JPH0196045A - ガラス−金属のシーリング方法 - Google Patents

ガラス−金属のシーリング方法

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JPH0196045A
JPH0196045A JP63201841A JP20184188A JPH0196045A JP H0196045 A JPH0196045 A JP H0196045A JP 63201841 A JP63201841 A JP 63201841A JP 20184188 A JP20184188 A JP 20184188A JP H0196045 A JPH0196045 A JP H0196045A
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Satish S Tamhankar
サティシュ・エス・タムハンカー
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マーク・ジェイ・キルシュナー
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/02Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing by fusing glass directly to metal

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属へガラスを融合させる方法に関し、更に
詳しくは排出気泡が殆んどか、あるいは全く含有されな
い強力な気密ガラスシールをつくりだす単工程シーリン
グ法に関する。
金属へガラスを融合させて気密シールした電子部品をつ
くることは、技術的に公知である。これらの部品の信頼
性はシールの無欠性に直接依存する。工業的に用いられ
ているこれらのシールには、“整合シール(match
ed 5eals)”と“圧縮シール(compres
sion 5eals) ”と一般的に云われている二
つのタイプがあり、前者は類似の熱膨張係数をもつ金属
とガラスとによりつくられるシールである。工業的に利
用されているこのシールの80%程度が整合タイプであ
る。
両タイプのシールは、例えばイギリス特許No。
2135297Aに開示されているように(1)金属表
面の脱ガスあるいは脱炭、(2)酸化および(3)シー
リングから成る三工程方法により、一般的におこなわれ
ている。この一般的な方法では、まず金属を脱炭後、酸
化し金属表面にうすい酸化層をつくることが必要とされ
る。ついでうすい酸化金属層を溶融ガラスで融合させて
シールされる。
例としてあげた前述のイギリス特許での脱炭工程は、水
分が約5.0容量%未満の100%水素雰囲気下、好ま
しくはH2/H20容量比が約50以上において実施さ
れることが教示されている。酸化工程は水、二酸化炭素
、亜酸化窒素等のような酸化剤を含有し酸素含有量を減
少させる水素を含まないガスキャリアから成る酸化雰囲
気下でおこなわれることによりFe3O4を生成させる
(2頁52行〜3頁3行)。
またシーリング工程は発生ガスが少ない雰囲気・下、あ
るいはN2ベース雰囲気下でおこなわれる。
各反応工程の温度は広範囲でおこなうことができるが、
3頁の最初に示す例では、酸化工程またはシーリング工
程の温度はいづれも、脱炭工程の温度は異なっている。
従ってこれらの各工程は、主として異なるガス雰囲気下
、異なる温度で実施される。これらは所望の製品を得る
時間およびコストに大きく影響を与える。
さて、出願者達は、単一セットの工程条件だけを用いた
単工程により非常に有効なガラス−金属シールが得られ
る特殊な単工程の整合シールをつくりだす方法を見出し
たのである。
本発明によるシーリングをおこなう雰囲気は、炉内での
凝縮を防止しかつ、ガラスと金属との適するシーリング
のための満足すべき金属上のうすい酸化物層を提供しう
る、限られた範囲内にコントロールされる。更に本方法
はシーリングをおこなうのに必要とされる水素量をかな
り低減できるので経済的である。また金属とガラスとの
シーリング方法を単工程へ短縮化することは、ガス雰囲
気を変更するための炉の休止時間がなくなり、かつ処理
要素が約2/3位減少するので、かなりのコストダウン
が計れる。
従って、本発明の目的は、単工程の整合ガラス−金属シ
ールを形成するための方法を提供するところにある。
更に、本発明の目的は、一般的な方法に比べ低コストか
つ短時間で実施されるガラス−金属シールをつくるため
の方法を提供するところにある。
更に、本発明の他の目的は、強力で、気密性で、かつ存
在したとしても排出気泡が殆んどないガラス−金属シー
ルを提供するところにある。
本発明はガラスおよび金属が類似の熱膨張係数を有する
、主工程のガラスを金属へ気密シールする方法に関する
。本方法は水蒸気量0.5〜2.5容世%、水素ガス約
0.5〜5容世%、および窒素あるいはアルゴンのよう
な不活性ガス残量を含有する雰囲気下でガラスと金属と
を加熱することから成る。ガラスおよび金属を少なくと
もガラスの融点まで加熱して、充分にガラスを融解させ
た後、金属酸化物へ溶融ガラスを融合させる。
水素の容量%に関する上限は、特に臨界的ではないが、
いくつかの理由から望ましいものである。
水素ガスは、高価でありかつ使用にあたっては特別に安
全に留意する必要があり、そのいづれもが工業スケール
では特に、製造コストに加算される。
更に水素は適当なシールのために必要とされる金属の酸
化層の生成を遅らせる傾向をもっている。
従って前述の上限を越える過剰の水素量はシールの無欠
性に逆に影響を及ぼす。
水蒸気量に関する上限は金属の厚い酸化物形成を防止す
ることおよび炉の停止および不充分なシールの原因とな
るシーリング炉内での凝縮を防止することのために必要
である。
本発明の方法において使用される好適な水蒸気の量は約
1.0〜1.5容量%、好適な水素の量は約1.0〜2
.0容量%である。従って好適な不活性ガス(例えば窒
素)量は、約96.5〜98容量%である。
本発明による特に好適な雰囲気は、水蒸気および水素そ
れぞれが1容量%と窒素98容量%とから成る。
本発明のシーリング方法は、好ましくは、約1.800
〜1.900 °F、最も好ましくは、約1.850°
Fで、好ましくは約10〜20分、最も好ましくは約1
5分間おこなわれる。
本発明によりシールされうる金属の選択は、理論的には
、選択される金属が、ガラスの熱膨張係数と殆んど類似
の熱膨張係数を有して過度の加圧あるいは圧縮が要求さ
れない(即ち整合シール方法)と云う条件であれば制限
されるものではない。
しかしながら関連分野の技術者は金属が接着性の酸化物
を生成する能力、過度にもろくなることなしにシール条
件に耐えうる能力等のような他の性質について適しうる
ちのでなければならないことを当然理解するであろう。
更に詳しくは金属とガラスとの熱膨張係数の差は、はん
の約20X10−7cm / cm / ℃、好ましく
は凡そLOX 10−7cm/cm/ ℃程度である。
本性において有利に使用される金属は、例えばタングス
テン、モリブデン、チタン、タンタル等およびクロム−
鉄合金、ニッケル−クロム−鉄合金、ニッケル−コバル
ト−鉄合金等のような合金であり後者が好適である。特
に好適なニッケル−コバルト−鉄合金は、ASTM F
−15にて命名される“Kovar”である。
ガラスはホウケイ酸塩、ケイ酸鉛、およびホウリンケイ
酸塩である。好適なガラスはCorninggIass
 7052.7040.7058および8830として
市販されているホウケイ酸塩であり、これらの熱膨張係
数は約48〜52X10−7印/ cm / ’Cの範
囲である。
本発明の方法は、ベルト炉のような所望の工程条件が保
持されうるいかなる反応容器においても実施することが
できる。反応雰囲気を形成するガス化合物(水素ガス、
水蒸気および不活性ガス)は、個々の供給ラインからあ
るいは好適には混合フィードガスとして反応容器へ供給
される。
ある例では不活性ガスと1容量%の水素ガスとの混合ガ
スを室温下で水をバブリングして混合ガス中の水分を約
1容量%にコントロールしている。
実施例 1 市販されているKovar ASTM P−15の金属
プレートおよびビンとホウケイ酸塩ガラスピーズCCo
rnlng 7052)とを一般的なグラファイト容器
中で混合した。この金属およびガラスの熱膨張係数はそ
れぞれ57.1〜B2. l X lO’cm/ cm
/ ’Cと46×10’cm/cm/℃であった。通常
のベルト炉を空気パージした後、窒素ガス98,0容量
%、および水蒸気および水素ガスそれぞれ1容量%を含
むガス混合物を充填した。ついで炉を1.850°Fま
で加熱した。その後で混合物をセット温度および雰囲気
のいづれも変化させることなく炉の中に導入しその温度
で15分間保持した。つくられたシールは気密性に非常
にすぐれ、熱ひずみに強く、シール強度を有しており、
殆んど排出気泡がないことが認められた。更にこのシー
ルの、粒界酸化物浸透性は許容されうるちのであった。
実施例 2 金属プレートおよびピンを潤滑油中に暫時浸漬させるこ
とにより故意に夾雑物を付着させ、これを用いて実施例
1の操作を繰返した。この夾雑物は通常のシーリング処
理において脱炭工程により除去された。できたシールは
、すべての点で実施例1でつくられたものに匹敵しうる
ちのであった。
(外4名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ガラスおよび金属を、水蒸気約0.5〜2.5容量
    %、水素ガス約0〜5容量%および不活性ガスその残量
    を含有する雰囲気下、少なくともガラスの融点で、ガラ
    スを溶融した後溶融したガラスを金属へ融合させるため
    の充分な時間、加熱することから成ることを特徴とする
    、ガラスと金属とが類似の熱膨張係数を有する単工程の
    ガラスを金属へ融合させる方法。 2、不活性ガスが窒素およびアルゴンから選択される特
    許請求の範囲第1項記載の方法。3、不活性ガスが窒素
    である特許請求の範囲第2項記載の方法。 4、温度が約1,800〜1,900°Fである特許請
    求の範囲第1項記載の方法。 5、温度が約1,850°Fである特許請求の範囲第4
    項記載の方法。 6、反応時間が約10〜20分である特許請求の範囲第
    1項記載の方法。 7、反応時間が約15分である特許請求の範囲第6項記
    載の方法。 8、水蒸気の量が約1.0〜1.5容量%である特許請
    求の範囲第1項記載の方法。 9、水素の量が約1.0〜2.0容量%である特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 10、金属がタングステン、モリブデン、チタン、タン
    タル、ニッケル−コバルト−鉄合金、クロム−鉄合金、
    およびニッケル−クロム−鉄合金から成る群から選択さ
    れる特許請求の範囲第1項記載の方法。 11、ガラスがホウケイ酸塩、ケイ酸鉛およびホウリン
    ケイ酸塩から成る群から選択される特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 12、ガラスと金属との熱膨張係数の差が約20×10
    ^−^7cm/cm/℃を越えない特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 13、水蒸気の量が約1.0〜1.5容量%、水素の量
    が約1.0〜2.0容量%、反応温度が約1,800〜
    1,900°F、かつ反応時間が約10〜20分である
    特許請求の範囲第1項記載の方法。 14、反応温度が約1,850°F、かつ反応時間が約
    15分である特許請求の範囲第13項記載の方法。 15、金属がタングステン、モリブデン、チタン、タン
    タル、ニッケル−コバルト−鉄合金、クロム−鉄合金、
    およびニッケル−クロム−鉄合金から選択される特許請
    求の範囲第13項記載の方法。 16、ガラスがホウケイ酸塩、ケイ酸鉛およびホウリン
    ケイ酸塩から選択される特許請求の範囲第13項記載の
    方法。 17、ガラスと金属との熱膨張係数の差が20×10^
    −^7cm/cm/℃を越えない特許請求の範囲第13
    項記載の方法。 18、反応雰囲気が水蒸気約1容量%、水素ガス約1容
    量%および窒素ガス約98容量%を含有する特許請求の
    範囲第14項記載の方法。
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