水素吸蔵金属薄膜の水素放出時の反応活性を利用した新規接合法の開発

• Project/Area Number: 23921006
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 工学Ⅳ(材料・生物工学系)
• Research Institution: Ube National College of Technology
• Principal Investigator: 菊川 祥吉 独立行政法人国立高等専門学校機構宇部工業高等専門学校, 技術室, 技術職員
• Project Period (FY): 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: 接合 / 水素 / 異種部材

Research Abstract

本研究では、水素を吸蔵した金属が水素を脱離するときの化学活性を利用して、高真空中でなくても異種部材間の低温拡散接合を可能とする新規接合技術のセラミックス間接合への応用展開を進めるとともに、その有効性について検討することを目的とした。具体的には、接合活性に優れる金属膜を窒化アルミニウム(AIN)セラミックス上にスパッタ条件を変化して成膜した部材を接合材として用いた。金属膜を成膜していないAINセラミックスを接合対象として、水素吸蔵条件と接合条件を変化して接合試験を行った。接合可否の各条件依存を調査するとともに、主には接合界面の微細構造観察により接合性を詳細に評価した。得られた結果を以下に要約する。
1.陰極電解法による水素吸蔵処理に耐えうるAINセラミックスへの金属成膜条件を見出すため、スパッタ条件を変化して金属膜を調整した。水素吸蔵の為の通電電流条件を変化したところ、基板温度を調整せずにスパッタ成膜した試料からは金属膜が剥離したが、基板温度を調整した試料については、高電流密度で通電した場合にも金属膜は剥離しなかったことから、金属膜の準備に基板温度の調整が重要であることを見出した。
2.水素吸蔵処理を施した金属膜を用い、接合条件を変化して接合体を作製して接合可否の条件依存を比較するとともに、接合界面の微細構造を観察して接合性を評価した。その結果、通常の拡散接合では1,000℃以上とされるこの接合系において、接合温度650℃の条件下で水素吸蔵による接合性を見出した6接合温度を上げたところ、水素吸蔵しない場合には接合界面に空隙が見られたが、水素吸蔵した場合は隙間なく接合した。EPMAによる元素分布の解析から、接合への水素の効果はサブミクロン以内で生じるものと考察した。