(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックからなる絶縁容器の開口端部と金属からなる端板との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層、Ｃｕ中間層およびＡｇ−Ｃｕ層をこの順序で積層した封着ろう材を前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層が絶縁容器の開口端部側に位置するように配置する工程と、
Ａｇ−Ｃｕ層の融点以上の温度で熱処理して前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層を溶融して前記絶縁容器表面にＴｉ偏析層を形成する工程と、
熱処理温度をさらに上げて前記Ｃｕ中間層をＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉのろう材中に溶融させ、冷却することにより絶縁容器の開口端部と端板とを前記Ｔｉ偏析層を含むＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉの封着部により接合する工程と
を具備することを特徴とする真空気密容器の製造方法。
【請求項２】
セラミックからなる絶縁容器の開口端部と金属からなる端板との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層、Ｃｕ中間層およびＡｇ−Ｃｕ層をこの順序で積層した封着ろう材を前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層が絶縁容器の開口端部側に位置するように配置する工程と、
Ａｇ−Ｃｕ層の融点以上の温度で熱処理して前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層を溶融して前記絶縁容器表面にＴｉ偏析層を形成する工程と、
熱処理温度をさらに上げて前記Ｃｕ中間層をＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉのろう材中に溶融させ、冷却することにより絶縁容器の開口端部と端板とを前記Ｔｉ偏析層を含むＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉの封着部により接合する工程と
により製造された真空気密容器であって、
前記封着部中の未溶融Ｃｕ中間層は、絶縁容器表面に対して垂直方向の断面において前記封着ろう材を構成する前記Ｃｕ中間層の７０％以下の面積を有することを特徴とする真空気密容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空気密容器の製造方法および真空気密容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空バルブやサイリスタ等に用いられる真空気密容器は、セラミックからなる絶縁容器の開口端部に金属からなる端板（封止金具）を封着（接合）することにより製造され、内部を真空気密状態に保持するものである。
【０００３】
このような真空気密容器は、従来よりセラミックからなる絶縁容器の開口端部に金属からなる端板との間にＭｏ−Ｍｎメタライズ層を介在し、加熱することにより前記絶縁容器と前記端板とを封着する方法により製造されていた。しかしながら、この方法はＭｏ−Ｍｎメタライズ層を作る工程が複雑であり、しかも封着に際し高温度の熱処理を必要とする問題があった。
【０００４】
そこで、Ｍｏ−Ｍｎメタライズ層を用いる方法に代わる封着方法として、活性金属法が検討されている。活性金属ろう材としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉの３元素を含むものが一般的であり、共晶組成のＡｇ−Ｃｕ中にＴｉを添加したろう材により接合することが特開昭３５−１２１６号に開示されている。しかしながら、このような活性金属ろう材を前記セラミックからなる絶縁容器の開口端部と前記金属からなる端板との間に介在させ、前記ろう材の融点で加熱すると、ろう材全体が一度に溶融して前記絶縁容器に対して十分な濡れ性が得られないため、前記絶縁容器の開口端部に前記金属からなる端板を良好に封着することが困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、セラミックからなる絶縁容器の開口端部と金属からなる端板とを濡れ広がった脚長のろう材および前記開口端部表面に形成したＴｉ偏析層により強固に封着し、かつセラミックからなる絶縁容器へのクラック発生を防止した真空気密容器の製造方法および真空気密容器を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる真空気密容器の製造方法は、セラミックからなる絶縁容器の開口端部と金属からなる端板との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層、Ｃｕ中間層およびＡｇ−Ｃｕ層をこの順序で積層した封着ろう材を前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層が絶縁容器の開口端部側に位置するように配置する工程と、
Ａｇ−Ｃｕ層の融点以上の温度で熱処理して前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層を溶融して前記絶縁容器表面にＴｉ偏析層を形成する工程と、
熱処理温度をさらに上げて前記Ｃｕ中間層をＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉのろう材中に溶融させ、冷却することにより絶縁容器の開口端部と端板とを前記Ｔｉ偏析層を含むＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉの封着部により接合する工程と
を具備することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係わる真空気密容器は、セラミックからなる絶縁容器の開口端部と金属からなる端板との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層、Ｃｕ中間層およびＡｇ−Ｃｕ層をこの順序で積層した封着ろう材を前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層が絶縁容器の開口端部側に位置するように配置する工程と、
Ａｇ−Ｃｕ層の融点以上の温度で熱処理して前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層を溶融して前記絶縁容器表面にＴｉ偏析層を形成する工程と、
熱処理温度をさらに上げて前記Ｃｕ中間層をＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉのろう材中に溶融させ、冷却することにより絶縁容器の開口端部と端板とを前記Ｔｉ偏析層を含むＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉの封着部により接合する工程と
により製造された真空気密容器であって、
前記封着部中の未溶融Ｃｕ中間層は、絶縁容器表面に対して垂直方向の断面において前記封着ろう材を構成する前記Ｃｕ中間層の７０％以下の面積を有することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の真空気密容器を図面を参照して詳細に説明する。
（第１工程）
まず、図１および図２に示すようにセラミックからなる絶縁容器１の開口端部と金属からなる端板（封止金具）２との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層３、Ｃｕ中間層４およびＡｇ−Ｃｕ層５をこの順序で積層した封着ろう材６を前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層３が絶縁容器１の開口端部側に位置するように配置する。
【０００９】
前記絶縁容器は、例えばアルミナ、窒化珪素等のセラミックから形成される。前記端板（封止金具）は、例えばステンレス、鉄、ニッケル合金等の金属から形成される。
【００１０】
前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層とＣｕ中間層とＡｇ−Ｃｕ層の厚さ比率は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層：Ｃｕ中間層：Ａｇ−Ｃｕ層で１〜３：３〜１０：４〜１２にすることが好ましい。また、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層の組成は、Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝５４〜５９：３６〜３９：２〜１０程度にすることが好ましい。Ａｇ−Ｃｕ層の組成は、凝固後に微細な共晶組織を形成するように共晶に近いようにする。Ｔｉ組成は、十分にセラミック、例えばアルミナと反応し、かつ融点上昇を起こさないように１〜１０ａｔｍ％にすることが好ましい。
【００１１】
（第２工程）
Ａｇ−Ｃｕ層５の融点以上の温度で熱処理する。この時、図３に示すようにＡｇ−Ｃｕ層およびＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層を溶融してそれぞれＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ液相７、Ａｇ−Ｃｕ液相８になる。未溶融のＣｕ中間層４の存在により前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ液相７を前記絶縁容器１の開口端部に広い面積で脚長に保持されると共に、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ液相７中のＴｉが前記開口端部表面に拡散してＴｉ偏析層９が形成される。なお、前記Ａｇ−Ｃｕ液相８は前記封止金具２とＣｕ中間層４を接合し、一方前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ液相７は前記絶縁容器１の開口端部との界面に前記Ｔｉ偏析層９が形成されることにより前記絶縁容器１の開口端部との接合が可能になる。
【００１２】
（第３工程）
熱処理温度をさらに上げる。この熱処理温度は、ろう材の融点より十数Ｋ〜数十Ｋ程度に高くすることが好ましい。このような熱処理によりＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉのろう材中の平衡組成が高くなり、前記Ｃｕ中間層がろう材中に溶融する。この後、冷却することにより絶縁容器１の開口端部と封止金具２とを前記Ｔｉ偏析層９を含むＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉの封着部１０により接合する。なお、図中の１１は未溶融Ｃｕ中間層、１２はＣｕ中間層から溶融したＣｕ初晶である。
【００１３】
前記Ｔｉ偏析層９は、５０ｎｍ以上の厚さを有するように熱処理条件を選定することが好ましい。
前記熱処理条件の選定により、封着部１０中の未溶融Ｃｕ中間層１１は絶縁容器１表面に対して垂直方向の断面において前記封着ろう材６を構成する前記Ｃｕ中間層４の７０％以下の面積を有するようになる。
【００１４】
以上説明した本発明によれば、前記絶縁容器１の開口端部に封止金具２を脚長の封着部１０により接合でき、かつ絶縁容器１の開口端部との界面にＴｉ偏析層９を形成できるため、前記絶縁容器１の開口端部と封止金具２とが強固にかつ気密に接合された真空気密容器を製造することができる。
【００１５】
また、得られた真空気密容器の封着部１０中の未溶融Ｃｕ中間層１１を絶縁容器１表面に対して垂直方向の断面において前記封着ろう材６を構成する前記Ｃｕ中間層４の７０％以下の面積にする、つまりセラミックからなる絶縁容器１との間の熱膨張係数の差に起因する前記封着部中のＣｕ中間層の面積を小さくすることによって、前記絶縁容器１に加わる応力を緩和して、前記絶縁容器１にクラックが発生するのを防止できる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
厚さ０．０５ｍｍのＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材箔、厚さ０．３ｍｍのＣｕ中間箔および厚さ０．２ｍｍのＡｇ−Ｃｕろう材箔をこの順序で積層したリング状の封着ろう材を作製した。つづいて、外径４４ｍｍ、内径３９ｍｍ、高さ５２ｍｍの純度９４％のアルミナ製の筒状絶縁容器の両端面と０．５ｍｍ、外径３９ｍｍ、高さ５ｍｍのキャップ状をなすＳＵＳ３０４からなる封止金具との間に前記封着ろう材をＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材箔が前記筒状絶縁容器の両端面に位置するようにそれぞれ介在した。ひきつづき、これらの部材を真空炉に入れ、６×１０−４Ｐａまで真空引きした後、１０Ｋ／分の昇温速度で１０９０Ｋまで昇温し、２０分間保持した後、１１００Ｋまで昇温し１０分間保持した。この後炉冷することにより、絶縁容器の両端面に封止金具が封着部に接合された真空気密容器を製造した。
【００１７】
（比較例１）
実施例１と同様な３層構造のリング状の封着ろう材を、外径４４ｍｍ、内径３９ｍｍ、高さ５２ｍｍの純度９４％のアルミナ製の筒状絶縁容器の両端面と０．５ｍｍ、外径３９ｍｍ、高さ５ｍｍのキャップ状をなすＳＵＳ３０４からなる封止金具との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材箔が前記筒状絶縁容器の両端面に位置するようにそれぞれ介在した。つづいて、これらの部材を真空炉に入れ、６×１０−４Ｐａまで真空引きした後、１０Ｋ／分の昇温速度で１０９０Ｋまで昇温し、そのまま炉冷することにより絶縁容器の両端面に封止金具が封着部に接合された真空気密容器を製造した。
【００１８】
得られた実施例１および比較例１の真空気密容器について内部の真空気密性を調べた。その結果、実施例１の真空気密容器はリークが認められなかった。これに対し、比較例１の真空気密容器はリークによる真空度の低下が認められた。また、実施例１および比較例１の真空気密容器の封着部に赤色塗料を塗ってレッドチェックを行った。その結果、実施例１の真空気密容器はクラックの発生が認められなかった。これに対し、比較例１の真空気密容器は絶縁容器にクラックの発生が認められた。実施例１および比較例１の真空気密容器について封止金具を引張って封着部の破面を調べた。その結果、実施例１の真空気密容器では接合界面および絶縁容器にクラックの発生が認められなかった。これに対し、比較例１の真空気密容器ではアルミナからなる絶縁容器にクラックの発生が認められた。
【００１９】
さらに、実施例１および比較例１の真空気密容器の封着部の断面組織を観察した。その結果、実施例１の真空気密容器の封着部は前述した図４に示した組織同様で、未溶融のＣｕ中間層の面積は封着前の封着ろう材を構成するＣｕ中間箔の約２０％に減少していた。これに対し、比較例１の真空気密容器の封着部の断面組織は図５に示すようにアルミナからなる絶縁容器１の両端面と封止金具２との間に形成された封着部１３にＣｕ中間箔１４がそのまま残存し、前記Ｃｕ中間箔１４に起因する残留応力により絶縁容器１に生じたクラック１５が観察された。
【００２０】
（実施例２）
厚さ０．２５ｍｍのＣｕ中間板に厚さ０．０５ｍｍのＡｇ箔をクラッドし、前記Ａｇ箔と反対側の前記Ｃｕ中間板に厚さ０．００５ｍｍのＴｉ膜を成膜し、リング状に打ち抜き加工することによりリング状の封着ろう材を作製した。つづいて、外径４４ｍｍ、内径３９ｍｍ、高さ５２ｍｍの純度９４％のアルミナ製の筒状絶縁容器の両端面と０．５ｍｍ、外径３９ｍｍ、高さ５ｍｍのキャップ状をなすＳＵＳ３０４からなる封止金具との間に前記封着ろう材をそのＴｉ膜が前記筒状絶縁容器の両端面に位置するようにそれぞれ介在した。ひきつづき、これらの部材を真空炉に入れ、６×１０−４Ｐａまで真空引きした後、１５Ｋ／分の昇温速度で１０６０Ｋまで昇温し、５分間保持した後、１１００Ｋまで昇温し１０分間保持した。この後炉冷することにより、絶縁容器の両端面に封止金具が封着部に接合された真空気密容器を製造した。
【００２１】
（比較例２）
実施例２と同様な３層構造のリング状の封着ろう材を、外径４４ｍｍ、内径３９ｍｍ、高さ５２ｍｍの純度９４％のアルミナ製の筒状絶縁容器の両端面と０．５ｍｍ、外径３９ｍｍ、高さ５ｍｍのキャップ状をなすＳＵＳ３０４からなる封止金具との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材箔が前記筒状絶縁容器の両端面に位置するようにそれぞれ介在した。つづいて、これらの部材を真空炉に入れ、６×１０−４Ｐａまで真空引きした後、１５Ｋ／分の昇温速度で１０６０Ｋまで昇温し、そのまま炉冷することにより絶縁容器の両端面に封止金具が封着部に接合された真空気密容器を製造した。
【００２２】
得られた実施例２および比較例２の真空気密容器について内部の真空気密性を調べた。その結果、実施例２および比較例２の真空気密容器はいずれもリークが認められなかった。また、実施例２および比較例２の真空気密容器の封着部に赤色塗料を塗ってレッドチェックを行った。その結果、実施例２の真空気密容器はクラックの発生が認められなかった。これに対し、比較例２の真空気密容器は絶縁容器にクラックの発生が認められた。実施例２および比較例２の真空気密容器について封止金具を引張って封着部の破面を調べた。その結果、実施例２の真空気密容器では接合界面および絶縁容器にクラックの発生が認められなかった。これに対し、比較例２の真空気密容器ではアルミナからなる絶縁容器にクラックの発生が認められた。
【００２３】
さらに、実施例２および比較例２の真空気密容器の封着部の断面組織を観察した。その結果、実施例１の真空気密容器の封着部は図６に示すように未溶融のＣｕ中間層１１の厚さが０．１ｍｍ程度になり、その面積が封着前の封着ろう材を構成するＣｕ中間板の約３３％に減少していた。これに対し、比較例２の真空気密容器の封着部の断面組織は図７に示すようにアルミナからなる絶縁容器１の両端面と封止金具２との間に形成された封着部１６にＣｕ中間板１７がそのまま残存し、前記Ｃｕ中間板１７に起因する残留応力により絶縁容器１に生じたクラック１５が観察された。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればセラミックからなる絶縁容器の開口端部と金属からなる端板とを濡れ広がった脚長のろう材および前記開口端部表面に形成したＴｉ偏析層により強固に封着され、かつセラミックからなる絶縁容器へのクラック発生を防止した信頼性の高い真空気密容器の製造方法および真空気密容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空気密容器の接合前の状態を示す断面図。
【図２】図１の封着ろう材付近の拡大断面図。
【図３】熱処理過程での封着ろう材の組織を示す図。
【図４】本発明の真空気密容器における封着部の組織を示す図。
【図５】比較例１により製造された真空気密容器の封着部の断面組織を示す図。
【図６】本発明の実施例２により製造された真空気密容器における封着部の組織を示す図。
【図７】比較例２により製造された真空気密容器の封着部の断面組織を示す図。
【符号の説明】
１…絶縁容器、
２…封止金具、
３…Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層、
４…Ｃｕ中間層、
５…Ａｇ−Ｃｕ層
６…封着ろう材、
９…Ｔｉ偏析層、
１０…封着部
１１…未溶融Ｃｕ中間層。
【図１】
0003612137.tif 000002
【図２】
0003612137.tif 000003
【図３】
0003612137.tif 000004
【図４】
0003612137.tif 000005
【図５】
0003612137.tif 000006
【図６】
0003612137.tif 000007
【図７】
0003612137.tif 000008