(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック間接合であって、
直接焼結されたセラミック炭化物である第１のセラミック部と、
直接焼結されたセラミック炭化物である第２のセラミック部と、
前記第１および第２のセラミック部を接合するアルミニウム開始接合領域と、
を具え、
前記アルミニウム開始接合領域は、該アルミニウム開始接合領域内に拡散された、前記第１および第２のセラミック部からの化学種を含み、
前記第１のセラミック部は、前記アルミニウム開始接合領域に隣接して配置された第１の接合拡散領域を具え、該第１の接合拡散領域は該第１の接合拡散領域内に拡散された前記アルミニウム開始接合領域からのアルミニウム種を含み、
前記第２のセラミック部は、前記アルミニウム開始接合領域に隣接して配置された第２の接合拡散領域を具え、該第２の接合拡散領域は該第２の接合拡散領域内に拡散された前記アルミニウム開始接合領域からのアルミニウム種を含み、
前記第１および第２のセラミック部に拡散したアルミニウム種の量は、前記アルミニウム開始接合領域に残るアルミニウム種の量よりも多いことを特徴とするセラミック間接合。
【請求項２】
前記第１のセラミック部および前記第２のセラミック部はＳｉＣを含む、請求項１に記載のセラミック間接合。
【請求項３】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の５０％を超える接合強度を有する、請求項１に記載のセラミック間接合。
【請求項４】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の６０％を超える接合強度を有する、請求項１に記載のセラミック間接合。
【請求項５】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の７０％を超える接合強度を有する、請求項１に記載のセラミック間接合。
【請求項６】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の８０％を超える接合強度を有する、請求項１に記載のセラミック間接合。
【請求項７】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の９０％を超える接合強度を有する、請求項１に記載のセラミック間接合。
【請求項８】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度以上の接合強度を有する、請求項１に記載のセラミック間接合。
【請求項９】
セラミック間接合であって、
直接焼結されたセラミック炭化物である第１のセラミック部と、
直接焼結されたセラミック炭化物である第２のセラミック部と、
前記第１および第２のセラミック部を接合するアルミニウム開始接合領域と、
を具え、前記アルミニウム開始接合領域は、該接合領域と隣接する前記第１および第２のセラミック部との間の化学種の拡散および逆拡散により特徴付けられ、前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の５０％を超える接合強度を有し、
前記第１および第２のセラミック部に拡散したアルミニウム種の量は、前記アルミニウム開始接合領域に残るアルミニウム種の量よりも多いことを特徴とするセラミック間接合。
【請求項１０】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の６０％を超える接合強度を有する、請求項９に記載のセラミック間接合。
【請求項１１】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の７０％を超える接合強度を有する、請求項９に記載のセラミック間接合。
【請求項１２】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の８０％を超える接合強度を有する、請求項９に記載のセラミック間接合。
【請求項１３】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の９０％を超える接合強度を有する、請求項９に記載のセラミック間接合。
【請求項１４】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度以上の接合強度を有する、請求項９に記載のセラミック間接合。
【請求項１５】
直接焼結されたセラミック間接合を形成する方法であって、
直接焼結されたセラミック炭化物である第１のセラミック部およびセラミック炭化物である第２のセラミック部を用意するステップと、
隣接する前記第１のセラミック部と前記第２のセラミック部との間の接合領域内に、アルミニウムを含む接合開始剤を配置するステップと、
前記接合開始剤と該接合開始剤に隣接する前記第１のセラミック部および第２のセラミック部とを、７００℃を超える温度で、前記接合開始剤と隣接する前記第１および第２のセラミック部との間の化学種の拡散および逆拡散を引き起こすのに十分な期間中加熱して、前記第１および第２のセラミック部に拡散したアルミニウム種の量は、前記接合開始剤に残るアルミニウム種の量よりも多くするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記接合開始剤と該接合開始剤に隣接する前記第１および第２のセラミック部とを、８００℃を超える温度まで加熱する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記接合開始剤と該接合開始剤に隣接する前記第１および第２のセラミック部を、９００℃を超える温度まで加熱する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記接合開始剤と該接合開始剤に隣接する前記第１および第２のセラミック部を、１０００℃を超える温度まで加熱する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の５０％を超える接合強度を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の６０％を超える接合強度を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の７０％を超える接合強度を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の８０％を超える接合強度を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の９０％を超える接合強度を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記接合領域は前記第１および第２のセラミック部のバルク強度以上の接合強度を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記接合開始剤は無ドープアルミニウムからなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記無ドープアルミニウムは２５０μｍ未満の厚さを有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記無ドープアルミニウムは１２５μｍ未満の厚さを有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記無ドープアルミニウムは２５μｍ未満の厚さを有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記無ドープアルミニウムは５μｍ未満の厚さを有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記無ドープアルミニウムは３０μｍ未満の厚さを有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記接合開始剤はアルミニウムインクからなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項３２】
前記接合開始剤はアルミニウム粉末からなる、請求項１５に記載の方法。
【請求項３３】
前記加熱ステップの間、前記接合領域に負荷を与えるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３４】
前記加熱ステップは断熱コンテナ内での加熱を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３５】
前記加熱ステップはトーチによる局所的な加熱を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３６】
前記加熱ステップは抵抗加熱を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項３７】
前記接合開始剤と隣接する前記第１および第２のセラミック部との間の化学種の拡散および逆拡散後、前記接合領域内に残っている遊離アルミニウムはない、請求項１５に記載の方法。
【請求項３８】
前記接合開始剤と隣接する前記第１および第２のセラミック部との間の化学種の拡散および逆拡散後、前記接合領域内に残っている遊離アルミニウムは２０モル％未満である、請求項１５に記載の方法。
【請求項３９】
前記接合開始剤と隣接する前記第１および第２のセラミック部との間の化学種の拡散および逆拡散後、前記接合領域内に残っている遊離アルミニウムは４０モル％未満である、請求項１５に記載の方法。
【請求項４０】
前記加熱ステップを繰り返して前記接合領域における前記化学種の追加の拡散および逆拡散を引き起こすことにより、前記接合領域の耐酸化性能力を増強するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１０年５月２１に出願した、“耐高温腐食性セラミック接合およびその形成方法”と題する米国仮出願第６１／３４７，２７５号の優先権を主張し、その開示全体を参照としてここに組み込む。
【０００２】
本発明は、概してセラミック材料に関する。より詳細には、本発明は、セラミック−セラミック接合（以後セラミック間接合という）および、多相セラミック接合領域を含む接合を形成する方法を提供する。
【背景技術】
【０００３】
あるセラミック材料を別のセラミック材料または金属に接合する処理は、多くの技術分野において有用であることが分かっている。実際、多くの複合多機能システム（例えば、熱交換、ガスタービン、エンジン、並びに低温および高温にて使用される別のシステム）の製造では、あるセラミックを別のセラミックまたは金属と接合する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ある場合には、あるセラミックを別のセラミックに接合、またはあるセラミックを金属に接合するために、金属ろう接技術が使用される。しかし、幾つかの金属ろうは、酸化性雰囲気において、特に高温の場合に酸化されやすい。よって、金属ろうを用いて形成された接合が酸化性雰囲気中かつ高温で使用される場合、酸化が接合を弱め、その動作寿命を縮めやすい。
【０００５】
幾つかのろう接技術が改良され、得られたろうおよび接合は改善された高温での耐酸化性を有するが、必ずしも欠点が無いわけではない。例えば、多くの場合、幾つかのろう接技術の改善された耐酸化性は、接合強度の低下およびセラミック基板を湿潤させるろうの能力低下を伴う。
【０００６】
このように、あるセラミックを別のセラミック（または金属）に接合する技術が存在するものの、上述した問題を含む、このような技術に対する課題も存在しうる。この点について、特定のタイプのセラミック同士を、酸化による温度制限およびその関連する弱化および特性損失などの接合と関連する欠点を生じることなく、簡単なろうを用いて接合する方法（高温で優れた強度特性を有する接合が得られる）に対する技術的なニーズがある。従って、いくつかの従来のろう接技術を強化すること、あるいは別の接合技術に置き換えることも、技術的に進歩となるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、セラミック間接合およびこのような接合を形成する方法を提供する。幾つかの実装において、その接合は、セラミック炭化物またはセラミック窒化物である第１のセラミック部を含む。また、その接合は、セラミック炭化物またはセラミック窒化物である第２のセラミック部を含む。さらに、その接合は、前記第１および第２のセラミック部を接合するアルミニウム開始接合領域を含む。この点について、前記接合領域は、該接合領域内に拡散された、前記第１および前記第２のセラミック部からの化学種を含む。同様に、前記第１のセラミック部は、前記接合領域に隣接して位置する第１接合拡散ゾーンを含み、該第１接合拡散ゾーンは該ゾーン内に拡散された前記接合領域からのアルミニウム種を含み、第２のセラミック部は、前記接合領域に隣接して位置する第２の接合拡散ゾーンを含み、該第２の接合拡散ゾーンは該ゾーン内に拡散された前記接合領域からのアルミニウム種を含む。
【０００８】
別の実装において、接合は、セラミック炭化物またはセラミック窒化物から選択された材料を含む第１および第２のセラミック部を含む。また、このような実装において、接合は、前記第１および前記第２のセラミック部を接合するアルミニウム開始接合領域を含み、該接合領域は、該接合領域と隣接する前記第１および第２のセラミック部との間の化学種の拡散および逆拡散によって特徴付けられる。前記接合領域は、任意の適切な強度を有することができるが、ある場合には、前記接合領域は、前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の５０％を超える接合強度を有する。別の場合には、前記接合強度は、前記第１および第２のセラミック部のバルク強度の約６０％、約７０％、約８０および約９０％から選択される値を超える。しかし、さらに別の場合には、前記接合強度は、前記第１および第２のセラミック部のバルク強度以上になる。
【０００９】
セラミック間接合の形成方法に関しては、幾つかの実装では、これらの方法は、第１のセラミック部および第２のセラミック部を用意するステップと、隣接する前記第１のセラミック部および前記第２のセラミック部の間の接合領域内に（アルミニウムを含む）接合開始剤を配置するステップと、前記接合開始剤と該接合開始剤に隣接する前記第１および第２のセラミック部とを、約７００℃を超える温度で、前記接合開始剤と隣接する前記第１および第２のセラミック部との間の化学種の拡散および逆拡散を引き起こすのに十分な期間中加熱するステップとを含む。別の実装では、前記接合開始剤および隣接するセラミック基板は約８００℃、約９００℃および約１０００℃から選択される温度を超える温度まで加熱される。
【００１０】
本発明のこれらの特徴および利点は、以下の説明および添付の請求項からより完全に明らかになり、以下に記載する本発明の実施により理解することができる。
【００１１】
本発明の上述の、および別の特徴、並びに利点が得られる態様を容易に理解するように、上で簡潔に説明された本発明のより具体的な説明が、添付された図面に示されているそれらの特定の実施例を参照して与えられる。図面は一定の縮尺で描かれておらず、本発明の幾つかの代表的な実施例のみを示しており、従って、本発明の範囲を限定すると考えるべきではないとの理解の下で、添付の図面を参照して、本発明を追加の特定と詳細とともに記載し、説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】多相セラミック接合が形成される前の、第１の基板と第２の基板との間の接合開始剤の幾つかの実施例を示す模式図である。
【図２】多相セラミック接合を形成する方法の代表的な実施例のフローチャートである。
【図３】走査型電子顕微鏡により得られた、アルミニウム開始接合の幾つかの実施例の断面図である。
【図４】走査型電子顕微鏡により得られた、アルミニウム開始接合の幾つかの実施例の断面図である。
【図５】走査型電子顕微鏡により得られた、アルミニウム開始接合の幾つかの実施例の断面図である。
【図６】接合領域の代表的な実施例内の化学種の相互拡散を示す、図４に示されたアルミニウム開始接合内の異なる場所から得られたエネルギー分散型X線分析結果を示す図である。
【図７】接合領域の代表的な実施例内の化学種の相互拡散を示す、図４に示されたアルミニウム開始接合内の異なる場所から得られたエネルギー分散型X線分析結果を示す図である。
【図８】接合領域の代表的な実施例内の化学種の相互拡散を示す、図４に示されたアルミニウム開始接合内の異なる場所から得られたエネルギー分散型X線分析結果を示す図である。
【図９】接合領域の代表的な実施例内の化学種の相互拡散を示す、図４に示されたアルミニウム開始接合内の異なる場所から得られたエネルギー分散型X線分析結果を示す図である。
【図１０】多相セラミック接合を形成する改良された方法の代表的な実施例のフローチャートである。
【図１１】走査型電子顕微鏡により得られた、単一の加熱ステップを用いて用意されたアルミニウム開始接合の幾つかの実施例の断面図である。
【図１２】走査型電子顕微鏡により得られた、複数加熱ステップを用いて用意されたアルミニウム開始接合の幾つかの実施例の断面図である。
【図１３】接合領域の代表的な実施例内の化学種の相互拡散を示す、図１２に示されたアルミニウム開始接合内の異なる場所から得られたエネルギー分散型X線分析の結果を示す図である。
【図１４】接合領域の代表的な実施例内の化学種の相互拡散を示す、図１２に示されたアルミニウム開始接合内の異なる場所から得られたエネルギー分散型X線分析の結果を示す図である。
【図１５】接合領域の代表的な実施例内の化学種の相互拡散を示す、図１２に示されたアルミニウム開始接合内の異なる場所から得られたエネルギー分散型X線分析の結果を示す図である。
【図１６】複数のタイプのセラミック間接合に対する破壊発生位置を示す幾つかの実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この明細書を通して“一実施例”、“ある実施例”または類似の言い回しへの参照は、その実施例に関して説明された特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも一実施例に含まれることを意味している。従って、この明細書を通して“一実施例”、“ある実施例”または類似の言い回しの出現は、全て同一の実施例を参照しているかもしれないが、必ずしもそうとは限らない。また、以下の説明は、説明した発明の様々な構成要素および態様の複数の実施例および例を参照する一方、説明した実施例および例の全ては、全ての点において、説明のためだけのものであり、どのような形であれ限定するものではないことを考慮されたい。
【００１４】
さらに、本発明の説明した特徴、構造、または特性は、任意の適切な方法で１以上の実施例に組み合わせることができる。以下の説明において、本発明の実施例の完全な理解を与えるために、適切なセラミック、接合開始剤、加熱方法、洗浄方法等の例のような、多くの特定の詳細が提供される。しかし、当業者は、本発明は、１以上の特定の詳細なしに、別の方法、要素、材料などを用いて実施できることを認識するだろう。別の場合には、本発明の態様を曖昧にするのを避けるために、周知の構造、材料または動作は詳細には示したり説明したりしない。
【００１５】
セラミック間に接合を形成するのに使用される多くの従来のろう接技術は、セラミック基板自体のバルク相互作用および変更なしに、ろう接材料からの化学種でセラミック基板を湿らせることにより機能する。換言すれば、多くの従来のろう接技術において、ろう接材料自身の化学的性質および相が接合形成の間に変化する可能性がある一方、ろう接材料は、セラミックバルクにそれからほぼ独立に結合している。その結果、幾つかの従来のろう接技術から形成された接合は、本質的には、ろう接材料およびその化学種の対応するセラミック基板への湿潤（および凝固）に依存している。
【００１６】
これに対して、本発明の幾つかの実施例は、多相セラミックのその場形成を含むセラミック間接合（およびこのような接合を形成する方法）を提供する。この点について、前記接合は、接合開始剤（例えばアルミニウムホイル）からの化学種の２以上の隣接するセラミック基板への拡散、およびセラミック基板からの化学種の接合開始剤へ（または接合開始剤が開始時に存在していた領域へ）の逆拡散により形成することができる。この拡散および逆拡散が生じる時、接合されるセラミック基板のバルク間の接合領域中に様々なセラミックを形成できる。従って、前記セラミック間接合はここでは多層セラミック接合ということができる。
【００１７】
例として、図１は、接合開始剤（例えばアルミニウム層）１０が第１のセラミック部（または基板）１５と第２のセラミック部（または基板）２０との間に位置している幾つかの実施例を示している。図１は、接合形成前の接合開始剤１０および基板（１５および２０）を示している一方、その図は、様々な構成要素が（以下に説明するように）加熱されて処理される時、開始剤１０からの化学種が、（矢印２５により示されるように）基板中の接合拡散ゾーン（または開始剤に隣接する領域）中に拡散できることを説明している。また、図１は、様々な構成要素が加熱されて処理される時、セラミック基板（１５および２０）からの化学種が（矢印３０により示されるように）接合開始剤１０中に逆拡散することを示している。この“逆拡散”により、接合が形成された時、接合開始剤は、サイズを著しく低減でき、金属からセラミックへ実質的に変化できる。よって、接合開始剤からの化学種を用いたセラミック基板の湿潤は、接合形成の初期段階において重要かもしれないが、その湿潤は、接合形成の後の段階において固体拡散機構で置き換えられ、極めて強い接合領域を形成することができる。さらに、処理条件に応じて、様々なセラミック特性を有する接合領域を形成できる。
【００１８】
このように、セラミック間接合を形成し、接合されるセラミック間に明確かつ確定的な金属相（例えば、ろう材料）を保持する、幾つかの従来のろう接技術とは異なり、前記接合の幾つかの実施例は、２つのバルクのセラミック基板を互いに接合する多相セラミック接合領域を形成する。
【００１９】
前記多相セラミック接合領域（接合領域または接合）は、任意の適切な方法で形成できる。この点について、図２は、前記多相接合を形成する方法１００の幾つかの実施例を説明している。より詳細には、図２は、前記接合を形成する方法１００の幾つかの実施例を示しており、接合開始剤の変換を制御するのに使用される本方法の処理パラメータは、圧力、温度および時間を含むことができる。この方法のより詳細な説明を以下に与える。
【００２０】
特に、図２に示すように、幾つかの実施例において、方法１００のステップ１１０にて、互いに接合される１以上のセラミック基板を用意する。この点について、前記方法は、任意の適正な数の基板を互いに接合する１つの接合領域を形成するのに使用できる。非限定の例として、前記方法は、２，３，４，５以上のセラミック基板を単一の接合箇所で接合するのに使用できる。しかし、簡単のために、この出願は、２つの基板を互いに接合することに焦点を当てる。
【００２１】
前記方法１００は、任意の適切なタイプのセラミック基板を互いに接合するのに使用できる。適切な基板の幾つかの非限定の例は、１以上のセラミック炭化物（例えば、炭化シリコン、炭化アルミニウム等）、セラミック窒化物（例えば、窒化シリコン等）、シアルロンセラミックおよびそれらの組み合わせを含む。実際、幾つかの実施例において、前記方法は、あるセラミック炭化物（例えば、炭化シリコン）基板を別のセラミック炭化物（例えば、炭化シリコン）基板に接合するのに使用される。別の実施例において、前記方法は、あるセラミック窒化物（例えば、窒化シリコン）基板を別のセラミック窒化物（例えば、窒化シリコン）基板に接合するのに使用される。さらに別の実施例において、説明した方法は、セラミック炭化物（例えば、炭化シリコン）基板をセラミック窒化物（例えば、窒化シリコン）基板に接合するのに使用される。
【００２２】
図２に示すように、方法１００のステップ１１５にて、接合開始剤１０を第１のセラミック基板１５と第２のセラミック基板２０との間に配置する。この点について、接合開始剤は、任意の適切な金属を含み、その化学種を隣接するセラミック基板の接合拡散ゾーン中に拡散させるとともに、セラミック基板からの化学種を接合開始剤（または開始剤が開始時に存在した場所）中に逆拡散させることができる。適切な接合開始剤の１つの非限定の例は、アルミニウムを含む。簡単のために、アルミニウム接合開始剤の使用により形成される多相接合は、ここで、アルミニウム開始接合と言うことができる。
【００２３】
接合開始剤１０がアルミニウムを含む場合、開始剤は、任意の適切な形態のアルミニウムを含むことができる。非限定の例として、接合開始剤は、無ドープのアルミニウム（例えば、純粋あるいはほぼ純粋なアルミニウムサンプル）を含むことができる。実際、ある実施例において、接合開始剤は、ほぼ純粋なアルミニウムサンプルを含む。別の実施例において、接合開始剤は、ドープされたアルミニウムまたはアルミニウム合金を含むことができる。
【００２４】
接合開始剤１０は、開始時に、前記接合が少なくとも２つのセラミック基板間（例えば、第１のセラミック基板１５と第２のセラミック基板２０）に形成させることができる、任意の適切な形態または状態とすることができる。非限定の例として、接合開始剤（例えば、無ドープのアルミニウム）は、開始時に、ホイル（箔）、粉末、インク、ジェル、懸濁固形物、溶液またはそれらの任意の適切な組み合わせの形態とすることができる。しかし、幾つかの実施例において、接合開始剤はホイルとして適用される。
【００２５】
接合開始剤１０（例えば、アルミニウムサンプル）は、前記接合を形成するために、１以上の接合開始剤の化学種が、基板からの１以上の化学種と相互拡散するのを可能にする任意の適切な方法で、セラミック基板（例えば、第１のセラミック基板１５と第２のセラミック基板２０）との間の接合領域に塗布できる。１つの非限定な例において、接合開始剤は、２つのセラミック基板間に配置される１以上の単体の要素（例えば、１以上のホイル）として設けられる。しかし、別の非限定の例においては、接合開始剤は、接合されるセラミック基板の１つまたは双方に塗布される。この例において、スプレー、堆積、スパッタリング、蒸着、浸漬被覆、スクリーンプリント、あるいは基板に塗布する別の方法を含むが限定されない、任意の適切な方法で基板の１つまたは双方に塗布できる。さらに、開始剤は、被覆または層として１以上の基板に塗布できる。この点について、１，２，３，４，５以上を含むが限定されない、開始剤の任意の適切な数の被覆または層を、基板間に塗布できる。
【００２６】
接合開始剤１０（例えば、アルミニウムホイル）およびセラミック基板（例えば、基板１０および１５）を（以下に説明するように）加熱して、開始剤と基板との間の相互拡散を可能にする前に、接合開始剤は、前記接合を形成するために説明した相互拡散を可能にする任意の適切な厚さとすることができる。具体的には、接合開始剤を、開始時に、厚すぎて適切な拡散を妨げたり、接合表面での開始剤の過剰な貯留を引き起こしたりすることなく、接合開始剤が隣接するセラミック基板（例えば、基板１５および２０）中に湿潤して拡散するのを可能にするのに十分な厚さとするのが（幾つかの実施例において）有益である。この点について、開始剤が厚すぎる場合、その一部が接合領域の外面上に貯留する可能性があることを見出した。さらに、開始剤が厚すぎる場合、（加熱温度、加熱時間、負荷等のような、接合処理パラメータに関連する拡散のカイネティックスにより）セラミック基板の化学種（例えば、シリコンカーバイドの化学種）は、拡散距離が大きすぎるために、開始剤の部分中に拡散できないことが分かった。よって、処理前に過度に厚い部分の開始剤は、方法１００が完了した後に、そのまま残る可能性がある（例えば、アルミニウム接合開始剤の一部が自由アルミニウムおよび／または酸化アルミニウムとして残る可能性がある）。従って、接合開始剤の適切な厚さを選択することにより、幾つかの実施例において、接合強度および寿命を改善できるとともに、よりきれいな外観の接合を実現できる。
【００２７】
幾つかの実施例において、接合開始剤１０は、約１μｍ、約５μｍ、約２５μｍ、約１００μｍおよび約２００μｍから選択される厚さよりも厚い初期厚さを有する。これに対して、幾つかの実施例において、接合開始剤１０は、約３０μｍ、約１２５μｍ、約２５０μｍ、および約１２７０μｍから選択される厚さよりも薄い初期厚さを有する。さらに別の実施例において、接合開始剤１０は、意図通りに機能するのを可能にする上記の厚さの任意の適切な組み合わせまたは範囲を開始時に有することができる（例えば、約２５μｍと約２５４μｍの間の厚さ、約１２７μｍ厚±３μｍ、または約２５μｍ厚±５μｍ）。
【００２８】
図２に戻ると、ステップ１２０は、幾つかの実施例において、前記接合を形成する方法１００は、（以下に説明する）初期加熱ステップ１２５が実行された時に、２つの基板を接合開始剤１０に接触させて保持するために、負荷または力を加える。このようにすると、開始剤が溶融される時、開始剤が基板に接触した状態に維持され、基板を湿潤させることができる。さらに、より小さな負荷は、より厚い接合となる可能性があり、従って、このような接合は、セラミック接合の現場形成のために化学種の所望の相互拡散を得るにはより長い処理時間を要する可能性があることが理解されよう。
【００２９】
加熱ステップ１２５を実行する時に、基板１５および２０が、接合開始剤１０との接触を維持させることができる任意の適切な負荷を第１の基板１５および第２の基板２０に与えることができる。実際、一実施例において、負荷は、別の上面上の１つの基板の重量を含む、０Ｐａより大きい任意の負荷とすることができる。別の実施例において、与えられる負荷は、約３４ｋＰａ、約７０ｋＰａ、約１６５ｋＰａおよび約１７２ｋＰａから選択される負荷よりも大きくすることができる。幾つかの実施例において、与えられる負荷は、約６．４ＭＰａ、約８６１ｋＰａ、約６８９ｋＰａ、約５５１ｋＰａおよび約５２４ｋＰａから選択される負荷よりも小さくすることができる。さらに別の実施例において、与えられる負荷は、上記の負荷の任意の適切な範囲の負荷または組み合わせからなることができる（例えば、約１７２ｋＰａと約８６１ｋＰａとの間、約３４ｋＰａと約６．９ＭＰａとの間、約１６５ｋＰａと約６８９ｋＰａとの間、または約７０ｋＰａと約５５１ｋＰａとの間）。
【００３０】
図２に示すように、方法１００のステップ１２５にて、接合開始剤１０（例えばアルミニウムホイル）およびセラミック基板（例えば、基板１５および２０）の隣接領域に熱を与える。この点について、熱は任意の適切な時に与えることができ、負荷の印加後または印加と同時を含むがこれに限定されない。従って、上述のように、接合開始剤が溶融を開始した時、接合開始剤は基板に完全に接触しつつ、隣接するセラミック基板を湿潤させることができる。
【００３１】
前記接合を形成するために、接合開始剤１０およびセラミック基板（基板１５および２０）の隣接部分を、任意の適切な温度まで加熱して、開始剤からの化学種をセラミック基板の隣接領域またはセラミック基板の接合拡散ゾーン中に拡散させるとともに、セラミック基板から開始剤に（または開始剤が開始時に存在した領域に）相互拡散させることができる。幾つかの実施例において、開始剤および隣接するセラミック基板は、アルミニウムの融点（例えば、約６６０℃）よりも高い温度まで加熱される。この方法では、接合開始剤は、溶融して隣接基板を湿潤させて開始剤からの化学種が基板の隣接領域に拡散させることができる遷移液相を与えることができる。
【００３２】
別の実施例において、接合開始剤１０およびその隣接基板（例えば、基板１５および２０）は、約６６０℃、約７００℃、約８００℃、約９００℃、および約１０００℃から選択される温度よりも高い温度まで昇温される。幾つかの実施例において、この接合の処理は、開始剤および隣接基板を約１８００℃、約１６００℃、約１５００℃、約１２００℃、および約１０５０℃から選択される温度よりも低い温度まで加熱することにより行われる。さらに別の実施例において、方法１００は、開始剤および隣接基板を、前記接合を形成できる、上述の温度の任意の適切な組み合わせまたは範囲の温度（例えば、６６０℃と１６００℃との間、約８００℃と約１０００℃との間、および約９００℃と約１１０℃との間、または約８７５℃と１４５０℃との間の温度）まで加熱するステップを含むことができる。
【００３３】
接合開始剤１０および隣接基板１５および２０は、前記接合を形成できる任意の適切な速度で加熱することができる。この点について、昇温速度は、セラミック基板の耐久性により、ある程度決定することができる。しかし、幾つかの非限定の実施例において、前記接合を形成する加熱速度は、約６０℃／時と約１００℃／時の間である。別の実施例において、加熱速度は、約３００℃／時±５０℃である。さらに別の実施例において、加熱速度は、約５０℃／秒と１００℃／秒の間である。さらに別の実施例において、接合開始剤および基板の隣接領域は、約８００℃で約１０秒間加熱される。
【００３４】
前記接合を形成するために、接合開始剤１０、並びに隣接基板１５および２０は、これらの構成要素を十分に加熱して開始剤と基板との間の相互拡散を可能にすることができる任意の適切な手段により加熱できる。幾つかの実施例において、加熱ステップは電気的に行われ、セラミック基板および接合開始剤（および／または開始材の化学種を含む接合領域）は、抵抗加熱される。別の実施例においては、加熱ステップ１２５はトーチからの熱を接合される領域に直接与えることにより行うことができる。さらに別の実施例において、加熱ステップは、ファーネス、キルンまたは別の断熱ヒーター内で行うことができる。さらに別の実施例において、加熱ステップは、誘導加熱またはセラミックを加熱する別の適切な方法により加熱することにより完了する。
【００３５】
所望の温度に達したら、開始剤１０、隣接基板１５および２０、並びに得られる接合領域に、前記接合を形成するために十分な量の相互拡散を発生させることができる任意の適切な時間、熱を与えることができる。この点について、接合開始剤および隣接基板領域が高温に曝される範囲は、開始剤の化学種（例えばアルミニウム等）およびセラミック基板の化学種（例えば、シリコン、炭素、酸素等）の相互拡散のレベルをある程度決定できる。また、接合の品質および強度は、発生する拡散量に応じてある程度変化する。
【００３６】
幾つかの実施例において、開始剤１０並びに隣接セラミック領域１５および２０は、約１秒と約１０００時間またはそれより長い時間との間、あるいは約１時間と約５００時間との間の任意の適切な時間加熱できる。この点について、開始剤および隣接基板が素早く加熱され（例えば、トーチを用いて）、熱がほぼ瞬時に上昇する場合、加熱ステップの期間は最小となる。従って、開始剤と各セラミック基板との間の界面にてある程度の相互拡散が生じる一方、接合開始剤の本来の領域に残っているかなりの開始剤（例えば、自由アルミニウム）がなおも存在する可能性がある。よって、開始剤の化学種を隣接セラミック基板中により完全に拡散させるとともにセラミック化学種を開始剤領域中に逆拡散させることができるように、追加の処理（例えば、加熱）が必要となる可能性がある。
【００３７】
一方、接合を約１５００℃にて行い、温度が長期間ほぼ一定に保持される場合、開始剤１０（例えば、アルミニウム）は、セラミック化学種の逆拡散と同時に、最初の開始剤領域から拡散することができる。このように、得られる接合領域は均質化に向かい、接合領域はバルクセラミックにいくらか類似する化学組成を有し、開始剤が開始時に配置された領域に開始剤（例えば、自由アルミニウム）がほとんど残らない。実際、アルミニウム開始剤が約１２００℃で約１０００時間加熱される幾つかの実施例において、自由アルミニウムは、界面および接合からほぼ全て拡散し、開始アルミニウムは、ほぼ完全に消失する。
【００３８】
加熱ステップ１２５のために発生する相互拡散の結果、接合領域は、少なくとも接合された本来のセラミック片の一部と本来の開始剤（例えば、アルミニウム）の残部を含む領域として、ある程度規定できる。この点について、接合は、接合されたセラミック基板の一部およびあったとしても極わずかの、接合に使用された本来の接合開始剤１０（例えば、アルミニウム）の一部を含みうる。実際、幾つかの実施例において、加熱ステップの後、開始剤が本来存在した領域に、開始剤（例えば、アルミニウム）はほとんど残っていない。別の実施例において、本発明に従う処理後の接合に残るもとの開始剤（例えば、自由アルミニウム）は１０モル％未満である。さらに別の実施例において、前記方法１００の完了後の接合におけるもとの開始剤は、２０モル％未満である。さらに別の実施例において、この方法の完了後、接合におけるもとの開始剤は、３０モル％未満である。さらに別の実施例において、その方法の完了時の接合中に残るもとの開始剤は４０モル％未満である。さらに、幾つかの実施例において、接合開始剤および隣接する第１および第２のセラミック基板との間の化学種の相互拡散後の、接合領域内に残る最初の開始剤（例えば、自由アルミニウム）は６０モル％未満である。
【００３９】
加熱ステップ１２５の結果として接合領域内に発生できる相互拡散のよりよい理解を与えるために、ここで、加熱ステップの効果のより詳細な議論を与える。特に、接合開始剤１０が適切な温度（例えば、融点）に到達した後、開始剤は、液相に入ることができる。今度は、この液相は、セラミック基板と開始剤（例えば、アルミニウムホイル）との間の相互拡散処理を開始させて新たな相を形成することを可能にする。特に、この液相は、開始剤からの化学種（例えば、アルミニウム）が基板を湿潤させて、開始剤領域に隣接する接合拡散ゾーン中に拡散するのを可能にする。さらに、この加熱ステップ中、セラミック基板からの化学種（例えば、炭化シリコン基板からの炭素、シリコン、窒化シリコン基板からの窒素、シリコン等）が開始剤領域中に拡散できる。幾つかの実施例において、加熱処理を大気中で行うとき、接合開始剤（例えば、アルミニウム）の一部は、その場で酸化しうる（例えば、酸化アルミニウムを形成する）。このように、接合処理が、アルミニウム接合開始剤を使用して、炭化シリコンの基板を別の炭化シリコン基板に接合するステップを含む場合には、アルミニウムは、アルミナ、炭化アルミニウム、アルミニウム炭化シリコン、ケイ酸アルミニウム、アルミニウムオキシ炭化物、アルミニウムオキシ炭化シリコンおよび／またはそれらの組み合わせの１以上に変化しうる。同様に、接合処理が、アルミニウム接合開始剤の使用により、あるセラミック窒化物基板を別のセラミック窒化物基板に接合するステップを含む場合には、アルミニウムは、アルミナ、アルミニウム窒化シリコン、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウムおよび／またはそれらの組み合わせの１以上に変化する可能性があると考えられる。従って、加熱処理は、接合領域中に多相セラミックを形成することができる。
【００４０】
幾つかの実施例において、接合開始剤１０、並びに隣接基板１５および２０が十分な温度まで加熱されて維持され、遷移液相が生成されると、開始剤および基板の化学種相互拡散および組成変化の発生が可能になる。さらに、この加熱処理を継続するにつれて、基板をほぼ等温再凝固処理で接合できる。換言すれば、接合領域が適切な温度で保持されると、開始剤および基板の隣接拡散ゾーンは、前記相互拡散処理により均質化しやすい。この処理中、基板（例えば、炭化シリコン）の界面上に形成される液相は、非常に反応的であり、これは基板および開始剤（例えば、アルミニウム）の化学種（例えば、炭素およびシリコン）が非常に良好に相互拡散できることを意味している。
【００４１】
説明した等温再凝固処理の間または後、およびさらなる均質化により、炭化アルミニウムおよびアルミニウム炭化シリコン（炭化シリコン基板の場合）、または窒化アルミニウムおよびアルミニウム窒化シリコン（窒化シリコン基板の場合）およびそれらのそれぞれのオキシ炭化シリコンまたは窒化対応物が形成されると考えられる。例えば、炭化シリコン基板（例えば、基板１５および／または２０）上のシリカ、またはアルミニウム接合開始剤１０上のアルミナは、より良好な相互拡散を可能にして新たな材料の形成に役立つことができる。これは、接合においてろう接材料の特性を維持するために、接合される基板間の界面に酸化物（例えば、アルミナ）のみが形成される幾つかの従来のろう接技術とは対照的である。
【００４２】
加熱ステップ１５０の結果生じうる相互拡散を説明するために、図３〜５の各々は、接合に必要な幾つかの条件の１つを用いて処理された、（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により得られた）アルミニウム開始接合部３２の顕微鏡断面写真を示している。特に、図３〜５の各々は、アルミニウムホイルを接合開始剤１０として用い、２つの炭化シリコン基板の間に形成された接合領域のＳＥＭ写真である。より詳細には、図３および４に示された接合領域３５は、約１０００℃で約５２４ｋＰａの負荷の下で形成されたのに対して、図５に示された接合領域３５は、約１４５０℃で約５２４ｋＰａの負荷の下で形成された。
【００４３】
図３〜５における接合領域３５を形成するのに使用された開始剤１０（例えば、アルミニウムホイル）の初期厚さは、接合処理前は各々約２５μｍであったが、図３〜５は、開始剤が相互拡散により約３μｍと約５μｍとの間の平均厚さを有する接合領域３５に変換されたため、開始剤１０はほぼ認識できないことを示している。この点について、炭化シリコン基板１５および２０と得られる接合領域３５との間の界面は、化学種の相互拡散により、基板端と接合開始位置との間で必ずしも明確に描写されなくなる。また、開始時の接合開始剤が２５μｍから接合処理後に約３μｍまで圧縮された事実があるにも関わらず、液相アルミニウムが図３〜５に示された接合領域の外面上に貯留する証拠はない。これは、開始剤と隣接基板との間で化学種の相互拡散が発生したことを示す別の印である。
【００４４】
接合開始剤１０並びに隣接基板１５および２０の化学種間の相互拡散をより良好に示すために、図６〜９の各々は、図４からの接合領域３５の異なる部分（箱４０で印をつけられている）から得られた測定結果を示しており、その測定結果は、エネルギー分散型X線分析（ＥＤＳ）によりなされた。特に、図６は、開始剤からのアルミニウム（例えば、１６．４５重量％）が、第１の基板１５の炭化シリコンバルク領域４５に拡散したことを示している。また、図７および８の各々は、開始剤が本来存在していた接合領域３５の内部では、炭素、シリコン、アルミニウムおよび酸素量が変化している領域を有する、多相のオキシ炭化アルミニウムシリコン材料が成長したことを示している。特に、図７は、試験された領域におけるアルミニウム量は約４２．５６重量％である一方、シリコンは約２８．９４重量％で存在し、炭素は約１９．２４重量％で存在し、酸素も約２．８４重量％で存在する。また、図８は、接合領域３５の中心部により近づくと、アルミニウム、シリコン、炭素および酸素は、それぞれ約４１．８０重量％、約３１．１５重量％、約１９．９６重量％および約７．０９重量％存在することを示している。続いて、図９は、アルミニウムが第２の基板２０中に拡散したことを示している。特に、図９は、測定された領域４０において、アルミニウム、シリコン、炭素および酸素は、それぞれ約７．８０重量％、約６５．６７重量％、約２４．３５重量％および約２．１８重量％存在することを示している。
【００４５】
ここで図２に戻り、加熱ステップ１２５の後でかつ相互拡散により接合領域３５が形成された後に、方法１００のステップ１３０にて、接合領域３５を冷却する。この点について、接合領域は、雰囲気条件下での冷却、絶縁ヒーター内の制御速度での冷却、および／または任意の別の手段による冷却を含むがそれらに限定されない、任意の適切な方法で冷却できる。この点について、接合領域および／またはセラミック基板が冷却される速度は、接合されるセラミックのタイプやジオメトリを含むがそれらに限定されない、多くの要因に依存しうる。
【００４６】
前記接合を形成する方法１００は、本方法の１以上の部分の再配置、追加、除去、および／または変更を含むがそれらに限定されない、任意の適切な方法で変更できる。実際、変更された方法２００の幾つかの非限定な実施例を図１０に示す。
【００４７】
前記方法１００がどのように変更できるかを示す一例において、図１０のステップ１１２は、変更された方法２００は、必要に応じて、１以上のセラミック基板（例えば、基板１５および／または２０）の表界面を研削するステップを含む。このステップは、多くの機能をなし得るが、幾つかの実施例において、このステップは、２つの基板間の表面の一致を与え（例えば、加熱ステップ１２５の前に、２つの基板がそれらの間の接合開始剤に互いにほぼ適合可能にする）、および／または研削された基板表面を洗浄する。従って、必須ではないものの、この研削処理により、より強い接合領域を形成することができる。
【００４８】
別の例において、図１０のステップ１１４は、１以上の基板表界面を必要に応じて洗浄し、薬剤、破片、油、および／または別の汚染を除去できる。この方法２００の別のステップと同様に、この洗浄ステップは、任意の適切な時に行うことができる。しかし、幾つかの実施例において、洗浄ステップは研削ステップ１１２の前後に行う。さらに、この洗浄ステップは、エタノール、プロパノール、アセトン、別の溶媒、圧縮空気、および／または所望の表面を洗浄する任意の別の洗浄器の使用を含むがこれらに限定されない、任意の適切な方法で行うことができる。
【００４９】
追加ステップのさらに別の例において、図１０のステップ１３５は、方法２００は、１以上の追加の加熱ステップを含むことができることを示している。追加の熱処理および／または処理ステップを繰り返すことにより、接合領域３５を追加の熱に曝すことができる。よって、追加の相互拡散が発生して、接合領域がより均質になり、より動的平衡に近づくようになる。従って、幾つかの実施例において、接合領域が再加熱された時、（抗酸化傾向にある）基板からの追加の化学種が開始剤領域に拡散するとともに、開始剤からの化学種が抗酸化基板中に拡散する。従って、接合中にろう接材料の明確な部分を残存する所定の従来のろう接技術により形成された接合とは異なり、前記接合を高温に繰り返し曝すステップは、残存するろう接材料の酸化を促進するのとは対照的に、実際には接合を強めることができる。
【００５０】
接合領域３５を１回以上再加熱する場合、接合領域は任意の適切な方法で再加熱できる。非限定の例として、接合領域は専用の加熱機構（例えば、トーチ、キルン、オーブン、断熱ヒーターなど）を用いることにより、および／または高温環境（例えば、エンジン、反応器など）内で再加熱できる。
【００５１】
また、任意の再加熱ステップ１３５の間、負荷（例えば、ステップ１２０に従って）を接合領域３５に与えることができる一方、幾つかの実施例において、再加熱ステップの間、負荷を接合領域に与える必要はない。実際、第１の加熱ステップの間に発生した相互拡散により、追加の負荷を接合に与える必要なしに、第１のセラミック基板１５および第２のセラミック基板２０を一体に保持できる（例えば、アルミニウム開始接合により）。
【００５２】
図１１および１２は、幾つかの実施例において、１以上の追加の加熱処理は追加の相互拡散を引き起こし、これにより接合領域３５をさらに均質化できることを示している。特に、図１１は、負荷の下で接合された最初の接合を示している。これに対して、図１２は、大気中において約１２００℃で約１０００時間、圧力なしに（つまり、負荷を与えずに）２度加熱された、同様の接合領域３５を示している。明らかに、図１２における接合領域３５は、図１１における接合領域３５よりも著しく均質化されているように見える。よって、幾つかの実施例において、追加の加熱ステップは、本来の接合手順後に負荷を与えることなく、接合領域を改善できることが分かる。
【００５３】
１以上の続く加熱ステップに関連しうる追加の相互拡散をさらに説明するために、図１３〜１５の各々は、図１２に示された熱処理が繰り返された接合領域の測定部分（４０で示されている）のＥＤＳスペクトルを示している。特に、図１３は、接合のバルク／界面領域を示しており、図１４および１５は、接合の中心部付近で得られた測定結果を示している。より詳細には、図１３〜１５は、測定領域がそれぞれ約２．４０重量％、約６．２１重量％および約５．２４重量％のアルミニウム濃度を有していたことを示している。得られた接合の炭化シリコンの全体的な化学的性質とともに、（図７および８の接合領域において測定されたアルミニウムと比較して）図１４および１５の接合領域３５に示されるアルミニウム濃度は低い点に注意されたい。
【００５４】
前記接合および該接合を形成するための関連方法は、任意の適切な用途において使用できる。幾つかの非限定の実施例において、前記接合および関連方法は、熱交換器、ガスタービン、エンジン、および低温および高温の双方で使用される別のシステムとともに使用できる。
【００５５】
別の非限定の実施例において、前記接合および方法は、マイクロリアクターと様々なサブコンポーネントとを接合するのに使用できる。同様に、前記接合および関連方法は、反応器、または高温に曝される環境、または化学的に非常に活性および／または腐食性の環境を含む別の環境において使用できる。例えば、前記方法は、床材および同様のものにおいて使用できる。
【００５６】
さらに別の実施例において、前記接合および方法は、多くの部品を互いに組み合わせて構造を形成する必要のある衛星テレビ用受信アンテナ（サテライトディッシュ）用途に使用できる。セラミック製サテライトディッシュの構成要素を接合する作業は、幾つかの従来のろう接技術を用いて行う時、比較的労働集約的であり、多くの作業を必要としうるのに対して、本発明により、この処理を非常に早く安価に行うことができ、比較的複雑なサブコンポーネントを組み立て品に“組み立て”接合するのを可能にできる。
【００５７】
さらに別の実施例において、前記接合および方法は、接合により様々な構成要素から組み立て品を作り上げるのに使用でき、これは、一体（モノリス）セラミックを用いると困難であるか不可能に近いだろう。
【００５８】
前記接合および方法の前述した特性に加えて、前記接合および方法の様々な実施例は、幾つかの別の特徴を有することができる。一例において、接合される基板間にろう接材料を保持しようとする幾つかの従来技術とは異なり、前記方法の幾つかの実施例は、多相接合を形成するために、開始剤の初期純度をなくして開始剤が新たな化学種で置き換えられるように、接合開始剤と基板との間の相互拡散の使用を含む。
【００５９】
第２の例において、前記接合は、幾つかの従来のアルミニウムろう接技術により形成された接合よりも高温で使用できる。実際、幾つかの従来のろう接技術は、明確なアルミニウム相を残し、酸化およびそれに伴う弱化に大いに曝される。さらに、アルミニウムの融点は約６６０℃であるため、このような従来技術により形成された接合は、それを超える温度で使用される場合に破壊しうる。これに対して、前記接合領域において発生する相互拡散は、前記接合がもっと高い温度、例えば、限定されないが、約６７０℃、約９００℃、約１０００℃、および約１５００℃から選択される温度より高い温度で機能するのを可能にする。
【００６０】
第３の例において、前記方法の幾つかの実施例は、接合開始剤１０が十分に拡散して、接合される部分の幾つかの特性を有するようになり、高酸化環境における動作を妨げてきた幾つかの本来の特性を消失させるようになる。これに対して、幾つかの従来のろう接は、（上述のように）酸化または酸化環境に敏感であり、あるいは簡単に弱体化され得るもとのろう接材料を残し、その結果、超高温で接合の破壊を引き起こしうる。
【００６１】
第４の例において、前記方法は、幾つかの従来のろう接および接合技術よりも著しく簡単になり得る。実際、幾つかのろう接技術は、真空中および／または非酸素環境において行わなければならないのに対して、前記方法の幾つかの実施例は、大気中かつ標準気圧において完了することができ、それにより、真空炉システムにおける高価な設備を不要にできる。同様に、多くの従来のろう接技術とは異なり、本方法の幾つかの実施例は、接合処理前またはその一部として、（例えば、表面遊離シリコンをＳｉＮまたはＳｉＣに変換するための）基板の化学処理を含まない。
【００６２】
第５の例において、ドープされた金属または合金金属が必要な幾つかの従来のろう接技術とは異なり、前記方法の幾つかの実施例は、アルミニウムのほぼ純粋なサンプルを接合開始剤として使用する。さらに、説明した方法の幾つかの実施例は、単にアルミニウムホイル、アルミニウム粉末、アルミニウムインク、および／または別の安価な形態のアルミニウムを接合開始剤として使用する。
【００６３】
第６の例において、セラミック基板が反応焼結炭化シリコン（ＲＳＢＣ）からなることが必要な幾つかの従来のろう接技術とは異なり、本発明の幾つかの実施例は、このような基板を使用しない。実際、このような実施例は、直接焼結されたセラミック炭化物（例えば、炭化シリコン）またはセラミック窒化物を使用する。同様に、幾つかの従来のろう接技術が遊離シリコンの溶浸材の利用とともにＲＳＢＣの使用を必要とするのに対して、前記方法の幾つかの実施例は、このような溶浸材を必要としない。
【００６４】
第７の例において、幾つかの従来のろう接技術が、接合される前に（例えば、シリコンの）表面層を基板の表界面に追加することを必要とするのに対して、前記方法の幾つかの実施例は、表面層の追加を必要としない。
【００６５】
第８の例において、ある基板を別の基板に接合できる前にセラミック基板表面の金属化を必要とする幾つかの従来のろう接技術とは異なり、本発明の幾つかの実施例は、基板のいずれかの金属化を必要としない。
【００６６】
第９の例において、酸化を回避し、アルミニウム構造を保持しようとする幾つかの従来のろう接技術とは異なり、説明した幾つかの方法は、アルミニウムがシリコン、炭素および酸素と反応してアルミニウムオキシ炭化シリコン多相材料を形成する。
【００６７】
第１０の例として、前記接合は、幾つかの従来のろう接技術により形成された接合よりも強くなりうる。実際、幾つかの実施例において、前記接合領域３５は、第１のセラミック基板１５および第２のセラミック基板２０のバルク強度の約５０％を超える接合強度を有する。別の実施例において、接合領域は、隣接するセラミック基板のバルク強度の約６０％を超える接合強度を有する。別の実施例において、接合領域は、隣接するセラミック基板のバルク強度の約７０％を超える接合強度を有する。さらに別の実施例において、接合領域は隣接するセラミック基板のバルク強度の約８０％を超える接合強度を有する。さらに別の実施例において、接合領域は隣接するセラミック基板のバルク強度の約９０％を超える接合強度を有する。さらに別の実施例において、接合領域は隣接するセラミック基板のバルク強度以上の接合強度を有する。
【００６８】
以下の実験結果は、本発明の範囲内の様々な実施例を説明するために与えるものである。これらは、説明としてのみ与えられ、以下の結果は、本発明に従って用意できる本発明の多くの実施例を包括または網羅していないことを理解されたい。
【００６９】
図１６は、前記方法に従って用意したセラミック間接合の幾つかの実施例の強度を示す結果を、別の方法により（例えば、プレセラミックポリマー（ＰＣＳとしてラベルされている）または接合化合物の使用により）用意された結果とともに示す、コンピュータ作製グラフを示している。前記方法に従って用意された接合に関して、図１６は、各接合においてアルミニウムホイルが接合開始剤１０として使用された一方、各接合は温度および圧力の異なる組み合わせで形成された。
【００７０】
次いで、各試料は、ＡＳＴＭ  Ｃ１１６１に準拠して、標準４点曲げ試験により試験された。その結果、図１６は、ＰＣＳまたは接合化合物と接合された全ての試料は、接合にて破壊したことを示しており、それらの接合はセラミック基板のバルク強度よりも弱いことを意味している。これに対して、図１６は、前記方法に従って用意された試料の多くは、基板において壊れたことを示している。よって、図１６は、前記接合領域の多くは、隣接セラミック基板のバルク強度以上に強いことを示している。
【００７１】
また、図１６は、少なくとも幾つかの実施例において、高温（例えば、１２００℃および１４５０℃）で用意された接合は、低温（例えば、１０００℃）で用意された類似の接合よりも強かったことを示している。
【００７２】
なお、この接合に使用された炭化シリコンの製造業者は、セラミック基板の曲げ強度は、４００ＭＰａ（点線で示されている）超えであると報告しているが、試験された各セラミック基板は、その値よりも下で破壊された。
【００７３】
本発明の特定の実施例および例を示して説明したが、本発明の精神から著しく離れることなく、多くの変更を想起することができ、保護範囲は添付の請求項によってのみ限定され、前述の如何なる実施例または例によって限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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