Transient-Liquid-Phase Bonding of Ceramics

Abstract

人類が使用している材料はその機能や特性を最大限に発 揮する様に設計され、使途に応じた形状に界面を介して 接合されている。そのなかでも構造用セラミックスのアプ リケーションをさらに拡大するためには、単純形状のセラ ミックス焼結体から、実際の用途に応じた複雑形状を得る ことのできる低コストで信頼性の高い接合方法を開発する 必要 がある。 このような接合法として低融点金属を用いたロウ付け接 合が挙げられる。一例として Cu-Ag系共晶合金に Ti等の 活性金属を添加した CusilABA合金は広く一般的に市販さ れている接合メディアであり 、接合温度が低く(1000°C 以下)延性に富むため、セラミックスとの間に生じる熱膨 張率の差に起因する熱応力を緩和するという特徴が有る。 しかしながら、このような低融点合金を用いる接合法では、 接合温度より高い温度において接合部が再溶融してしまう ため、必然的に最高使用温度が低く抑えられてしまう。 高温環境下における使用に耐えうる接合法、つまり接合 部の(再)融点が高い必要がある場合においては、耐熱金 属を用いる固相拡散接合法という選択肢も存在する 。 しかしながら、接合体間の空隙を固相の拡散のみで埋める 必要があるため、ロウ付け法に比較して高温・高圧の接合 プロセスが必要となり、コストパフォーマンスが低い。さ らには高温・高圧の接合プロセスにより変形・微構造変化 等の接合母材自体の特性低下を招く可能性がある。 これらに対して液相拡散(Transient-liquid-phase:TLP) 接合法 は、1960年代後半に Ni基超耐熱合金の接合法 として開発されたものであるが、その特徴は実際の最高使 用温度を接合温度より遥かに高く設計する事が可能である 点にある。そこで、本解説では液相拡散を用いた高耐熱性 を具備したセラミックス接合法を紹介する。 2.セラミックスの TLP接合