力は加熱時間の増加と同様の効果を示すことが明らかとなった。
以上のごとく、本年度の実施計画についてはほぼ達成することができた。なお、本年度の実験結果から、Niの窒化ケイ素側への拡散が高温強度維持のための大きな障害となっていることが明らかとなったことから、来年度はCrめっき層の下地としての高融点金属(W, Mo, Ta等)の蒸着層形成によるNiの拡散阻止効果を主に検討する予定である。