ガラス-金属の陽極接合性に対する表面コーティング層の効果

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455337
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 池内 建二 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (10030058)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 牛尾 誠夫 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (80029248)
• Keywords: 陽極接合 / ホウケイ酸ガラス / コバ-ル合金 / イオンスパッタリング膜 / アルミニウム / シリコン / 界面反応層

Research Abstract

ガラスと金属との陽極接合における継手性能の材料学的支配因子を解明するため、接合表面に各種金属薄膜をコーティングしたコバ-ル合金(ガラスとほぼ等しい熱膨張係数を持つ)をホウケイ酸ガラスと接合し、金属の種類によって接界面現象と継手性能がどのような影響を受けるかを調べようとしている。まずコバ-ル合金とガラスとを直接接合した場合、界面近傍のガラス中にNaの欠乏した巾数μmの領域が認められた。このNa欠乏領域内には,さらにKの欠乏領域と、それに隣接してKの濃化領域の形成が認められた。この欠乏層には、NaおよびKイオンとの結合が切れたOイオンによる負電荷が蓄積され、金属表面に強い静電引力を及ぼすのみならず、ポアソンの式による解析の結果、急峻な電位勾配が生じ,金属とガラス中のOイオンとの反応を促進することが示唆された.接合界面領域には,透過電子顕微鏡観察の結果、厚さ約100nmのFe-Si-O系非晶質酸化物層および厚さ約10nmの高Fe濃度結晶酸化物層が観察された。Fe-Si-O系非晶質酸化物中のFeイオンは、ガラスの着色状況から、大部分がFe^<3+>であり、従来、Fe^<2+>が支配的とされた熱封着法による界面反応層とは異なることが示唆された。コバ-ル合金表面に、アルミニウムおよびシリコンをコーティングした場合、直接接合の場合と比べて、接合面の密着化が大巾に促進され、またNaおよびKの欠乏領域およびKの濃化領域のいずれもが、非常に狭くなった。これは、シリコンおよびアルミニウムの場合、Na,Kイオンの欠乏領域にはコバ-ル合金の場合と比べて,高密度の電荷が蓄積されていることを示唆している.またアルミニウムとガラスとの界面には,これらの酸化物から成ると考えられる高電気抵抗層が存在することが,界面インピーダンス測定によって示唆された。今後,アルミニウムおよびシリコンをコーティングした場合について,界面微細構造の観察をさらに続ける予定である。

Research Products

• [Publications] M.A.Morsy: "Mechanism of Enlargement of Intimately Contacted Area in Anodic Bonding of Kovar Alloy to Borosilicate Glass" Materials Transactions.JIM. 37・9. 1511-1517 (1996)
• [Publications] M.A.Morsy: "Bonding and Debonding Phenomena in Anodic Bonding of Glass to Metal" Proceedings of the 6th International Welding Symposium. 2. 701-706 (1996)