JPH10236845A - 低融点無鉛ガラス組成物 - Google Patents

低融点無鉛ガラス組成物

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JPH10236845A
JPH10236845A JP4265897A JP4265897A JPH10236845A JP H10236845 A JPH10236845 A JP H10236845A JP 4265897 A JP4265897 A JP 4265897A JP 4265897 A JP4265897 A JP 4265897A JP H10236845 A JPH10236845 A JP H10236845A
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JP
Japan
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glass composition
glass
sealing
composition
melting point
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JP4265897A
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English (en)
Inventor
Toshiki Nishiyuki
敏紀 西雪
Takashi Morita
高史 森田
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Iwaki Glass Co Ltd
Original Assignee
Iwaki Glass Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C03C8/00Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/24Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions, i.e. for use as seals between dissimilar materials, e.g. glass and metal; Glass solders

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  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミックス材料の封着またはコーティングに
適する、PbOを含まない材料で、900℃以下の低温
で焼成可能なガラス組成物を得る。 【解決手段】本質的にPbOを含有せず、軟化点が75
0℃以下のバリウムホウ酸塩ガラス組成物であって、焼
成後の50〜300℃の平均熱膨張係数が50×10-7
〜80×10-7/℃の範囲にあることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス材料例
えばアルミナ(Al23 )を主成分とするセラミック
ス材料を900℃以下の温度で封着またはコーティング
できる低融点無鉛ガラス組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】近年アルミナを主成分とするセラミック
ス材料は多くの分野で使用されているが、これらのセラ
ミックス材料は各種の金属材料と複合された形で使用さ
れることが多い。このような材料を封着またはコーティ
ングする場合、付属する金属材料を損傷しないよう、な
るべく低い温度で作業できることが望ましく、特に90
0℃以下で作業できると、使用できる金属材料が多く好
適である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】アルミナを主成分とす
るセラミックス材料を900℃以下で封着またはコーテ
ィングする材料として、ハンダガラス(ガラスフリッ
ト)と呼ばれる低融点のガラスが多数市販されている
が、いずれも有害物のPbOを多量に含有し、作業上の
環境管理、廃棄物の処理などにコストがかさむ欠点があ
った。PbOを含まない材料では一般に作業温度が高く
900℃以下の低温では作業できない欠点があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決すべくなされたものであり、本質的にPbOを含有
せず、軟化点が750℃以下のバリウムホウ酸塩ガラス
組成物であって、焼成後の50〜300℃の平均熱膨張
係数が50×10-7〜80×10-7/℃の範囲にあるこ
とを特徴とする、セラミックス材料の封着またはコーテ
ィング用の低融点無鉛ガラス組成物を提供する。
【0005】また、好ましい態様として前記バリウムホ
ウ酸塩ガラス組成物が重量表示で、 SiO2 5〜15%、 B23 25〜45%、 Al23 1〜 8%、 BaO 25〜50%、 MgO+CaO+ZnO 0〜20%、 Li2 O+Na2 O+K2 O 0〜10%、 の成分を含み、前記成分の合量が前記バリウムホウ酸塩
ガラス組成物の85%以上を占める上記低融点無鉛ガラ
ス組成物を提供する。
【0006】すなわち、本発明の低融点無鉛ガラス組成
物は、本質的にPbOを含有しないバリウムホウ酸塩ガ
ラス組成物であって、750℃以下の軟化点を有し、5
0〜300℃の平均熱膨張係数が50×10-7〜80×
10-7/℃の範囲であることにより、900℃以下の温
度で封着可能で、かつアルミナセラミックスと強固に接
合することにより、気密な封着または付着強度の高い被
膜が得られる、封着用またはコーティング用組成物であ
る。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のガラス組成物として好ま
しいガラスの組成を以下に説明する。以下、単に%と記
載した場合は、重量%を意味するものとする。SiO2
が15%超ではガラスの粘性が上昇し900℃以下の焼
成が困難になる。好ましくは13%以下である。5%未
満ではガラスが不安定となり、ガラスを作製する際の溶
解、冷却中に結晶析出が起こり封着またはコーティング
性能が劣化するおそれがある。好ましくは8%以上であ
る。
【0008】B23 が45%超ではガラスを作製する
際の溶解、冷却中に結晶析出が起こり封着またはコーテ
ィング性能が劣化するおそれがある。好ましくは40%
以下である。25%未満ではガラスの粘性があがり、9
00℃以下での焼成が困難になる。好ましくは30%以
上である。
【0009】Al23 が8%超ではガラス粘性が上昇
して900℃以下での焼成が困難になる。好ましくは6
%以下である。1%未満ではガラスが不安定となり、強
固なセラミックスとの接合性が得られない。好ましくは
3%以上である。
【0010】BaOが50%超ではガラスが不安定とな
り、ガラスを作製する際の溶解、冷却中に結晶析出が起
こり封着またはコーティング性能が劣化するおそれがあ
る。好ましくは40%以下である。25%未満ではガラ
スの粘性があがり900℃以下での焼成が困難になる。
好ましくは30%以上である。
【0011】MgO、CaOおよびZnOについては、
必須ではないが熱膨張係数の調整のため、いずれか1種
以上を含有させうる。しかし、合量で20%超では50
〜300℃の平均熱膨張係数を50×10-7〜80×1
-7/℃の範囲に入れるのが困難である。好ましくは合
量で15%以下である。
【0012】Li2 O、Na2 OおよびK2 Oについて
は、必須ではないが溶解性の向上のため、いずれか1種
以上を含有させうる。しかし、合量で10%超では50
〜300℃の平均熱膨張係数を50×10-7〜80×1
-7/℃の範囲に入れるのが困難である。好ましくは合
量で5%以下である。
【0013】本発明の好ましい形態では、前記成分の合
量がガラス組成物の85%以上を占めるようにする。効
果をより確実にするためにはガラス組成物の90%以上
を占めるようにすることが好ましい。
【0014】本発明のガラス組成物には本発明の効果を
損しない限り、公知の清澄剤(As23 、Sb23
など)を合量でガラス組成物の1%以下、着色剤(Co
O、Fe23 など)を合量でガラス組成物の2%以下
含有させうる。
【0015】本発明のガラス組成物を封着用、コーティ
ング用に用いる場合、上記の組成を有するガラス粉末
に、必須ではないが、コーディエライト、ジルコン、β
−ユークリプタイト、ホルステライト等のセラミックス
粉末をガラス粉末とセラミックス粉末との合量に対して
30%以下の範囲で混合し、熱膨張係数のコントロール
を行うこともできる。
【0016】本発明のガラス組成物は焼成後の50〜3
00℃の平均熱膨張係数が50×10-7〜80×10-7
/℃の範囲にある。この範囲外では、アルミナセラミッ
クスと焼成後のガラスとの熱膨張係数の差が大きいた
め、充分な接合強度が得られない。より好ましくは、5
0〜300℃の平均熱膨張係数が60×10-7〜75×
10-7/℃である。また、本発明のガラス組成物は軟化
点が750℃以下である。このため、900℃以下での
封着が可能になる。
【0017】本発明の組成物は、通常この組成物の粉末
を水または有機溶剤と混合しペースト状としアルミナ主
成分のセラミックスの被接合物または被コーティング物
に塗布し、焼成することにより接合体またはコーティン
グ物を得るが、他に粉体を加圧成形したもの、さらに加
圧成形したものをガラスの軟化点付近で焼成した焼結
体、または粉体を溶剤と混合しスラリー状とした後シー
ト状に成形したものを利用し、接合体を得ることもでき
る。
【0018】さらに本発明の組成物は、粉砕を行わず融
解溶液を所定の形状に鋳込み成形したもの、およびその
後さらに所定の寸法に加工したものを封着用組成物とし
接合体を得ることもできる。
【0019】
【実施例】表1に本発明の実施例(例1〜5)および比
較例(例6〜7)を示す。表1に示した組成(wt%)
に従い、最終組成物として1kgとなるよう各原料を秤
取しミキサーで混合した。混合後、白金ルツボを用い電
気炉中で1300℃で1時間保持して溶解した。その後
炉内より取り出し鉄板上に成形したブロックを550℃
の温度の電気炉に移し、徐冷した。
【0020】例1〜3および例6〜7については、得ら
れたブロックをアルミナ製乳鉢で粗砕の後ボールミルで
微粉砕し、150メッシュのふるいを通し粉末を得た。
例4〜5については、得られたブロックを下記テストに
見合う形状に切断・研削し、所定のテストピースとした
(コーティング性のテストはすべて粉末により実施し
た)。
【0021】まず、得られたガラスの示差熱分析(DT
A)を行い軟化点を求め、表1に記載した。熱膨張係数
については、各サンプルを軟化点より150℃高い温度
で20分保持して焼成した後、室温まで冷却後TMA分
析装置(示差熱膨張計)により50〜300℃の平均熱
膨張係数を測定した。
【0022】接合強度については、α−アルミナ質で5
mm×10mm×2mm厚の板2枚を表1の組成物を介
在させてはり合せ、軟化点より150℃高い温度で20
分保持して焼成して接合した。その後強度試験機(オー
トグラフ)によりせん断強度を測定した。せん断強度は
300kg/cm2 以上が望ましい。
【0023】気密性については、α−アルミナのチュー
ブ(外径30mm、内径26mm、長さ40mm)とβ
−アルミナの板(縦50mm、横50mm、厚さ2m
m)を表1の組成物によりチューブの片端を板で塞ぐよ
うにはり合せ、軟化点より150℃高い温度で20分保
持して焼成して接合した。チューブの開放端をHeリー
クテスターに接続し、α−アルミナとβ−アルミナの接
合部にHeガスを吹き付けることにより、Heリークテ
ストを行った。ヘリウムリーク量が10-6atm・cc
/sec以上のものは不良、未満のものを良とした。
【0024】コーティング性については、アルミナ主成
分の磁器(熱膨張係数70×10-7/℃)に、表1の組
成物を水中に分散させスリップ状にしたものを焼成後の
ガラス厚みが30〜100μmとなるように塗布し、乾
燥後、900℃、20分で焼成した。焼成後ガラス表面
に光沢がありクラックのないものを良とした。
【0025】
【表1】
【0026】表1よりわかるように、本発明の組成物は
いずれも900℃以下での封着作業またはコーティング
作業が可能で、50〜300℃の平均熱膨張係数が50
×10-7〜80×10-7/℃の範囲にあり、Al23
主成分のセラミックスと強固な接合体または被膜付着強
度の高いコーティング物が得られる。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明の組成物は、90
0℃以下の温度で封着作業またはコーティング作業がで
き、アルミナ主成分のセラミックスについて、気密な封
着ができまたは付着強度の高い被膜が得られる。封着温
度が低いため、被接合物のアルミナ主成分のセラミック
スに多くの金属材料が適用できる。たとえば電極材料を
見ると、900℃以下の封着であればNi、Cu等比較
的安価な材料が使用できるが、900℃以上ではMo、
Wなどの高価な材料が必要となる。
【0028】50〜300℃の平均熱膨張係数が50×
10-7〜80×10-7/℃の範囲にあるので、強い接合
強度が得られ、したがって、気密な封着ができまたは付
着強度の高い被膜が得られる。PbOを不含有とするこ
とにより、有害性がなく、安全な作業が実施できかつ廃
棄物の処理も容易である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】本質的にPbOを含有せず、軟化点が75
    0℃以下のバリウムホウ酸塩ガラス組成物であって、焼
    成後の50〜300℃の平均熱膨張係数が50×10-7
    〜80×10-7/℃の範囲にあることを特徴とする、セ
    ラミックス材料の封着またはコーティング用の低融点無
    鉛ガラス組成物。
  2. 【請求項2】前記バリウムホウ酸塩ガラス組成物が重量
    表示で、 SiO2 5〜15%、 B23 25〜45%、 Al23 1〜 8%、 BaO 25〜50%、 MgO+CaO+ZnO 0〜20%、 Li2 O+Na2 O+K2 O 0〜10%、 の成分を含み、前記成分の合量が前記バリウムホウ酸塩
    ガラス組成物の85%以上を占める請求項1記載の低融
    点無鉛ガラス組成物。
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