專利名稱：：氧化物接合用焊錫合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是有關(guān)于一種用于將玻璃和陶瓷這類氧化物材料進(jìn)行接合的最佳的焊錫合金，且特別是有關(guān)于一種將焊接部由無鉛合金焊錫進(jìn)行焊接(密封)的制作雙層玻璃、真空容器或玻璃密封容器的
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：在習(xí)知的玻璃等的接合技術(shù)中，在380°C左右所進(jìn)行的粘接及焊接中所使用的方法，主要是使用含鉛的焊錫或鉛玻璃料，但由于環(huán)保問題而使得無法再使用鉛。另一方面，在[JIS手冊(cè)(3)非鐵]所揭示的各種蠟材料及釬接板(brazingsheets)等中，可于400。C以下進(jìn)行熔解且附著性(adhesion)良好，且不因玻璃和蠟材料的熱膨脹系數(shù)的差而使玻璃產(chǎn)生收縮割裂并可進(jìn)行粘接的材料，在供給上有困難。因此，最近提出了將銦(In)和In合金作為金屬材料的密封材料(參照專利文獻(xiàn)l、2)。另外，還提出有一種In系的焊錫合金，其是在以錫(Sn)為主成分的材料中除了加入多量的In以外，還添加鋁(A1)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋅(Zn)多種元素(參照日本專利早期公開的特開2000-141078號(hào)公報(bào))。[專利文獻(xiàn)1]日本專利早期公開的特開2002-020143號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本專利早期公開的特開2002-542138號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]日本專利早期公開的特開2000-141078號(hào)公報(bào)在專利文獻(xiàn)13中所揭示的材料，作為不含鉛的低融點(diǎn)的金屬焊接材料，對(duì)玻璃和陶瓷等氧化物材料，具有優(yōu)良的接合強(qiáng)度及氣密密封性。但是，在它們的實(shí)施中，需要必須添加的In的資源缺乏，使專利文獻(xiàn)1、2的方法因?yàn)楦邇r(jià)而使用受限。而且，即使添加比較少量的In也可得到效果的專利文獻(xiàn)3的方法，也因?yàn)槌酥膺€需要添加多種元素，而在成分調(diào)整上需要花費(fèi)較多的功夫。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種只是氧化物接合用的焊錫合金，可解決以上那樣的問題，并以盡可能簡單的成分系統(tǒng)達(dá)成優(yōu)良的接合強(qiáng)度及氣密密封性的無鉛金屬焊接材料。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，如為具有以下的組成平tf的三元系的Sn系無鉛焊錫合金，則對(duì)以玻璃為代表的氧化物材料，可直接進(jìn)行接合強(qiáng)度高的焊接。亦即，本發(fā)明為一種氧化物接合用焊錫合金，其特征在于，含有重量％為2.0~15.0%的Ag、大于0.1~6.0%的Al,剩余部分由Sn及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。關(guān)于A1，較佳為0.3-3.0%,更佳為0.5~3.0%?；蛘哧P(guān)于Ag，較佳為3.0-13.0,更佳為超過5.0-12.0%,特佳為6.0-10.0%。而且，關(guān)于Ag和Al的關(guān)系，較佳為0<[(%Ag)-(%Al)x7.8]<10。本發(fā)明的氧化物接合用焊錫合金，在例如將玻璃彼此接合時(shí)使用，并發(fā)揮優(yōu)良的作用效果。'如利用本發(fā)明，可提供一種首先因?yàn)闊o鉛而對(duì)環(huán)境優(yōu)良，且因?yàn)槌煞衷O(shè)計(jì)簡單而不需要煩雜的制造工程，并具有優(yōu)良的接合強(qiáng)度和氣密密封性的氧化物接合用焊接合金。而且，在例如雙層玻璃和玻璃容器的焊接部，可在230~400。C的低加熱范圍內(nèi)選定作業(yè)溫度，而實(shí)現(xiàn)熱能量的節(jié)約。圖1所示為利用本發(fā)明的焊錫合金，將鈉石灰玻璃彼此間進(jìn)行接合時(shí)的，其接合剖面的一個(gè)例子的電子顯微鏡照片。圖2所示為利用本發(fā)明的焊錫合金，將鈉石灰玻璃和Fe-42。/。Ni合金進(jìn)行接合時(shí)的，其接合剖面的一個(gè)例子的電子顯^f效鏡照片。圖3所示為利用本發(fā)明的焊錫合金，將氧化鋁和銅進(jìn)行接合時(shí)的，其接合剖面的一個(gè)例子的電子顯微鏡照片。圖4所示為對(duì)在本發(fā)明的實(shí)施例中所利用的，用于評(píng)價(jià)接合強(qiáng)度的三點(diǎn)彎曲測(cè)試進(jìn)行說明的模式圖。圖5所示為對(duì)在本發(fā)明的實(shí)施例中所利用的，用于評(píng)價(jià)接合面的真空密封特性的泄漏測(cè)試進(jìn)行說明的模式圖。具體實(shí)施例方式以下，對(duì)限定本發(fā)明的焊錫合金的成分組成的理由進(jìn)行說明。其中，焊錫合金的成分組成是以"％"表示重量百分比(Wt0/0)。鋁(A1):超過0.1%至6.0%之間對(duì)本發(fā)明的Sn-Ag基焊錫合金而言，Al是在與氧化物的接合中所不可少的必要金屬。亦即，在Sn-Ag基的焊錫合金中，當(dāng)改變Sn及Ag的含量也難以與氧化物接合時(shí)，可藉由添加Al而增加與氧化物的可濕性，以提高與氧化物的粘附。上述理由是，因?yàn)锳l形成氧化物的傾向強(qiáng)，因此容易與氧化物進(jìn)行結(jié)合，所以可使對(duì)氧化物的可濕性能夠提高。但是，如果添加過多的A1，則A1會(huì)形成氧化物，其反而會(huì)使接合性下降或凝固收縮增大，而產(chǎn)生使接合后的一皮接合物(氧化物)裂開的問題。因此，本發(fā)明的Al量與下述的Ag添加量的關(guān)系，為超過0.1%至6.0%之間。較佳為0.5%至3.0%之間，更佳為0.5%至1.5%之間。銀(Ag):2.0%至15.0%之間對(duì)本發(fā)明的Sn-Ag-Al的三元系焊錫合金而言，Ag是用于最適合控制Sn中的Al添加量。對(duì)本發(fā)明的這種在Sn中調(diào)配Al的無鉛金屬合金焊錫而言，Ag是不可缺的必要金屬。另外，因?yàn)锳g是一種抑制金屬焊錫本身的氧化層的形成的元素，所以更是一種重要的必要元素。但是，如果Ag添加過多，則會(huì)在焊錫中形成大量具有硬且脆性質(zhì)的金屬間化合物，而造成接合強(qiáng)度下降的原因。另一方面，如果Ag添加過少，則由于作為主成分的Sn為柔軟的金屬，所以不能確保由金屬間化合物的形成所導(dǎo)致的焊錫自身的硬度，因此無法得到接合強(qiáng)度。另外，不能確保Sn中的Al固溶量，可使與作為被接合物的氧化物材料的可濕性也下降。因此，本發(fā)明的Ag量與上述的Al添加量的關(guān)系，為超過2.0%至15.0%之間。較佳為3.0%至13.0%之間，更佳為超過5.0%至12.0%之間，特佳為6.0%至10.0%之間。0<[(%Ag)-(%Al)x7.8]<10對(duì)本發(fā)明的Sn-Ag-Al系焊錫合金而言，Al和Ag量的關(guān)系較為重要，且以相互進(jìn)行調(diào)整為佳。亦即，當(dāng)本發(fā)明藉由最佳地控制Al和Ag的調(diào)配比，而使與氧化物的粘附性最佳化時(shí)，在控制Al和Ag的金屬間化合物的形成程度的情況下，若相對(duì)于Ag的量添加過多的Al,則會(huì)造成Al偏析，使與氧化物的可濕性下降。而且，若A1的量相對(duì)Ag的量為少量，則可用于使可濕性提高的Al在與Ag的金屬間化合物的形成中被糾纏住，而會(huì)形成無法得到足夠的可濕性的傾向。因此，在進(jìn)一步提高可濕性的過程中，本發(fā)明者對(duì)Ag和Al的最佳調(diào)整指標(biāo)進(jìn)行了研討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最好是以[(%Ag)_(%Al)x7.8]的計(jì)算值作為標(biāo)準(zhǔn)。而且，此計(jì)算值最好是0<[(%Ag)-(%Al)x7.8]<10，其特別是對(duì)利用氧化物的接合而進(jìn)行真空密封的情況下的可濕性的提高有效。-剩余部分(錫(Sn)及不可避免的雜質(zhì))Sn是構(gòu)成本發(fā)明的焊錫合金的基本元素，其可緩和與氧化物的熱膨脹系統(tǒng)以及可降低熔融溫度。特別是，在熱膨脹系數(shù)的調(diào)整中，最好是使Sn在85%至90%之間的范圍內(nèi)來進(jìn)行調(diào)配。本發(fā)明的焊錫合金是藉由將接合物件限定為氧化物，以可達(dá)成優(yōu)良的接合強(qiáng)度和氣密密封性。亦即，對(duì)氧化鋁等陶瓷和鈉石灰等玻璃是當(dāng)然的，而即使對(duì)不限定在它們中的氧化物，也可發(fā)揮優(yōu)良的接合能力。而且，本發(fā)明并不只用于上述的氧化物彼此之間的接合，只要至少一方為氧化物，則另一方也可為能夠確保接合能力的除了氧化物以外的材料。例如，本發(fā)明的焊錫合金即使對(duì)各種不銹鋼和銅、Fe-Ni系合金這樣的金屬，也具有接合能力，或即使另一方為接合能力差的材料，如施以賦予接合能力的表面處理，也并不限制使用。而且，關(guān)于本發(fā)明的焊錫合金的使用，最好是使其為接合材料的供給在預(yù)先熔融的狀態(tài)下進(jìn)行。亦即，在為處于固體狀態(tài)的焊錫合金的情況下，其表面不少容易被氧化，且在表面上所形成的氧化層形成阻礙焊錫接合的主要原因。但是，如為預(yù)先熔融狀態(tài)的焊錫合金，則可使其表面氧化少而保持新鮮，所以如在使焊錫合金熔融后再在其上粘貼接合材料，則可得到良好的接合強(qiáng)度。作為實(shí)施例，可應(yīng)用例如在組合為完成形狀的接合材料單元的接合面間注入熔融了的焊錫合金的形態(tài)，和在接合材料的一面上所載置的熔融焊錫合金的上面，載置另一接合材料的形態(tài)。圖1所示為利用本發(fā)明的Sn-7%Ag-0.5°/。Al的焊錫合金，將鈉鈣玻璃基板彼此間進(jìn)行接合時(shí)，其接合剖面的擴(kuò)大照片。而且，同樣地，圖2所示為利用本發(fā)明的同焊錫合金，將鈉鈣玻璃和Fe-42%Ni合金進(jìn)行接合時(shí)，其接合剖面的擴(kuò)大照片。而且，圖3所示為利用本發(fā)明的同焊錫合金，將氧化鋁和銅進(jìn)行接合時(shí)，其接合剖面的擴(kuò)大照片。將為了形成所需的組成而秤量Sn、Ag、Al,在氬氣(Ar)環(huán)境中進(jìn)行高頻熔解之后，再于此環(huán)境中流入鑄模，以制作焊錫合金。然后，將所得到的焊錫合金由以下所述的測(cè)試方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，在本評(píng)價(jià)中，為了容易進(jìn)行焊接而將焊錫合金切割加工以作為小片使用。(實(shí)施例1)為了測(cè)定接合強(qiáng)度，準(zhǔn)備測(cè)試片，其是用來將二片玻璃板利用焊錫合金進(jìn)行連接的，并對(duì)其進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測(cè)試。測(cè)試片是利用二片鈉石灰玻璃基板，其每片厚3mmx長50mmx寬25mm,接著在彼此不同的位置上由長6mm的粘接材料進(jìn)行接合(圖4)。然后，藉由對(duì)已接合的測(cè)試片進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測(cè)試，而使接合部被剝離，并測(cè)定二片玻璃分離測(cè)試片被破壞時(shí)的負(fù)重。負(fù)重評(píng)價(jià)測(cè)試機(jī)是利用AIKONENGINEERING(林)社制的MODEL-1308。測(cè)試結(jié)果與所使用的焊錫合金的成分組成一起列于表1中。表1<table>complextableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表l可知，利用滿足本發(fā)明的樣品No.l-20的焊錫合金的測(cè)試片，可得到大于等于0.8N/mm的足夠接合強(qiáng)度。而且，越接近本發(fā)明的較佳的成分組成，特別是Ag越接近較佳的成分組成，則接合強(qiáng)度越呈增高的傾向。樣品No.l及No.17的測(cè)試片，其焊錫合金是在玻璃部分產(chǎn)生破壞的接合強(qiáng)度特別優(yōu)良的焊錫合金。另外，不添加Al的本發(fā)明之外的樣品No.21的焊錫合金，其自身不能涂敷在玻璃上，自身就不能接合。本發(fā)明的焊錫合金的第一要求為，其是"氧化物接合用"的，首先要確保足夠的接合強(qiáng)度。而且，藉由進(jìn)行更佳的成分調(diào)整，可在關(guān)于焊錫接合部的應(yīng)力緩和和氣密密封性能的特性方面，也可付與其足夠的性能，能夠?qū)⑵溆猛緮U(kuò)展到多方面。以下對(duì)這些特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。(實(shí)施例2)將厚5mmx長40mmx40mm的鈉石灰玻璃基板設(shè)置在加熱板上，并加熱到約380。C后，在其一平面上于大氣中涂敷厚0.4mm的焊錫合金。而且，利用偏光補(bǔ)償法(塞拿蒙法，Senarmont法)對(duì)玻璃中的內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定要領(lǐng)是，求取焊錫合金的連接面?zhèn)鹊膬?nèi)部應(yīng)力和未涂敷焊錫合金的一面?zhèn)鹊膬?nèi)部應(yīng)力，并以壓縮應(yīng)力為正值而取差分，作為因涂敷焊錫合金而使玻璃中的內(nèi)部應(yīng)力的增加量。測(cè)試結(jié)果與所利用的焊錫合金的成分組成一起列于表2中。表2<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表2可知，在滿足本發(fā)明的樣品中，特別是Al處于小于等于3.0%的較佳區(qū)域的，可抑制焊錫合金的凝固收縮，所以可使玻璃內(nèi)部的殘留應(yīng)力小，能夠防止玻璃割裂和剝離。另外，關(guān)于產(chǎn)生玻璃割裂和剝離的樣品，因?yàn)榇藭r(shí)的內(nèi)部應(yīng)力的測(cè)定值由于其玻璃割裂和剝離而使應(yīng)力得到緩和，形成低值，所以在表中作為參考值以()值表示。(實(shí)施例3)在將厚3mmx長50mmx50mm的鈉石灰玻璃基板于玻璃上加熱到380°C的狀態(tài)下，在其一平面上的周圍涂敷形成約2mm寬的焊錫合金。然后，在該平面上層迭預(yù)先加熱到同溫度的在中央部具有3mm0的孔的同尺寸的基板，并將2片玻璃進(jìn)行粘接。此時(shí)，由于在玻璃平面間作為襯墊設(shè)置有厚度約0.1mm(約lmm角)的不銹鋼箔，所以形成一種內(nèi)部具有O.lmm的高度空間的容器(圖5)。然后，對(duì)所得到的容器，利用漏泄探測(cè)器((抹)有ULVAC制HELLOT70Q)，將空間進(jìn)行真空排氣且向各接合部吹噴He氣體，并測(cè)定其泄漏量。測(cè)試結(jié)果和所使用的焊錫合金的成分組成一起列于表3中。表3<table>complextableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>根據(jù)表3可知，在滿足本發(fā)明的樣品中，特別是Ag處于7%附近的較佳區(qū)域的，得到?jīng)]有接合面的割裂且泄漏量少的良好結(jié)果。而且，關(guān)于Al量，也是其處于小于等于1.5%的較佳區(qū)域的，泄漏量少。而且，關(guān)于本發(fā)明導(dǎo)入的[(%Ag)-(%Al)x7.8]的指標(biāo)值，呈一種其在5附近的樣品的泄漏量最低的傾向。另外，關(guān)于樣品No.l-6，因接合面的割裂而無法進(jìn)行泄漏量的測(cè)定。權(quán)利要求1、一種氧化物接合用焊錫合金，其特征在于該焊錫合金含有2.0重量百分比至15.0重量百分比之間的銀(Ag)以及大于0.1重量百分比至6.0重量百分比之間的鋁(Al)，剩余部分由錫(Sn)及不可避免的雜質(zhì)所構(gòu)成。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物接合用焊錫合金，其特征在于所述的Al的含量為0.3重量百分比至3.0重量百分比之間。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物接合用焊錫合金，其特征在于所述的Al的含量為0.5重量百分比至3.0重量百分比之間。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物接合用焊錫合金，其特征在于所述的Ag的含量為3.0重量百分比至13.0重量百分比之間。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物接合用焊錫合金，其特征在于所述的Ag的含量為大于5.0重量百分比至12.0重量百分比之間。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物接合用焊錫合金，其特征在于所述的Ag的含量為6.0重量百分比至10.0重量百分比之間。7、根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的氧化物接合用焊錫合金，其特征在于所述的Ag和Al在重量百分比方面的關(guān)系為，0<[(%Ag)-(%Al)x7.8]<10。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物接合用焊錫合金，其特征在于所述的焊錫合金是用于將玻璃彼此間進(jìn)行接合。全文摘要本發(fā)明提供一種可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良接合強(qiáng)度及氣密密封性的無鉛金屬焊錫材料。此焊錫材料為一種氧化物接合用焊錫合金，其含有重量％為2.0wt％～15.0wt％的Ag、大于0.1wt％～6.0wt％的Al，以及剩余部分是由Sn與不可避免的雜質(zhì)所構(gòu)成。其中，Al的含量較佳為0.3wt％～3.0wt％，更佳為0.5wt％～3.0wt％。Ag的含量較佳為3.0wt％～13.0wt％，更佳為超過5.0wt％～12.0wt％，特佳為6.0wt％～10.0wt％。而且，Ag和Al的關(guān)系，較佳為0＜[(％Ag)-(％Al)×7.8]＜10。本發(fā)明的氧化物接合用焊錫合金，在例如將玻璃彼此接合時(shí)使用，并發(fā)揮優(yōu)良的作用效果。文檔編號(hào)B23K35/26GK101198436SQ20068002174公開日2008年6月11日申請(qǐng)日期2006年7月13日優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日發(fā)明者千綿伸彥,山田實(shí)申請(qǐng)人:有限會(huì)社蘇菲亞制造;日立金屬株式會(huì)社