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JP2023032104A - Sealing material and sintered body - Google Patents

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JP2023032104A
JP2023032104A JP2021138017A JP2021138017A JP2023032104A JP 2023032104 A JP2023032104 A JP 2023032104A JP 2021138017 A JP2021138017 A JP 2021138017A JP 2021138017 A JP2021138017 A JP 2021138017A JP 2023032104 A JP2023032104 A JP 2023032104A
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Japan
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mass
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芳夫 馬屋原
Yoshio Umayahara
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Nippon Electric Glass Co Ltd
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Nippon Electric Glass Co Ltd
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Abstract

【課題】耐熱性及び流動性に優れ、金属及び/又はセラミックの熱膨張係数と整合した封着材料を提供する。【解決手段】質量%でSiO240~55%、Al2O30.5~4.8%、CaO 10~20%、MgO 10~20%、SrO 14~20%を含有する結晶性ガラス粉末とコランダム粉末を含むことを特徴とする封着材料。【選択図】なしA sealing material having excellent heat resistance and fluidity and matching the thermal expansion coefficient of metals and/or ceramics is provided. A crystallizable glass powder containing 40-55% SiO, 0.5-4.8% Al2O, 10-20% CaO, 10-20% MgO, and 14-20% SrO in mass % and corundum powder. A sealing material characterized by: [Selection figure] None

Description

本発明は、金属やセラミックの封着、接合及び被覆等に適した封着材料に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sealing material suitable for sealing, bonding, coating, etc. of metals and ceramics.

自動車エンジンの排ガスセンサーや温度センサーの保護や素子の固定のための封着材料には耐熱性が要求される。 Heat resistance is required for sealing materials for protecting exhaust gas sensors and temperature sensors of automobile engines and for fixing elements.

耐熱性の高い材料として、BaまたはSrを含む長石が析出するガラスセラミックが開発されている。上記のガラスセラミックは使用温度が1250~1450℃と高い耐熱性を有する(特許文献1参照)。 As a material with high heat resistance, a glass-ceramic in which feldspar containing Ba or Sr is precipitated has been developed. The above glass-ceramic has a high heat resistance of 1250 to 1450° C. in use (see Patent Document 1).

特表2010-537928Special table 2010-537928

しかしながら、特許文献1のガラスセラミックは、流動性が不十分であり、また、熱膨張係数が3.0~5.5ppm/℃と低いため、金属及び/又はセラミックの封着材料として用いると、熱膨張係数の不整合により割れが発生し易いという問題があった。 However, the glass ceramic of Patent Document 1 has insufficient fluidity and a low coefficient of thermal expansion of 3.0 to 5.5 ppm/°C. There is a problem that cracks are likely to occur due to the mismatch of thermal expansion coefficients.

本発明の目的は、耐熱性及び流動性に優れ、金属及び/又はセラミックの熱膨張係数と整合した封着材料を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a sealing material which is excellent in heat resistance and fluidity and which matches the coefficient of thermal expansion of metals and/or ceramics.

本発明者は、種々の実験を重ねた結果、特定のガラス組成を有する結晶性ガラス粉末とコランダム粉末を複合化することにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。即ち、本発明の封着材料は、質量%でSiO 40~55%、Al 0.5~4.8%、CaO 10~20%、MgO 10~20%、SrO 14~20%を含有する結晶性ガラス粉末とコランダム粉末を含むことを特徴とする。 As a result of various experiments, the present inventor found that the above technical problems can be solved by combining a crystalline glass powder and a corundum powder having a specific glass composition, and proposes it as the present invention. It is. That is, the sealing material of the present invention contains 40 to 55% by mass SiO 2 , 0.5 to 4.8% Al 2 O 3 , 10 to 20% CaO, 10 to 20% MgO, and 14 to 20% SrO. It is characterized by comprising a crystallizable glass powder containing and a corundum powder.

本発明の封着材料は、熱処理後、主結晶として輝石、長石、及びコランダムを含有することが好ましい。「熱処理」とは、700~1000℃で10分以上の熱処理をいう。また、「輝石」とは(CaMg2-x)Si結晶(0≦x≦1)、「長石」とは(CaSr1-y)(AlSi)結晶(0≦y≦1)を指す。 The sealing material of the present invention preferably contains pyroxene, feldspar, and corundum as main crystals after heat treatment. “Heat treatment” means heat treatment at 700 to 1000° C. for 10 minutes or longer. "Pyroxene" means (Ca x Mg 2-x )Si 2 O 6 crystal (0≦x≦1), and "feldspar" means (Ca y Sr 1-y )(Al 2 Si 2 O 8 ) crystal. (0≦y≦1).

本発明の封着材料は、軟化点と結晶化温度の差△Tが60℃以上であることが好ましい。なお、「軟化点」及び「結晶化温度」は、マクロ型示差熱分析計を用いて測定した値を指す。△Tは封着材料の流動性の指標であり、大きいほど封着時の流動性に優れる。 The sealing material of the present invention preferably has a difference ΔT between the softening point and the crystallization temperature of 60° C. or more. The terms "softening point" and "crystallization temperature" refer to values measured using a macro-type differential thermal analyzer. ΔT is an index of the fluidity of the sealing material, and the larger the ΔT, the more excellent the fluidity at the time of sealing.

本発明の封着材料は、排気ガスセンサー又は温度センサー用であることが好ましい。 The sealing material of the present invention is preferably used for exhaust gas sensors or temperature sensors.

本発明の焼結体は、上記の封着材料を焼結させた焼結体であって、質量%でSiO 20~50%、Al 10~50%、CaO 8~20%、MgO 8~20%、SrO 10~20%を含有することが好ましい。 The sintered body of the present invention is a sintered body obtained by sintering the above-described sealing material, and contains 20 to 50% by mass of SiO 2 , 10 to 50% by mass of Al 2 O 3 , 8 to 20% by mass of CaO, It preferably contains 8-20% MgO and 10-20% SrO.

本発明の焼結体は、耐熱温度が1250℃以上であることが好ましい。なお、「耐熱温度」は、焼結体を、直径7mm、高さ7mmの円柱状に加工し、1MPaの圧力をかけながら電気炉中で昇温し、高さが7mmより小さくなる温度を測定した値を指す。 The sintered body of the present invention preferably has a heat resistance temperature of 1250° C. or higher. The "heat resistance temperature" is measured by processing the sintered body into a cylindrical shape with a diameter of 7 mm and a height of 7 mm, heating it in an electric furnace while applying a pressure of 1 MPa, and measuring the temperature at which the height becomes less than 7 mm. value.

本発明の焼結体は、熱膨張係数が7~9ppm/℃であることが好ましい。なお、「熱膨張係数」は、30~380℃の温度範囲において、熱機械分析装置にて測定した値を指す。 The sintered body of the present invention preferably has a coefficient of thermal expansion of 7 to 9 ppm/°C. "Thermal expansion coefficient" refers to a value measured with a thermomechanical analyzer within a temperature range of 30 to 380°C.

本発明によれば、耐熱性及び流動性に優れ、金属及び/又はセラミックの熱膨張係数と整合した封着材料を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sealing material that is excellent in heat resistance and fluidity and that matches the thermal expansion coefficient of metal and/or ceramic.

本発明の封着材料は、結晶性ガラス粉末とコランダム粉末を含む。コランダム粉末は、その一部と結晶性ガラス粉末が熱処理時に反応して長石の析出を促進する効果がある。結晶性ガラス粉末の含有量は60~90質量%、コランダム粉末の含有量は10~40質量%であることが好ましい。コランダム粉末の含有量が少なすぎる(結晶性ガラス粉末の含有量が多すぎる)と、長石結晶が析出し難くなり、耐熱性が低下し易くなる。一方、コランダム粉末の含有量が多すぎる(結晶性ガラス粉末の含有量が少なすぎる)と焼結体の緻密性が低下する傾向にある。 The sealing material of the present invention contains crystallizable glass powder and corundum powder. A part of the corundum powder reacts with the crystallizable glass powder during heat treatment to promote the precipitation of feldspar. It is preferable that the content of the crystalline glass powder is 60 to 90% by mass and the content of the corundum powder is 10 to 40% by mass. If the content of the corundum powder is too low (the content of the crystallizable glass powder is too high), feldspar crystals are difficult to precipitate, and heat resistance tends to decrease. On the other hand, if the content of corundum powder is too high (the content of crystallizable glass powder is too low), the compactness of the sintered body tends to decrease.

次に、結晶性ガラス粉末について説明する。 Next, the crystallizable glass powder will be explained.

結晶性ガラス粉末は、質量%でSiO 40~55%、Al 0.5~4.8%、CaO 10~20%、MgO 10~20%、SrO 14~20%を含有する。各成分の含有範囲を上記のように限定した理由を以下に述べる。なお、各成分の含有範囲の説明において、%表記は、質量%を指している。 The crystallizable glass powder contains 40-55% SiO 2 , 0.5-4.8% Al 2 O 3 , 10-20% CaO, 10-20% MgO, and 14-20% SrO in mass %. The reason why the content range of each component is limited as described above will be described below. In addition, in description of the content range of each component, % notation refers to the mass %.

SiOは輝石及び長石を析出させるための成分であり、またガラスのネットワークフォーマーとなる成分である。SiOの含有量は40~55%であり、45~50%、特に46~49%であることが好ましい。SiOの含有量が少なすぎるとガラス化が困難になる。また、焼結体中の輝石の含有量が減少し、熱膨張係数が低下し易くなる。一方、SiOの含有量が多すぎると、溶融時の粘度が高くなりすぎる。また、焼結体中のコランダムの含有量が減少し、機械的強度が低下し易くなる。 SiO 2 is a component for precipitating pyroxene and feldspar, and is a component that becomes a network former of glass. The content of SiO 2 is 40-55%, preferably 45-50%, in particular 46-49%. If the SiO2 content is too low, vitrification becomes difficult. In addition, the content of pyroxene in the sintered body decreases, and the coefficient of thermal expansion tends to decrease. On the other hand, if the SiO2 content is too high, the viscosity during melting will be too high. In addition, the content of corundum in the sintered body decreases, and the mechanical strength tends to decrease.

Alは、長石を析出させるための成分であり、また溶融時のガラスの失透を抑える成分である。Alの含有量は0.5~4.8%であり、1~4.7、2~4.6、特に4~4.5%であることが好ましい。Alの含有量が少なすぎると、ガラスが失透し易くなる。また、焼結体中のコランダムの含有量が減少し、機械的強度及び耐熱性が低下し易くなる。一方、Alの含有量が多すぎると、溶融性が悪化し易くなる。また、軟化点が上昇し1000℃以下での焼結が困難となる。 Al 2 O 3 is a component for precipitating feldspar and a component for suppressing devitrification of the glass during melting. The content of Al 2 O 3 is 0.5-4.8%, preferably 1-4.7, 2-4.6, especially 4-4.5%. If the Al 2 O 3 content is too low, the glass tends to devitrify. In addition, the content of corundum in the sintered body decreases, and the mechanical strength and heat resistance tend to decrease. On the other hand, if the Al 2 O 3 content is too high, the meltability tends to deteriorate. In addition, the softening point rises and sintering at 1000° C. or less becomes difficult.

CaOは、輝石を析出させるための成分であり、また結晶性ガラス粉末の軟化点を低下させる成分である。CaOの含有量は10~20%であり、12~28%、特に14~16%であることが好ましい。CaOの含有量が少なすぎると、結晶性が低下し、また軟化点が上昇し易くなる。さらに、焼結体中の輝石の含有量が減少して、熱膨張係数が低下し易くなる。一方、CaOの含有量が多すぎると、ガラス化が困難になり、耐候性が低下する。また、焼結体中のコランダムの含有量が減少し、機械的強度が低下し易くなる。 CaO is a component for precipitating pyroxene and a component for lowering the softening point of the crystallizable glass powder. The content of CaO is 10-20%, preferably 12-28%, particularly 14-16%. If the CaO content is too low, the crystallinity is lowered and the softening point tends to rise. Furthermore, the content of pyroxene in the sintered body decreases, and the coefficient of thermal expansion tends to decrease. On the other hand, when the content of CaO is too high, vitrification becomes difficult and the weather resistance deteriorates. In addition, the content of corundum in the sintered body decreases, and the mechanical strength tends to decrease.

MgOは、CaOと同様に、輝石を析出させるための成分であり、また結晶性ガラス粉末の軟化点を低下させる成分である。MgOの含有量は10~20%であり、特に15~18%であることが好ましい。MgOの含有量が少なすぎると結晶性が低下し、また軟化点が上昇し易くなる。また、焼結体の輝石の析出量が低下して熱膨張係数が低下する。一方、MgOの含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる。また、焼結体中のコランダムの含有量が減少し、機械的強度が低下し易くなる。 MgO, like CaO, is a component for precipitating pyroxene and a component for lowering the softening point of the crystallizable glass powder. The content of MgO is 10-20%, preferably 15-18%. If the content of MgO is too small, the crystallinity is lowered and the softening point tends to rise. In addition, the amount of precipitation of pyroxene in the sintered body decreases, and the coefficient of thermal expansion decreases. On the other hand, when the content of MgO is too high, vitrification becomes difficult. In addition, the content of corundum in the sintered body decreases, and the mechanical strength tends to decrease.

SrOは、長石を析出させるための成分であり、また結晶性ガラス粉末の軟化点を低下させる成分である。SrOの含有量は14~20%であり、14~18%、特に14~16%であることが好ましい。SrOの含有量が少なすぎると、流動性が低下し、軟化点が上昇し易くなる。また、長石が析出し難くなり、耐熱性が低下し易くなる。一方、SrOの含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる。また、焼結体中のコランダムの含有量が減少し、機械的強度が低下し易くなる。 SrO is a component for precipitating feldspar and a component for lowering the softening point of the crystallizable glass powder. The content of SrO is 14-20%, preferably 14-18%, particularly 14-16%. If the content of SrO is too small, the fluidity is lowered and the softening point tends to rise. In addition, it becomes difficult for feldspar to precipitate, and the heat resistance tends to decrease. On the other hand, when the SrO content is too high, vitrification becomes difficult. In addition, the content of corundum in the sintered body decreases, and the mechanical strength tends to decrease.

BaOは、結晶化度を低くし耐熱性を低下させる成分であるため、BaOを実質的に含まないことが好ましい。なお、「BaOを実質的に含まない」とは、BaOの含有量が0.1質量%未満であることを意味する。 Since BaO is a component that lowers the degree of crystallinity and lowers the heat resistance, it is preferred that substantially no BaO is contained. The expression "substantially free of BaO" means that the content of BaO is less than 0.1% by mass.

本発明の封着材料は、軟化点と結晶化温度の差△Tが60℃以上、特に70℃以上であることが好ましい。△Tが低すぎると、流動性が悪化する。△Tの上限は特に制限されないが、現実的には200℃以下である。 The sealing material of the present invention preferably has a difference ΔT between the softening point and the crystallization temperature of 60° C. or more, particularly 70° C. or more. If ΔT is too low, fluidity will deteriorate. Although the upper limit of ΔT is not particularly limited, it is practically 200°C or less.

本発明の封着材料を熱処理後、主結晶として輝石、長石、及びコランダムを含有することが好ましい。熱膨張係数が高い輝石、耐熱温度が高い長石及び機械的強度の高いコランダムを含有することにより、高耐熱性、高膨張、且つ高強度な封着材料の焼結体が得られる。 After heat treatment, the sealing material of the present invention preferably contains pyroxene, feldspar, and corundum as main crystals. By containing pyroxene with a high coefficient of thermal expansion, feldspar with a high heat resistance temperature, and corundum with a high mechanical strength, a sintered body of a sealing material with high heat resistance, high expansion, and high strength can be obtained.

本発明の焼結体は、上記の封着材料を焼結させたものであり、質量%でSiO 20~50%、Al 10~50%、CaO 8~20%、MgO 8~20%、SrO 10~20%を含有することが好ましい。 The sintered body of the present invention is obtained by sintering the above sealing material, and contains 20 to 50% by mass of SiO 2 , 10 to 50% by mass of Al 2 O 3 , 8 to 20% by mass of CaO, and 8 to 20% of MgO. 20%, SrO 10-20%.

本発明の焼結体において、耐熱温度が1250℃以上、特に1300℃であることが好ましい。焼結体の耐熱温度が低すぎると、高温状態で変形や割れが発生する虞がある。なお、耐熱温度の上限は特に限定されないが、現実的には1500℃以下である。 The sintered body of the present invention preferably has a heat resistant temperature of 1250°C or higher, particularly 1300°C. If the heat resistance temperature of the sintered body is too low, deformation or cracking may occur at high temperatures. Although the upper limit of the heat resistance temperature is not particularly limited, it is practically 1500° C. or less.

本発明の焼結体において、熱膨張係数が7~9ppm/℃であることが好ましい。焼結体の熱膨張係数が低過ぎると、金属及びセラミックの封着材料して使用した場合に熱膨張差によって歪が生じ易くなる。一方、熱膨張係数が高すぎると、耐熱衝撃性が低下する。 The sintered body of the present invention preferably has a coefficient of thermal expansion of 7 to 9 ppm/°C. If the coefficient of thermal expansion of the sintered body is too low, distortion is likely to occur due to the difference in thermal expansion when used as a sealing material for metals and ceramics. On the other hand, if the coefficient of thermal expansion is too high, the thermal shock resistance is lowered.

本発明の封着材料、焼結体は、上述した通り耐熱性及び流動性に優れ、金属及び/又はセラミックの熱膨張係数と整合しているため、排気ガスセンサー又は温度センサー用として好適である。 The sealing material and sintered body of the present invention are excellent in heat resistance and fluidity as described above, and match the thermal expansion coefficient of metals and/or ceramics, so they are suitable for exhaust gas sensors or temperature sensors. .

次に、本発明の封着材料及び焼結体の製造方法を以下に述べる。 Next, the method for producing the sealing material and the sintered body of the present invention will be described below.

本発明の封着材料に含まれる結晶性ガラス粉末は、所定の組成となるように原料粉末を調製し、1300~1650℃の温度で溶融後、成形、冷却した後、粉砕、分級することにより得られる。本発明の封着材料は上記の結晶性ガラス粉末とコランダム粉末を混合し、混合粉末とすることにより作製することができる。 The crystallizable glass powder contained in the sealing material of the present invention is prepared by preparing a raw material powder so as to have a predetermined composition, melting it at a temperature of 1300 to 1650° C., molding it, cooling it, pulverizing it, and classifying it. can get. The sealing material of the present invention can be produced by mixing the crystallizable glass powder and the corundum powder to form a mixed powder.

次に、混合粉末を、例えばスラリー状に調製する。スラリーは、混合粉末に対し、結合剤、可塑剤及び溶剤等を添加しすることにより作製することができる。スラリー中における混合粉末の含有量としては、30~90質量%程度が一般的である。 Next, the mixed powder is prepared, for example, in the form of slurry. A slurry can be prepared by adding a binder, a plasticizer, a solvent, and the like to the mixed powder. The content of the mixed powder in the slurry is generally about 30 to 90% by mass.

結合剤は、乾燥後の膜の機械的強度を高め、また柔軟性を付与する成分であり、その含有量は、0.1~30質量%程度が一般的である。バインダーとしては、例えば、ポリビニルブチラール樹脂、メタアクリル酸樹脂等を使用することが可能であり、これらを単独あるいは混合して使用できる。 The binder is a component that increases the mechanical strength of the dried film and imparts flexibility, and its content is generally about 0.1 to 30% by mass. As the binder, for example, polyvinyl butyral resin, methacrylic acid resin, etc. can be used, and these can be used alone or in combination.

可塑剤は、乾燥速度をコントロールするとともに、乾燥膜に柔軟性を与える成分である。具体例としては、ブチルベンジルフタレート、ジオクチルフタレート、ジイソオクチルフタレート、ジカプリルフタレート、ジブチルフタレート等が挙げられ、これらを単独であるいは混合して使用することができる。原料中における可塑剤の含有量は0~10質量%程度が一般的である。 A plasticizer is a component that controls the drying speed and imparts flexibility to the dried film. Specific examples include butylbenzyl phthalate, dioctyl phthalate, diisooctyl phthalate, dicapryl phthalate, dibutyl phthalate and the like, and these can be used alone or in combination. The content of the plasticizer in the raw material is generally about 0 to 10% by mass.

溶剤は材料をスラリー化するための材料であり、その含有量は1~30質量%程度が一般的である。溶剤としては、例えばトルエン、メチルエチルケトン等を使用することが可能であり、これらを単独または混合して使用することができる。 The solvent is a material for slurrying the material, and its content is generally about 1 to 30% by mass. Examples of solvents that can be used include toluene and methyl ethyl ketone, and these can be used alone or in combination.

次いで上記のスラリーを、スポイト等を用いて金属やセラミックからなる第一の部材の封着箇所に塗布し、乾燥させる。さらに、金属やセラミックからなる第二の部材を乾燥膜に接触させた状態で固定してガラスの軟化点~1000℃で熱処理する。この熱処理により、ガラス粉末が一旦軟化流動して第一および第二の部材を封着させる。結晶の析出は、ガラス粉末がある程度流動した段階で起こる。 Next, the above slurry is applied to the sealing portion of the first member made of metal or ceramic using a dropper or the like, and dried. Furthermore, a second member made of metal or ceramic is fixed in contact with the dry film and heat-treated at a softening point of glass to 1000°C. By this heat treatment, the glass powder is once softened and flowed to seal the first and second members. Precipitation of crystals occurs when the glass powder has flowed to some extent.

なお、本発明の封着材料は、封着以外にも被覆、充填等の目的で使用できる。また、スラリー以外の形態、具体的には粉末状態、ペースト、グリーンシート、タブレット等の形態で使用することができる。例えば、金属やセラミックスの円筒内にリード線とともにガラス粉末を充填して熱処理し、気密封止を行う形態が挙げられる。また、グリーンシート成形されたプリフォームや、粉末プレス成型により作製されたタブレット等を金属やセラミック部材上に載置し、熱処理して被覆することもできる。 In addition, the sealing material of the present invention can be used for purposes other than sealing, such as coating and filling. Moreover, it can be used in a form other than a slurry, specifically in a powder form, a paste, a green sheet, a tablet, or the like. For example, there is a form in which a metal or ceramic cylinder is filled with glass powder together with a lead wire, heat-treated, and hermetically sealed. Alternatively, a preform formed by green sheet molding, a tablet formed by powder press molding, or the like can be placed on a metal or ceramic member and heat-treated to coat the material.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

表1及び2は本発明の実施例(試料No.1~4)及び比較例(試料No.5、6)を示す。 Tables 1 and 2 show examples of the present invention (samples Nos. 1 to 4) and comparative examples (samples Nos. 5 and 6).

Figure 2023032104000001
Figure 2023032104000001

Figure 2023032104000002
Figure 2023032104000002

まず、表1及び2のガラス組成となるように、各種酸化物のガラス原料を調合し、均一に混合した後、白金坩堝に入れて1400~1500℃で3~8時間溶融し、水冷ローラーによって溶融ガラスを薄板状に成形した。次いで、これを粗砕した後、アルコールを加えてボールミルにより湿式粉砕し、平均粒径が1.5~3μmとなるように分級して結晶性ガラス粉末を得た。 First, glass raw materials of various oxides were prepared so as to have the glass compositions shown in Tables 1 and 2, mixed uniformly, then placed in a platinum crucible and melted at 1400 to 1500 ° C. for 3 to 8 hours, followed by a water-cooled roller. The molten glass was formed into thin plates. Next, after coarsely pulverizing, alcohol was added, wet pulverization was carried out with a ball mill, and the particles were classified so as to have an average particle size of 1.5 to 3 μm to obtain a crystallizable glass powder.

次に、上記の結晶性ガラス粉末に、表に示す量のコランダム粉末(平均粒径:2μm)を均一に混合して封着材料を得た。上記の封着材料について、軟化点及び結晶化温度を評価した。 Next, the amount of corundum powder (average particle size: 2 μm) shown in the table was uniformly mixed with the crystallizable glass powder to obtain a sealing material. The softening point and crystallization temperature of the above sealing materials were evaluated.

軟化点及び結晶化温度はマクロ型示差熱分析計を用いて測定した。具体的には、各封着材料試料につき、マクロ型示差熱分析計を用いて1050℃まで測定して得られたチャートにおいて、第四の変曲点の値を軟化点、強い発熱ピークを結晶化温度とした。また、上記の軟化点と結晶化温度の差を△Tとして算出した。 The softening point and crystallization temperature were measured using a macro-type differential thermal analyzer. Specifically, for each sealing material sample, in the chart obtained by measuring up to 1050 ° C. using a macro-type differential thermal analyzer, the value of the fourth inflection point is the softening point, and the strong exothermic peak is the crystallization point. quenching temperature. Also, the difference between the softening point and the crystallization temperature was calculated as ΔT.

続いて、上記の封着材料に、結合剤としてポリビニルブチラールを15質量%、可塑剤としてブチルベンジルフタレートを4質量%、及び溶剤としてトルエンを30質量%添加してスラリーを調整した。次いで、上記のスラリーをドクターブレード法によってグリーンシートに成形し、乾燥させ、焼成し、焼結体とした。このようにして得られた各試料について、焼成温度、主結晶、耐熱温度及び熱膨張係数を評価した。その結果を表1及び2に示す。 Subsequently, 15% by mass of polyvinyl butyral as a binder, 4% by mass of butylbenzyl phthalate as a plasticizer, and 30% by mass of toluene as a solvent were added to the above sealing material to prepare a slurry. Next, the above slurry was formed into a green sheet by a doctor blade method, dried and fired to obtain a sintered body. Each sample thus obtained was evaluated for firing temperature, main crystals, heat resistance temperature and coefficient of thermal expansion. The results are shown in Tables 1 and 2.

焼成温度は、種々の温度で20分間焼成した焼結体にインクを塗布した後に拭き取り、インクが残らない(=緻密に焼結した)最低の温度を表記したものである。 The firing temperature is the lowest temperature at which ink does not remain (=densely sintered) when ink is applied to a sintered body fired at various temperatures for 20 minutes and then wiped off.

主結晶は、粉末X線回折装置(株式会社リガク RINT2100)によって同定した。 The main crystal was identified by a powder X-ray diffractometer (Rigaku RINT2100).

耐熱温度は表中の焼成温度で焼結した焼結体を直径7mm、高さ7mmの円柱状に加工し、1MPaの圧力をかけながら電気炉中で昇温し、高さが7mmより小さくなる温度を測定した。 The heat resistance temperature is determined by processing the sintered body sintered at the firing temperature in the table into a cylindrical shape with a diameter of 7 mm and a height of 7 mm, and heating it in an electric furnace while applying a pressure of 1 MPa to make the height smaller than 7 mm. Temperature was measured.

熱膨張係数は、30~380℃の温度範囲において、熱機械分析装置にて測定したものである。 The coefficient of thermal expansion is measured with a thermomechanical analyzer in the temperature range of 30 to 380°C.

表1及び2から明らかなように、実施例である試料No.1~4は、900℃以下の比較的低い焼成温度で輝石と長石が析出し、耐熱温度も1300~1320℃と高かった。また、膨張係数は7.4~7.6ppm/℃と金属やセラミックの封着に適した値となった。さらに△Tも80℃以上となっており、封着材料に適した流動性を持つことが分かった。一方、試料No.5は、結晶性ガラス粉末中のSrOの含有量が少ないため、長石が析出せず耐熱温度が1200℃と低かった。加えて軟化点が高く、△Tが40℃と小さくなっていた。試料No.6は、結晶性ガラス粉末中のAlの含有量が多いため、熱膨張係数が6.0ppm/℃と低かった。 As is clear from Tables 1 and 2, sample no. In samples 1 to 4, pyroxene and feldspar precipitated at a relatively low firing temperature of 900°C or less, and the heat resistance temperature was as high as 1300 to 1320°C. Also, the coefficient of expansion was 7.4 to 7.6 ppm/°C, which was a value suitable for sealing metals and ceramics. Furthermore, ΔT was 80° C. or more, and it was found to have fluidity suitable for a sealing material. On the other hand, sample no. In No. 5, since the content of SrO in the crystallizable glass powder was small, no feldspar precipitated and the heat resistance temperature was as low as 1200°C. In addition, the softening point was high and ΔT was as small as 40°C. Sample no. In No. 6, the thermal expansion coefficient was as low as 6.0 ppm/°C due to the large content of Al 2 O 3 in the crystallizable glass powder.

Claims (7)

質量%で、SiO 40~55%、Al 0.5~4.8%、CaO 10~20%、MgO 10~20%、SrO 14~20%を含有する結晶性ガラス粉末とコランダム粉末を含むことを特徴とする封着材料。 Crystallizable glass powder containing 40-55% SiO 2 , 0.5-4.8% Al 2 O 3 , 10-20% CaO, 10-20% MgO, 14-20% SrO, in mass %, and corundum A sealing material comprising powder. 熱処理後、主結晶として輝石、長石、及びコランダムを含有することを特徴とする請求項1に記載の封着材料。 2. The sealing material according to claim 1, which contains pyroxene, feldspar, and corundum as main crystals after heat treatment. 軟化点と結晶化温度の差△Tが60℃以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の封着材料。 3. The sealing material according to claim 1, wherein the difference .DELTA.T between the softening point and the crystallization temperature is 60.degree. 排気ガスセンサー又は温度センサー用であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の封着材料。 4. The sealing material according to any one of claims 1 to 3, which is used for an exhaust gas sensor or a temperature sensor. 請求項1~4のいずれかに記載の封着材料を焼結させた焼結体であって、質量%でSiO 20~50%、Al 10~50%、CaO 8~20%、MgO 8~20%、SrO 10~20%を含有することを特徴とする焼結体。 A sintered body obtained by sintering the sealing material according to any one of claims 1 to 4, comprising 20 to 50% by mass of SiO 2 , 10 to 50% by mass of Al 2 O 3 and 8 to 20% by mass of CaO. , MgO 8-20%, and SrO 10-20%. 耐熱温度が1250℃以上であることを特徴とする請求項5に記載の焼結体。 6. The sintered body according to claim 5, which has a heat resistance temperature of 1250° C. or higher. 熱膨張係数が7~9ppm/℃であることを特徴とする請求項5又は6に記載の焼結体。 7. The sintered body according to claim 5, wherein the coefficient of thermal expansion is 7-9 ppm/°C.
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