電圧印加に伴う金属/ガラス界面での物質移動と界面組織の変化

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750587
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高橋 誠 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (10294133)
• Keywords: 陽極接合 / イオン伝導 / 継手の再分離 / ホウケイ酸ガラス / リチウムガラス / ケイ素 / 鉄 / 透過型電子顕微鏡

Research Abstract

平成15年度の研究実績
Corning 7740 (Pyrex)、Matsunami#0700(コバールガラス)の二種類のホウケイ酸ガラスとケイ素単結晶の陽極接合継手に接合時と逆方向の電圧を印加する実験を行い、接合界面に生じる変化を観察した。その結果、Pyrexの継手では逆電圧印加で接合界面に茶褐色の斑点やガラスのひび割れが生じるのに対し、コバールガラスでは接合界面全体が軽く変色するもののガラスのひび割れは生じず、また逆電圧印加後の継手を浸水すると、コバールガラスの継手は接合界面全体が剥離するのに対し、Pyrexの継手では剥離の進行は界面の一部にとどまることが見出された。継手界面の組織観察の結果、これらの違いは逆電圧印加によって接合界面に集積するNaの分布状態の違いに起因することがわかった。またその原因として、陽極接合時に接合界面近傍のガラス中に形成されるアルカリイオン欠乏層の電気抵抗が、Pyrexではコバールガラスに比べて著しく大きくなることが見出され、その結果Pyrexでは逆電圧印加時に接合界面に向かうNaイオンの流れがことが欠乏層の電気抵抗が相対的に小さい接合欠陥の部分に集中し、そこで界面の変色やガラスのひび割れが生じることが示唆された。
またリチウムガラスのAsahi-Technoglass SW-YYとケイ素単結晶の継手への逆電圧印加も行い、この継手では逆電圧印加後の継手を大気に晒すと急激な接合界面の剥離が生じることを見出した。これは逆電圧印加でこの継手の界面に生じるリチウム水ガラスが水と強い親和性を持ち、大気中の水分と急激に反応するためと考えられる。
またKovar合金とコバールガラス、純鉄とコバールガラスの継手への逆電圧印加を行い、純鉄の継手では接合界面の分離が生じにくいことを見出した。