JPH0446036A - Glass composite material and its manufacturing method - Google Patents
Glass composite material and its manufacturing methodInfo
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- JPH0446036A JPH0446036A JP2152040A JP15204090A JPH0446036A JP H0446036 A JPH0446036 A JP H0446036A JP 2152040 A JP2152040 A JP 2152040A JP 15204090 A JP15204090 A JP 15204090A JP H0446036 A JPH0446036 A JP H0446036A
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- composite material
- thermal expansion
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は金属基体同志を結合させたり、金属基体表面を
ガラス層でコーティングするために用いるガラス複合材
およびその製造法に関すム従来の技術
従来 金属やセラミックスなどを結合させるために多種
の封着用ガラスが開発され市販されていも これらのガ
ラスに(表 それぞれ目蛛 用途に応じて熱膨張率や軟
化点の異なるものがあ& −般に 鉄やステンレス鋼
を用いた基体を封着するに(よ 熱膨張率が60〜10
0X 10−”/覧 軟化温度が500〜700℃程度
のものが用いられてい本 封着ガラスの熱膨張率は 結
合させる金属基体の熱膨張率より、20〜SOx to
−’/を程度小さくなるように設定されていも この理
由1表 ガラスが圧縮応力に強いことに起因すム した
がって、鉄やステンレス鋼など、比較的熱膨張率が小さ
な金属で11 ガラス組成をコントロールすることによ
り目的とする熱膨張率のガラスを得ることが可能である
力(熱膨張率の大きな金属に対しては 優れた特性を有
する封着用ガラスが無いのが実状であった発明が解決し
ようとする課題
アルミニウム アルミニウム合血楓 および銅合金の
熱膨張率法 鉄(120X 10−’/l: )やステ
ンレス(160X 10−’/l: )の熱膨張率に比
較すると180〜230x 10−’/lと大きく、こ
うした金属基体に適合するような封着用ガラスは開発さ
れておらず、これまでに開発されたガラスでも熱膨張率
の大きいものは150x 10−’/lであム こうし
たガラスは多量のアルカリや鉛成分を含んでおり、耐水
性や機械的強度に劣っていも
本発明(友 上述した課題を解決する封着用ガラスおよ
びその製造法を提案することを目的とすも課題を解決す
るための手段
本発明はガラス買上材中凶 該ガラス質より熱膨張係数
の大きい金属粉末が分散されていることを特徴とすも
すなわ板 熱膨張率の大きい金属粉末をガラス質母材中
に分散させることにより、従来の耐水特性や機械的強度
に優れたガラスの特徴を変化させることなく熱膨張率を
大きくして、アルミニラな アルミニウム合鉦蘇 お
よび銅合金など熱膨張係数の大きな金属基体への封着を
可能にするものであム
さら&へ 上述したガラス複合体を製造する場合に 各
々の材料の混合物にコロイダルシリカ、あるいはコロイ
ダルアルミナを添加したスラリーを用いることを特徴と
するものであム
作用
本発明のガラス複合材ははガラス質母材中に熱膨張係数
の大きい金属粉末が分散されている構成によって得られ
る熱膨張率の大きなガラス複合体であa 金属粉末はガ
ラス質母材中に分散されているたべ 耐食法 耐絶縁性
に劣ることなく封着性に優れたガラス複合体が得られも
また 分散媒にコロイダルシリカあるいはコロイダルア
ルミナの無機質を用いる製造法上の特徴(未 接合基体
への塗布を容易にし しかも耐絶縁性にすぐれた複合体
を作製可能にするものであム実施例
本発明をさらに実施例により詳述すa
本発明に用いるガラスCL 市販されているガラスの
中か収 結合させる金属基体の熱膨張に合わせて選択が
可能であり、熱膨張率の大きな金属基体上に用いること
を特徴とするために 選択するガラスの線膨張率は12
0X 10−’/l:以上のガラスを用いることが望ま
しくも
上述した特性を有するガラスの粉末に これよりも熱膨
張率の大きい金属粉末を分散させて用いム 熱膨張率の
大きい金属としては アルミニウム(230x 10−
’/l )、銅(200x 10−’/l )、黄銅(
180〜230x 10−’/l: )などが選択され
も これらの金属粉末とガラスより構成されるガラス複
合体の熱膨張率は 金属とガラスの加算式によって決定
されも つまり、添加する金属粉末の量が多ければそれ
だけ熱膨張率は増加すム
しかしなか収 添加量が5重量%以上を越えると、ガラ
ス複合体として金属基体に塗布した場合の流動性が低下
すること、金属粒子同志の結合が多くなり、腐食しやす
くなること、耐絶縁性が低下することなどより、最適な
添加量は5重量%以下であム また 添加Iが0,05
重量%以下では 複合材として熱膨張を増大させるとい
った効果は期待できな(〜 従って、金属粉末の添加量
11 0.05〜5重量%内であも
熱膨張率の大きな複合体を得るた人 できるだけ添加量
を少なくするためにも熱膨張率の大きな金属粉末を添加
することが望ましく上述した金属粉末の中でも最適な金
属は アルミニウムであム添加する金属粉末の粒径は
本発明では1100u以下であることが必要であム 金
属粉末の粒径が100μm以上を超えると表面に金属が
露出するようになること、金属粒子同志の接触する確率
が高くなり絶縁性ya耐食性に劣るようになることなど
の理由によム
次&ミ ガラス複合体の製造法について述べも封着ガラ
スを基体に塗布する方法としては 水やターピネオール
などの溶媒で混合して用いるのが一般的であム
本発明のガラス複合材として(よ 従来のこうした溶媒
を用いることが可能である万丈 上述した溶媒を用いた
場合以下に示すような欠点があ4 水は最も一般的な溶
媒である力(粘性がなく塗布が困難であること、基体に
対して結合力が弱く乾燥段階で剥離してしまうことなど
の欠点があム また ターピネオールを用いた場合(上
水を用いた場合の欠点は克服されるものへ 加熱後に
有機物であるターピネオールの未燃焼の炭素がガラス中
に残存し耐絶縁性を低下させるといった欠点を有すも
そこで、ガラス粉末の溶媒にコロイダルシリカあるいは
コロイダルアルミナを用いも コロイダルシリカあるい
はコロイダルアルミナは 微粒子のシリカ粉末やアルミ
ナ粉末をコロイド状態で分散させたもので、スノーテッ
クス(日量化学製)として市販されているものを用いる
ことが可能である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a glass composite material used for bonding metal substrates together or coating the surface of a metal substrate with a glass layer, and a method for manufacturing the same. Although many types of sealing glasses have been developed and commercially available for bonding materials such as metals and ceramics, these glasses have different coefficients of thermal expansion and softening points depending on the application. When sealing a substrate using stainless steel, the coefficient of thermal expansion is 60 to 10.
The thermal expansion coefficient of the sealing glass is 20~SOx to
The reason for this is that glass is resistant to compressive stress. Therefore, metals with a relatively small coefficient of thermal expansion, such as iron and stainless steel, can be used to control the glass composition. By doing so, it is possible to obtain a glass with the desired coefficient of thermal expansion (this invention solves the problem of the fact that there is no sealing glass with excellent properties for metals with a large coefficient of thermal expansion). Thermal expansion coefficient method for aluminum, aluminum and copper alloys The thermal expansion coefficient is 180 to 230x 10-' compared to that of iron (120x 10-'/l: ) and stainless steel (160x 10-'/l: ) /l, and no sealing glass has been developed that is compatible with such metal substrates, and among the glasses developed so far, the ones with a large coefficient of thermal expansion are 150 x 10-'/l. Although it contains a large amount of alkali and lead components and is inferior in water resistance and mechanical strength, the present invention aims to provide a sealing glass that solves the above-mentioned problems and a method for manufacturing the same. The present invention is one of the most expensive glass materials, characterized by dispersing a metal powder having a coefficient of thermal expansion larger than that of the glass material.
In other words, by dispersing metal powder with a high coefficient of thermal expansion into a glass base material, the coefficient of thermal expansion can be increased without changing the characteristics of conventional glass, which has excellent water resistance and mechanical strength. It enables sealing to metal substrates with large thermal expansion coefficients such as aluminum alloys and copper alloys.When manufacturing the above-mentioned glass composites, colloidal silica is added to the mixture of each material. Alternatively, the glass composite material of the present invention is characterized by using a slurry to which colloidal alumina is added. The metal powder is dispersed in the glassy base material.A glass composite with a high expansion coefficient is used as a dispersion medium. Characteristics of the manufacturing method using inorganic materials such as colloidal silica or colloidal alumina (which enables easy application to unbonded substrates and the production of composites with excellent insulation resistance) The glass CL used in the present invention can be selected from commercially available glasses according to the thermal expansion of the metal substrate to be bonded, and is characterized in that it can be used on a metal substrate with a large coefficient of thermal expansion. The coefficient of linear expansion of the glass to be selected is 12
0X 10-'/l: It is desirable to use a glass having the above characteristics, but a metal powder having a higher coefficient of thermal expansion than this is dispersed in the glass powder having the above-mentioned characteristics.As a metal having a higher coefficient of thermal expansion, aluminum is used. (230x 10-
'/l), copper (200x 10-'/l), brass (
180 to 230 The larger the amount, the higher the coefficient of thermal expansion will be. However, if the amount added exceeds 5% by weight, the fluidity will decrease when applied to a metal substrate as a glass composite, and the bond between metal particles will deteriorate. The optimum amount of addition is 5% by weight or less, as addition I becomes easy to corrode and reduces insulation resistance.Additional I is 0.05%
If the amount of metal powder added is less than 0.05 to 5% by weight, the effect of increasing thermal expansion as a composite material cannot be expected. In order to reduce the amount added as much as possible, it is desirable to add a metal powder with a large coefficient of thermal expansion.Among the metal powders mentioned above, the most suitable metal is aluminum.The particle size of the metal powder to be added is:
In the present invention, it is necessary that the particle size is 1100 μm or less. If the particle size of the metal powder exceeds 100 μm or more, the metal will be exposed on the surface, and the probability that metal particles will come into contact with each other will increase, resulting in poor insulation and corrosion resistance. Due to reasons such as poor performance, Muji & Mi discussed the manufacturing method of glass composites, but the common method for applying sealing glass to a substrate is to mix it with a solvent such as water or terpineol. It is possible to use these conventional solvents as the glass composite material of the present invention. However, when the above-mentioned solvents are used, there are the following disadvantages. Water is the most common solvent. There are also disadvantages such as it is difficult to apply due to lack of viscosity, has a weak bonding force to the substrate and tends to peel off during the drying stage. After heating, the unburned carbon of the organic substance terpineol remains in the glass, reducing its insulation resistance. Colloidal alumina is made by dispersing fine particles of silica powder or alumina powder in a colloidal state, and it is possible to use what is commercially available as Snowtex (manufactured by Nichichi Kagaku).
コロイダルシリカあるいはコロイダルアルミナを分散媒
として用いた場合の特徴1表 ガラスと混練すること
により、塗布しやすいような粘性を有すること、焼成前
でも基体に対しである程度の結合力を有すること、焼成
後もシリカやアルミナの無機質となり、耐絶縁性を低下
させるといった欠点が克服される点にあム
ガラス粉末と金属粉末に コロイダルシリカあるいはコ
ロイダルアルミナ、必要に応じ水を加えて所望の粘度に
なるように調整したスラリーを用いも
以下に具体的な実施例により詳述すム
〈実施例1〉
第1表に示す組成を用いて乳鉢で混練しスラリーを調製
し總
このスラリーを用いて金属アルミニウム線φ1゜6mm
の周囲に約3mm幅でリング状に塗布し總 室温で乾燥
眞600℃で10分間焼成した 焼成抵 試料を顕微鏡
で亀裂の有無を観察したところ、亀裂は認められなかっ
九
熱衝撃試験を350℃で15分間で加熱後、0℃の氷水
の中に投入することを1サイクルとして行1.X。Characteristics when using colloidal silica or colloidal alumina as a dispersion medium Table 1: By kneading with glass, it has a viscosity that makes it easy to apply, it has a certain degree of bonding force to the substrate even before firing, and after firing It also overcomes the drawbacks of silica and alumina, which are inorganic and reduce insulation resistance. Colloidal silica or colloidal alumina is added to the amorous glass powder and metal powder, and water is added as necessary to adjust it to the desired viscosity. This slurry will be described in detail below using specific examples.Example 1 The composition shown in Table 1 was kneaded in a mortar to prepare a slurry. 6mm
The sample was applied in a ring shape with a width of about 3 mm around the periphery of the sample, dried at room temperature, and then fired at 600℃ for 10 minutes.When the fired sample was observed under a microscope for cracks, no cracks were observed. One cycle consists of heating for 15 minutes and then pouring into ice water at 0°C. X.
10回繰り返し後の亀裂を観察した 上述した試料(上
10回の熱衝撃後も亀裂は観測されなかっな第1表
〈実施例2〉
実施例1と同様の材料を用(X、添加する金属アルミニ
ウムの最適量を表2に示すように検討し九コロイダルシ
リカ、純水の添加量は実施例1と同様の量を添加した低
コロイダルシリカはガラス粉末や、アルミニウム粉末
に比較して添加量が少ないことか収 アルミニウム粉末
の添加量の計算には含めなかっ九 したがって、アルミ
ニウム粉末の添加量はガラス粉末に対する添加量(重量
%)であも 試料の撃試験は 実施例1と同様にして行
なり九 表屯 ○は10回後でも亀裂が生じな第2表
かったちへ 数値で表わしたものはその回数で亀裂が生
じたものを表わしていも
以上の結果よりアルミニウムの添加量i;L O,0
5wtXより少ない場合L また5wt%の場合もガラ
ス複合体に亀裂が生ずも したがって、本発明の金属粉
末の最適な添加量LL 0.05〜5wt%であaな
耘 第2表屯 N001、λ 3およびNo、 12は
参考例であム
〈実施例3〉
実施例1においてアルミニウム粉末を平均粒径が120
μ爪200μmのものを用いた この試料を熱衝撃試験
を行ったとこへ10回でも亀裂は生じなかつ丸 さらに
80t、 80%RHの雰囲気下で実施例1の試料
とともに耐食性を検討したとこへ 平均粒径が120μ
へ および200μmのものζヨ100時間経過抵 腐
食が観察されたのに対し実施例10粒径が80μm以下
のもの(よ 観察されなかっ九〈実施例4〉
実施例1においてアルミニウムの代わりに 銅および黄
銅粉末を用いて、試料を作製し熱衝撃試験を行ったとこ
へ どちらの試料とも10回後でも亀裂は生じなかっな
く実施例5〉
実施例1においてコロイダルシリカの代わり醜コロイダ
ルアルミナを用いてスラリーを作製t、 f−。Cracks were observed after 10 repetitions of the above-mentioned sample (No cracks were observed even after 10 thermal shocks. The optimum amount of aluminum was investigated as shown in Table 2, and the amount of colloidal silica and pure water added was the same as in Example 1. The amount of aluminum powder added was not included in the calculation of the amount of aluminum powder added.9 Therefore, the amount of aluminum powder added is the amount (wt%) added to the glass powder.The impact test of the sample was performed in the same manner as in Example 1. 9. Table 2 ○ indicates that no cracks occur even after 10 times.Those expressed in numerical values represent those that cracked after that number of times.From the above results, the amount of aluminum added i;L O, 0
If it is less than 5wtX, no cracks will occur in the glass composite. Therefore, the optimal addition amount of the metal powder of the present invention is 0.05 to 5wt%. λ 3 and No. 12 are reference examples (Example 3) In Example 1, aluminum powder was used with an average particle size of 120
This sample was subjected to a thermal shock test using μ nails of 200 μm, and no cracks appeared even after 10 cycles.The corrosion resistance was also examined together with the sample of Example 1 under an atmosphere of 80 tons and 80% RH.Average Particle size is 120μ
In Example 10, corrosion was observed after 100 hours on the grains of 80 μm or less (Example 4) In Example 1, corrosion was observed in the grains of 80 μm or less (example 4). Samples were prepared using brass powder and a thermal shock test was conducted. No cracks occurred in any of the samples even after 10 cycles. Example 5 In Example 1, ugly colloidal alumina was used instead of colloidal silica to create a slurry. Create t, f-.
アルミニウムの金属線への付着は良好で、さらに610
℃で10分間焼成後試料としな この試料の熱衝撃試験
を行ったとこ& 10回後でも亀裂は生じなかった
発明の効果
以上のよう1′−、本発明によれば ガラス粉末の中へ
ガラスより熱膨張率の大きい金属粉末を含有させるこ
とにより、これまでガラス封着が困難であった 熱膨張
率の大きいアルミニウムなどへの適用が可能となる。The adhesion of aluminum to the metal wire is good, and 610
After firing at ℃ for 10 minutes, the sample was subjected to a thermal shock test, and no cracks appeared even after 10 cycles.As can be seen from the effects of the invention, according to the present invention, the glass was inserted into the glass powder. By containing metal powder with a higher coefficient of thermal expansion, it becomes possible to apply it to materials such as aluminum, which has a high coefficient of thermal expansion and which has been difficult to seal with glass.
Claims (6)
の大きい金属粉末が分散させたことを特徴とするガラス
複合材。(1) A glass composite material characterized in that a metal powder having a coefficient of thermal expansion larger than that of the glass is dispersed in a glass base material.
徴とする請求項1記載のガラス複合材。(2) The glass composite material according to claim 1, wherein the metal powder has a particle size of 100 μm or less.
含まれていることを特徴とする請求項1または2記載の
ガラス複合材。(3) 0.05 to 5% by weight of metal powder in the glassy base material
The glass composite material according to claim 1 or 2, characterized in that it contains:
請求項1、2または3記載のガラス複合材。(4) The glass composite material according to claim 1, 2 or 3, wherein the metal powder is aluminum.
、金属基体に塗布し、焼成することを特徴とするガラス
複合材の製造方法。(5) A method for producing a glass composite material, which comprises adding and kneading glass powder, metal powder, and a dispersion medium, and then applying the mixture to a metal substrate and firing it.
よりなることを特徴とする請求項5記載のガラス複合材
の製造方法。(6) The method for producing a glass composite material according to claim 5, wherein the dispersion medium comprises colloidal silica or colloidal alumina.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2152040A JPH0446036A (en) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | Glass composite material and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2152040A JPH0446036A (en) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | Glass composite material and its manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0446036A true JPH0446036A (en) | 1992-02-17 |
Family
ID=15531747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2152040A Pending JPH0446036A (en) | 1990-06-11 | 1990-06-11 | Glass composite material and its manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0446036A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006519747A (en) * | 2002-12-09 | 2006-08-31 | パーキンエルマー オプトエレクトロニクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コー. カーゲー | Composite and mechanical joint production processes |
-
1990
- 1990-06-11 JP JP2152040A patent/JPH0446036A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006519747A (en) * | 2002-12-09 | 2006-08-31 | パーキンエルマー オプトエレクトロニクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コー. カーゲー | Composite and mechanical joint production processes |
| US7687996B2 (en) | 2002-12-09 | 2010-03-30 | Perkinelmer Optoelectronics Gmbh & Co. Kg | Compound body and a process for the production of a mechanical connection |
| US7955153B2 (en) | 2002-12-09 | 2011-06-07 | Xenon Technologies (Germany) Gmbh | Compound body and a process for the production of a mechanical connection |
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