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公開番号2025024187
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-19
出願番号2024203150,2020164286
出願日2024-11-21,2020-09-30
発明の名称W-Pt-Cu合金
出願人ノリタケ株式会社
代理人個人
主分類C22C 5/04 20060101AFI20250212BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】タングステン部材と異種金属部材との好適な接合を実現する新規な技術を提供する。
【解決手段】ここに開示される製造方法は、白金(Pt)とタングステン(W)とを含むPt-W合金中の白金(Pt)を、銅(Cu)を含むCu源に移動させることを特徴とする。かかる製造方法によると、Wを主成分とするW相12と、Pt-Cu合金を主成分とするPt-Cu相14とが混在した合金材料10を製造できる。かかる合金材料10は、W相12とPt-Cu相14との界面が安定しているためタングステン部材に対して好適な接合性を発揮する。また、この合金材料10は、Pt-Cu相14を含んでいるため、異種金属部材に対しても好適な接合性を発揮する。すなわち、ここに開示される合金材料は、タングステン部材と異種金属部材との好適な接合を実現する新規な接合材として使用することができる。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
タングステン（Ｗ）を主成分とするＷ相と、白金（Ｐｔ）と銅（Ｃｕ）とを有するＰｔ－Ｃｕ相とが混在することを特徴とする合金材料。
続きを表示（約 950 文字）【請求項２】
前記Ｐｔ－Ｃｕ相からなるマトリックス中に複数の前記Ｗ相が存在していることを特徴とする、請求項１に記載の合金材料。
【請求項３】
ＳＥＭ観察において、面積０．００１μｍ
２
～１μｍ
２
のＷ相が０．２ヶ所／μｍ
２
以上の密度で存在するＷ相存在領域を有しており、前記Ｗ相存在領域が所定の方向に１０μｍ以上存在する、請求項１または２に記載の合金材料。
【請求項４】
前記Ｗ相存在領域において、面積０．００１μｍ
２
～０．１μｍ
２
のＷ相が０．２ヶ所／μｍ
２
以上の密度で存在している、請求項３に記載の合金材料。
【請求項５】
前記Ｗ相に存在する金属元素の総数を１００ａｔｍ％としたとき、前記Ｗ相に存在するタングステン原子の原子数が７５ａｔｍ％以上であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の合金材料。
【請求項６】
請求項１～５のいずれか一項に記載の合金材料を介して、タングステンを含む第１部材と、第２部材とが接合されていることを特徴とする、接合体。
【請求項７】
前記第１部材は、タングステン、窒化タングステン、炭化タングステン、炭窒化タングステン、銅タングステン複合材料、銀タングステン複合材料からなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項６に記載の接合体。
【請求項８】
前記第２部材は、銅、白金、白金－銅合金、白金－タングステン合金からなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の接合体。
【請求項９】
請求項１～５のいずれか一項に記載の合金材料を製造する方法であって、
白金（Ｐｔ）とタングステン（Ｗ）とを含むＰｔ－Ｗ合金の前記白金（Ｐｔ）を、銅（Ｃｕ）を含むＣｕ源に移動させることを特徴とする、合金材料の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｐｔ－Ｗ合金は、金属間化合物である、請求項９に記載の合金材料の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金材料に関する。例えば、タングステン部材とタングステン以外の金属部材とを接合する接合材として使用し得る合金材料に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
タングステン（Ｗ）を含むタングステン部材（以下「Ｗ部材」ともいう）は、融点が高く、かつ、熱膨張率が低いという特徴を有し、高温環境での信頼性に優れている。このため、Ｗ部材は、ダイバータ、加速器、プラズマ放電装置、高温炉、薄膜形成装置等の高温環境に晒される超高温部品に使用される。一方、タングステンは、希少かつ高価な金属であり、かつ、加工が困難であるため、タングステン以外の金属部材（以下、「異種金属部材」ともいう）と接合された状態で用いられることが多い。例えば、材料コストや放熱性（熱伝導性）などの観点から、接合対象である異種金属部材として銅（Ｃｕ）などが用いられる。
【０００３】
Ｗ部材と異種金属部材との接合には、例えば、銀（Ａｇ）や銅を含むろう材が用いられる。かかるろう材の一例が特許文献１、２に開示されている。具体的には、特許文献１には、コバルト（Ｃｏ）を用いて炭化タングステン（ＷＣ）を焼結した超硬合金の接合において、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）及びコバルト（Ｃｏ）を含むろう材を使用する技術が開示されている。これによって、超硬合金中のＣｏがろう材へ拡散することを抑制し、超硬合金の強度低下による破損を防止できる。一方、特許文献２には、アルミナ分散強化銅と被接合金属（例えば、タングステン）とを接合する際に、リン（Ｐ）を含有するろう材を使用している。そして、接合時の熱処理温度を、銅の融点よりも低く、リンと銅との共晶反応により低下した銅の融点よりも高い範囲に設定している。これによって、アルミナ分散強化銅と被接合金属とを接合している。
【０００４】
また、ろう付け以外の接合手段として、ＮＤＢ法（ＮｏｎＤｅｆｅｃｔｉｖｅＢｏｎｄｉｎｇ）が挙げられる。このＮＤＢ法は、Ｗ部材と異種金属部材とを直接接合する技術であり、その一例が非特許文献１、２に開示されている。例えば、非特許文献１では、タングステン部材と銅部材とを接触させた状態で銅部材の溶融・冷却を行う。非特許文献１では、かかる接合手段を実施することによって、Ｗ部材の微小な凹凸表面に、溶融した銅部材が入り込み、原子間相互の引力が増大することによって擬似的な金属結合が形成されると予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第５３８５９５１号
特許第６５２８２５７号
【非特許文献】
【０００６】
Ｊ．ＰｌａｓａｍａＦｕｓｉｏｎＲｅｓ．Ｖｏｌ．９５，Ｎｏ．８（２０１９）３７４－３７６
スマートプロセス学会誌第６巻第５号（２０１７年９月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年のＷ部材の用途の広がりに伴い、Ｗ部材と異種金属部材とをより好適に接合できる新規な技術が求められている。本発明は、かかる要求に応じてなされたものであり、その主な目的は、タングステン部材と異種金属部材との好適な接合を実現する新規な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、タングステン部材と異種金属部材とを接合する新規な技術を見出すために種々の実験と検討を行った結果、Ｗ部材用の接合材として好適に機能する新規な合金材料を発見した。具体的には、ＰｔとＷを含む合金（Ｐｔ－Ｗ合金）と、銅（Ｃｕ）を含むＣｕ源とを接触させた状態で加熱処理を行うと、驚くべきことに、Ｐｔ－Ｗ合金のＰｔがＣｕに移動することを発見した。そして、このＣｕによるＰｔの吸収は、ＣｕがＰｔ－Ｗ合金の結晶粒界に入り込みながら進むため、Ｗを主成分とするＷ相と、ＰｔとＣｕとを含むＰｔ－Ｃｕ相とが混在した三元二相の合金材料（以下「Ｗ－Ｐｔ－Ｃｕ合金」ともいう）が生成された。一般的には、ＷとＣｕは互いに混合して合金を形成することはないと考えられており、このような合金は過去に報告されていなかった。本発明者らは、このＷ－Ｐｔ－Ｃｕ合金は、Ｃｕをはじめとする異種金属部材とＷ部材とを良好に接合する新規な接合材になり得ると考え、当該合金材料の性質と生成メカニズムを解析した。その結果、上記Ｗ－Ｐｔ－Ｃｕ合金は、以下に示すメカニズムによって生成されることを見出した。
【０００９】
まず、Ｗ－Ｐｔ－Ｃｕ合金の前駆物質であるＰｔ－Ｗ合金は、上述の通り、ＰｔとＷを含む合金である。このＰｔ－Ｗ合金よりもＰｔ－Ｃｕ合金の方が安定しているため、Ｐｔ－Ｗ合金とＣｕ源とを接触させた結果、Ｐｔ－Ｗ合金中のＰｔのＣｕへの移動が進んだと考えられる。また、Ｐｔ－Ｗ合金とＣｕとの界面よりも、Ｗを主成分とするＷ相と、ＰｔとＣｕとを含むＰｔ－Ｃｕ相との界面の方が安定していると考えられる。ここで、タングステン部材との接合に目を向けると、Ｗ相とＰｔ－Ｃｕ相との界面が安定していることは、タングステン部材と合金材料との接合の安定性につながる。接合面では、タングステン部材は、主にＰｔ－Ｃｕ相と接合するためである。このように、前駆物質としてＰｔ－Ｗ合金を準備し、当該Ｐｔ－Ｗ合金中のＰｔをＣｕに移動させることによって、従来は合金を形成しないと考えられていたＷとＣｕとが混在する合金材料を製造できる。そして、かかる合金材料は、タングステン部材と異種金属部材との好適な接合を実現する新規な接合材になり得る。
【００１０】
ここに開示される製造方法は、上述した知見に基づいてなされたものであり、Ｗ相とＰｔ－Ｃｕ相とが混在した三元二相の合金材料（Ｗ－Ｐｔ－Ｃｕ合金）を製造する方法である。かかる製造方法は、白金（Ｐｔ）とタングステン（Ｗ）とを含むＰｔ－Ｗ合金の白金（Ｐｔ）を、銅（Ｃｕ）を含むＣｕ源に移動させることを特徴とする。上述したように、かかる製造方法によって、Ｗ－Ｐｔ－Ｃｕ合金を製造することができる。そして、かかるＷ－Ｐｔ－Ｃｕ合金は、Ｗ相とＰｔ－Ｃｕ相との界面が安定しているためＷ部材との間で好適な接合性を発揮でき、かつ、Ｐｔ－Ｃｕ相を有しているため異種金属部材（Ｃｕ部材、Ｐｔ部材など）との間で好適な接合性を発揮できる。すなわち、ここに開示される技術によると、Ｗ部材と異種金属部材との好適な接合を実現することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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