JPH08133873A - Soldering jig and its production - Google Patents
Soldering jig and its productionInfo
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- JPH08133873A JPH08133873A JP6277720A JP27772094A JPH08133873A JP H08133873 A JPH08133873 A JP H08133873A JP 6277720 A JP6277720 A JP 6277720A JP 27772094 A JP27772094 A JP 27772094A JP H08133873 A JPH08133873 A JP H08133873A
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
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- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置等を組立て
るに際し必要な部材をろう付けするために用いられる治
具に関し、特に、耐熱性、耐摩耗性に優れ、寿命の長い
ろう付け用治具を提供するための技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a jig used for brazing members necessary for assembling a semiconductor device or the like, and particularly to a jig for brazing which has excellent heat resistance and wear resistance and has a long life. A technique for providing a tool.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置の分野において、ICチップ
のパッケージへの接着は、ハンダ付けにより行なわれ
る。また、PGAにおいて基板へのヒートシンクの接着
は、銀ろう付けによって行なわれる。これらのプロセス
において、構成部品はろう付け用治具上に組込まれ、接
着すべき構成部品同士の間にろう材が挟み込まれた状態
で、典型的には還元性雰囲気または不活性雰囲気中にお
いて熱処理が行なわれる。たとえば図1は、基板にヒー
トシンクをろう付けする工程の一例を示すものである。
このプロセスでは、ろう付け治具1上にたとえばCu−
W合金からなるヒートシンク材2を載置し、その上に銀
ろう3を載せ、基板4をセットする。そして、ヒートシ
ンク材2と基板4の間に銀ろう3を挟んだ状態で加熱炉
において熱処理を行ない、ろう付けを行なう。2. Description of the Related Art In the field of semiconductor devices, IC chips are attached to a package by soldering. In PGA, the heat sink is bonded to the substrate by silver brazing. In these processes, the components are assembled on a brazing jig and the brazing filler metal is sandwiched between the components to be bonded, typically in a reducing or inert atmosphere. Is performed. For example, FIG. 1 shows an example of a process of brazing a heat sink to a substrate.
In this process, for example, Cu-on the brazing jig 1
A heat sink material 2 made of a W alloy is placed, a silver solder 3 is placed thereon, and a substrate 4 is set. Then, the silver brazing material 3 is sandwiched between the heat sink material 2 and the substrate 4, and heat treatment is performed in a heating furnace to perform brazing.
【0003】これらのプロセスに使用されるろう付け用
治具には、機械加工が容易で、耐熱性に優れ、安価であ
る炭素材料が一般に用いられる。しかし、炭素材料は、
耐摩耗性が低いため、使用中に表面から炭素粒子が脱落
して作業環境を汚染したり、製品に付着する等の問題点
を有している。そこで、炭素材料の表面に耐摩耗性を向
上させるためのコーティングを施すことによって、上記
問題点を解決する試みがなされている。For the brazing jig used in these processes, a carbon material which is easy to machine, excellent in heat resistance and inexpensive is generally used. However, the carbon material
Since the wear resistance is low, there is a problem that carbon particles fall off from the surface during use to contaminate the work environment or adhere to the product. Therefore, attempts have been made to solve the above-mentioned problems by applying a coating on the surface of the carbon material to improve wear resistance.
【0004】たとえば、特開昭61−276766号公
報は、グラファイトによって構成されるろう付け治具に
おいて、部品との摺動面をエポキシ樹脂により被覆し、
その後不活性雰囲気中で約1000℃に加熱して、該摺
動面に、硬く耐摩耗性のある非晶質炭素(ガラス状炭
素)薄膜を形成させることを開示する。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-276766 discloses a brazing jig made of graphite, in which a sliding surface with a component is covered with an epoxy resin,
After that, it is disclosed to form a hard and abrasion-resistant amorphous carbon (glassy carbon) thin film on the sliding surface by heating to about 1000 ° C. in an inert atmosphere.
【0005】また、特開平6−166568号公報は、
等方性で熱膨張係数が1.5×10 -6〜7.0×10-6
℃-1の範囲である黒鉛材を加工して治具を作製するに際
し、黒鉛材をCVD炉中に設け、水素ガスをキャリアガ
スとし、炭化水素ガスとしてメタンを炉内に導入して両
者を反応させ、黒鉛材の表面に熱分解炭素を0.5〜2
5μmの厚さで被覆して黒鉛材のポア中にある加工粉を
閉込め、耐摩耗性を向上させることを開示する。Japanese Patent Laid-Open No. 6-166568 discloses that
Isotropic and has a thermal expansion coefficient of 1.5 × 10 -6~ 7.0 x 10-6
℃-1When processing a graphite material in the range of
Then, a graphite material is placed in the CVD furnace and hydrogen gas is used as a carrier gas.
And methane as a hydrocarbon gas is introduced into the furnace.
Reacts with 0.5 to 2 of pyrolytic carbon on the surface of the graphite material.
The processed powder in the pores of the graphite material is coated with a thickness of 5 μm
It is disclosed to contain and improve wear resistance.
【0006】一方、特開平1−153578号公報に開
示される技術では、セラミックス部品のろう付け用カー
ボン治具において、セラミックス部品と接触する部分に
窒化物(具体的にはTiN)、または炭化物を1〜10
μmコーティングして、カーボン治具に耐摩耗性を付与
せんとしている。On the other hand, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-153578, in a carbon jig for brazing a ceramic component, a nitride (specifically, TiN) or a carbide is added to a portion in contact with the ceramic component. 1-10
The carbon jig is coated with μm to provide abrasion resistance.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】非晶質炭素膜でコート
した治具を使用してろう付けを行なった場合、ハンダを
加熱溶融した際にハンダの変色が起こるという問題が発
生した。また、非晶質炭素膜や熱分解炭素膜に対するハ
ンダの濡れ性は比較的良いため、ハンダの治具への付着
が起こりやすく、ハンダの汚染により治具の寿命が短く
なるという問題も生じている。さらに、炭素質の膜は、
比較的酸化に弱く、高温における酸化によって表面が浸
蝕されるおそれもあった。また、非晶質炭素膜や熱分解
炭素膜は、1000℃以上の熱処理工程が必要となるた
め、製造コストが、高価になるという問題も有してい
た。When brazing is carried out using a jig coated with an amorphous carbon film, there occurs a problem that discoloration of the solder occurs when the solder is heated and melted. In addition, since the wettability of the solder to the amorphous carbon film or the pyrolytic carbon film is relatively good, the solder is apt to adhere to the jig, and the contamination of the solder shortens the life of the jig. There is. In addition, the carbonaceous film
It was relatively weak against oxidation, and the surface could be corroded by oxidation at high temperatures. Further, since the amorphous carbon film and the pyrolytic carbon film require a heat treatment step at 1000 ° C. or higher, there is a problem that the manufacturing cost becomes high.
【0008】一方、従来の炭化物または窒化物の膜は、
カーボン治具の表面に耐摩耗性を付与するが、カーボン
基材との熱膨張係数等の違いから、ろう付けプロセスに
おける加熱−冷却のヒートサイクルに対して、比較的短
い期間でクラックや剥離が発生するおそれがあった。On the other hand, conventional carbide or nitride films are
Wear resistance is given to the surface of the carbon jig, but due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the carbon base material, cracks and peeling can occur in a relatively short period against the heat cycle of heating and cooling in the brazing process It was likely to occur.
【0009】本発明の目的は、上記問題点を解決し、以
下の特性を兼ね備えるろう付け用治具を提供することに
ある。An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a brazing jig having the following characteristics.
【0010】(1) 耐摩耗性に優れる。 (2) ハンダの変色が起こらない。(1) It has excellent wear resistance. (2) Discoloration of solder does not occur.
【0011】(3) 作動面のハンダに対する濡れ性が
低く、ハンダによる汚染が起こりにくい。(3) The wettability of the working surface with respect to solder is low, and contamination by solder is unlikely to occur.
【0012】(4) 酸化に比較的強い。 (5) 耐摩耗性を付与するためのコーティングがカー
ボン基材に強く結合し、繰り返し使用時において被膜の
剥れが生じない。(4) Relatively strong against oxidation. (5) The coating for imparting abrasion resistance is strongly bonded to the carbon substrate, and the coating does not peel off during repeated use.
【0013】(6) 寿命が長い。 (7) 比較的安価にかつ簡便に製造することができ
る。(6) Long service life. (7) It can be manufactured relatively inexpensively and easily.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明に従うろう付け用
治具は、黒鉛からなる基材の表面に耐摩耗性の被膜を形
成してなるろう付け用治具において、耐摩耗性の被膜
が、主成分であるホウ化チタンと、それを結合する無機
バインダとからなることを特徴とする。A brazing jig according to the present invention is a brazing jig in which a wear-resistant coating is formed on the surface of a base material made of graphite. It is characterized by comprising titanium boride as a main component and an inorganic binder that binds it.
【0015】また本発明に従ってろう付け用治具を製造
する方法が提供され、この方法は、黒鉛からなる基材の
表面に、ホウ化チタン、金属アルコキシド、水、溶媒お
よび触媒を含む混合液を塗布する工程と、混合液が塗布
された基材を、酸化性雰囲気下において300℃〜50
0℃の温度で加熱すること、および/または非酸化性雰
囲気下において500℃〜1300℃の温度で加熱する
ことにより、基材の表面に、ホウ化チタンが金属酸化物
で結合されてなる被膜を形成する工程とを備える。Also provided is a method for producing a brazing jig according to the present invention, which comprises the step of applying a mixed solution containing titanium boride, a metal alkoxide, water, a solvent and a catalyst to the surface of a base material made of graphite. The coating step and the base material coated with the mixed solution are heated at 300 ° C. to 50 ° C. in an oxidizing atmosphere.
By heating at a temperature of 0 ° C. and / or at a temperature of 500 ° C. to 1300 ° C. in a non-oxidizing atmosphere, titanium boride is bonded to the surface of the base material with a metal oxide. And a step of forming.
【0016】[0016]
【作用】本発明において、黒鉛からなる基材には、広範
囲の黒鉛材を用いることができ、たとえば、嵩密度1.
4〜2.0g/cm 3、好ましくは1.5〜1.9g/
cm 3、曲げ強度100〜1000kg/cm 2、好ま
しくは130〜1000kg/cm 2、熱膨張係数1.
0×10-6/℃〜8.0×10-6/℃、好ましくは1.
0×10-6/℃〜7.5×10-6/℃の範囲の黒鉛から
なる成形品を適用することができる。成形品には種々の
ものを用いることができ、たとえばCIP成形品、型込
成形品、押出成形品を適用することができる。さらにメ
ソフェーズ系の黒鉛材を好ましく用いることができる。In the present invention, a wide range of graphite materials can be used for the base material made of graphite. For example, bulk density of 1.
4 to 2.0 g / cm 3 , preferably 1.5 to 1.9 g /
cm 3, flexural strength 100 to 1000 / cm 2, preferably 130~1000kg / cm 2, the thermal expansion coefficient of 1.
0 × 10 -6 /℃~8.0×10 -6 / ℃ , preferably 1.
The 0 × 10 -6 molded article comprising /℃~7.5×10 -6 / ℃ ranging graphite can be applied. Various types of molded products can be used, and for example, CIP molded products, molding products, and extrusion molded products can be applied. Furthermore, a mesophase-based graphite material can be preferably used.
【0017】本発明において、黒鉛からなる基材上に
は、主成分であるホウ化チタンと、それを結合する無機
バインダとからなる耐摩耗性の被膜が形成される。この
被膜は、ろう付け用治具において、ろう付けを行なうべ
き部品と接触する表面、すなわち作動面に少なくとも設
けられる。被膜の厚みは、たとえば1〜50μm、好ま
しくは5〜30μmとすることができる。均一で滑らか
な表面の膜を形成するという見地から、厚みは50μm
以下が好ましい。一方、十分な耐摩耗性を黒鉛基材に付
与するため、その厚みは1μm以上が好ましい。ろう付
けに用いられる部品のサイズ、公差等を考慮して被膜の
厚みを設定することも望ましい。In the present invention, a wear-resistant coating film composed of titanium boride as a main component and an inorganic binder that binds it is formed on a base material made of graphite. In the brazing jig, this coating is provided at least on the surface that comes into contact with the component to be brazed, that is, the working surface. The thickness of the coating can be, for example, 1 to 50 μm, preferably 5 to 30 μm. From the viewpoint of forming a uniform and smooth surface film, the thickness is 50 μm
The following are preferred. On the other hand, the thickness is preferably 1 μm or more in order to impart sufficient abrasion resistance to the graphite base material. It is also desirable to set the thickness of the coating in consideration of the size and tolerance of the parts used for brazing.
【0018】被膜において、ホウ化チタンの占める割合
は、たとえば50重量%〜98重量%、より好ましくは
55重量%〜85重量%とすることができる。ホウ化チ
タンには、TiB2 のセラミックス粒子が好ましく用い
られ、その粒径は、たとえば0.5〜5μm、好ましく
は0.5〜2μmとすることができる。無機バインダ
は、TiB2 粒子同士を結合するものである。無機バイ
ンダ質として、たとえば、酸化ケイ素(SiO2 )、酸
化アルミニウム(Al2 O3 )、酸化チタン(Ti
O2 )等を挙げることができる。無機バインダ質は、た
とえば1000℃以上の融点、好ましくは1500℃以
上の融点を有するものが用いられる。治具を用いてろう
付けすべき部品、たとえば半導体装置部品等への影響を
考慮すると、無機バインダには、Na、Fe等の元素が
含まれておらず、部品に対して有害元素の汚染のおそれ
がないものが望ましい。この点から、無機バインダ質と
して酸化ケイ素がより好ましい。耐摩耗性被膜において
無機バインダの占める割合は、たとえば2重量%〜50
重量%、好ましくは15重量%〜45重量%である。な
お、ホウ化チタンおよび無機バインダからなる耐摩耗性
被膜は、本発明の作用効果を奏し得る範囲内において、
他の微量成分を含有していてもよい。The proportion of titanium boride in the coating may be, for example, 50% by weight to 98% by weight, and more preferably 55% by weight to 85% by weight. Ceramic particles of TiB 2 are preferably used for titanium boride, and the particle size thereof can be, for example, 0.5 to 5 μm, preferably 0.5 to 2 μm. The inorganic binder binds the TiB 2 particles together. As the inorganic binder material, for example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (Ti
O 2 ) and the like can be mentioned. As the inorganic binder, for example, one having a melting point of 1000 ° C. or higher, preferably 1500 ° C. or higher is used. Considering the influence on the parts to be brazed using the jig, for example, semiconductor device parts, the inorganic binder does not contain elements such as Na and Fe, so that the parts are not contaminated with harmful elements. Those that are not afraid are desirable. From this point, silicon oxide is more preferable as the inorganic binder material. The proportion of the inorganic binder in the wear resistant coating is, for example, 2% by weight to 50%.
%, Preferably 15% to 45% by weight. Incidentally, the wear-resistant coating composed of titanium boride and the inorganic binder, within the range in which the effect of the present invention can be exerted,
It may contain other trace components.
【0019】本発明の製造方法では、まず黒鉛からなる
基材の表面に、ホウ化チタン、金属アルコキシド、水、
溶媒および触媒を含む混合液を塗布する。ホウ化チタン
には、TiB2 のセラミックス粒子が好ましく用いら
れ、その粒径は、形成すべき膜の密着性の点から0.5
〜5μmの範囲が望ましく、形成すべき膜の表面粗さ、
部品に対する摺動性の点から0.5〜1μmがより好ま
しい。塗布すべき混合液におけるホウ化チタン粒子の含
有量は、たとえば、金属アルコキシドとホウ化チタン粒
子との合計重量に対して、25〜75重量%が好まし
い。この含有量が25重量%以下の場合、熱処理におけ
る膜の収縮により、密着性の良いコーティングを得るこ
とができなくなってくる。一方、含有量が75重量%を
超えると、金属アルコキシドから生成されるバインダの
結合力低下により、被膜に亀裂が入りやすくなってく
る。In the production method of the present invention, first, titanium boride, metal alkoxide, water,
A mixed solution containing a solvent and a catalyst is applied. TiB 2 ceramic particles are preferably used for titanium boride, and the particle size is 0.5 from the viewpoint of the adhesion of the film to be formed.
A surface roughness of the film to be formed,
From the viewpoint of slidability with respect to parts, 0.5 to 1 μm is more preferable. The content of titanium boride particles in the mixed liquid to be applied is preferably, for example, 25 to 75% by weight based on the total weight of the metal alkoxide and titanium boride particles. If this content is 25% by weight or less, the coating with good adhesion cannot be obtained due to the shrinkage of the film during the heat treatment. On the other hand, when the content exceeds 75% by weight, the binding force of the binder generated from the metal alkoxide is reduced, and the coating is likely to crack.
【0020】混合物における金属アルコキシドは、M
(OR)n の一般式で表わすことができるもので、加水
分解、重合反応を経て、ホウ化チタン粒子を結合するバ
インダを生成させるためのものである。金属アルコキシ
ドは反応性に富み、加水分解と重合反応を受けて金属−
酸素の結合からなる重合体を生成しやすい。そして、比
較的低温での熱処理により、金属酸化物を生成させるこ
とができる。金属アルコキシドとして、たとえばテトラ
エトキシシラン(Si(OC2 H5 )4 )、テトラメト
キシシラン(Si(OCH3 )4 )、テトラブトキシシ
ラン(Si(OC 4 H9 )4 )などのSiのアルコキシ
ド、アルミニウムイソプロポキシド(Al(OC
3 H7 )3 )などのAlのアルコキシド、チタンイソプ
ロポキシド(Ti(OC3 H7 )4 )などのTiのアル
コキシドを挙げることができる。上述したようにろう付
けすべき部品への影響を考慮した場合、無機バインダと
してSiO 2 を生成させることがより好ましく、この点
からSiのアルコキシドを用いることがより好ましい。The metal alkoxide in the mixture is M
(OR)nCan be represented by the general formula
After the decomposition and polymerization reactions, the bar that binds the titanium boride particles together
This is for generating an inder. Metal alkoxy
Is highly reactive, and undergoes hydrolysis and polymerization reactions to form metal-
It is easy to produce a polymer composed of oxygen bonds. And the ratio
Heat treatment at a comparatively low temperature may generate metal oxides.
You can Examples of metal alkoxides include tetra
Ethoxysilane (Si (OC2HFive)Four), Tetrameth
Xysilane (Si (OCH3)Four), Tetrabutoxy
Run (Si (OC FourH9)Four) Etc. Si alkoxy
Aluminium isopropoxide (Al (OC
3H7)3) Al alkoxide, titanium isop
Ropoxide (Ti (OC3H7)Four) Etc. Ti Al
Mention may be made of coxides. Brazing as described above
Considering the effect on the parts to be
Then SiO 2It is more preferable to generate
It is more preferable to use an alkoxide of Si.
【0021】塗布用混合液において、水は加水分解のた
めのもので、溶媒は均質な溶液を調製するため用いられ
る。溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノ
ール、ブタノールなどのアルコール類が主として用いら
れるが、この他に、エチレングリコール、エチレンオキ
シド、キシレン等の他の溶媒も使用される。触媒として
は、酸またはアンモニア等を用いることができる。酸に
は、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、フッ酸などがある。金属
アルコキシド、水、溶媒および触媒を含む溶液は、ゾル
−ゲル法に従って金属酸化物を生成させることができ、
これがバインダとなってホウ化チタン粒子を結合し、均
質でかつ滑らかなコーティングをもたらす。混合液の塗
布は、浸漬、スプレー等、種々の方法によって行なうこ
とができる。In the coating mixture, the water is for hydrolysis and the solvent is used for preparing a homogeneous solution. As the solvent, alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol are mainly used, but other solvents such as ethylene glycol, ethylene oxide and xylene are also used. An acid, ammonia, or the like can be used as the catalyst. Acids include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, acetic acid, hydrofluoric acid and the like. A solution containing a metal alkoxide, water, a solvent and a catalyst can produce a metal oxide according to the sol-gel method,
This serves as a binder to bind the titanium boride particles together, resulting in a uniform and smooth coating. The application of the mixed liquid can be performed by various methods such as dipping and spraying.
【0022】混合液が塗布された基材は、酸化性雰囲気
下において300℃〜500℃の温度、および/または
非酸化性雰囲気下において500℃〜1300℃の温度
で加熱する。酸化性雰囲気として大気を用いることがで
き、非酸化性雰囲気として窒素、アルゴン等の不活性ガ
ス雰囲気を用いることができる。酸素の存在する環境下
で500℃を超える温度を用いて熱処理を行なうと、T
iB2 が酸化を受けコーティングの剥離が発生しやすく
なるため、それより低い温度で加熱することが望まし
い。一方、熱処理の温度が高いほど、金属アルコキシド
から金属酸化物への反応は進みやすく、コーティングの
接着力が向上するようになる。そこで500℃以上の温
度で熱処理する場合は、窒素雰囲気等の酸素の存在しな
い非酸化性雰囲気での加熱が望ましい。熱処理により、
ホウ化チタンが金属酸化物で結合されてなる被膜が形成
される。The substrate coated with the mixed liquid is heated at a temperature of 300 ° C. to 500 ° C. in an oxidizing atmosphere and / or at a temperature of 500 ° C. to 1300 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. Air can be used as the oxidizing atmosphere, and an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon can be used as the non-oxidizing atmosphere. When heat treatment is performed at a temperature exceeding 500 ° C. in an environment where oxygen is present, T
Since iB 2 is oxidized and peeling of the coating is likely to occur, it is desirable to heat at a temperature lower than that. On the other hand, the higher the heat treatment temperature, the easier the reaction of the metal alkoxide to the metal oxide proceeds, and the adhesive strength of the coating is improved. Therefore, when heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. or higher, heating in a non-oxidizing atmosphere in which oxygen does not exist, such as a nitrogen atmosphere, is desirable. By heat treatment,
A film of titanium boride bonded with a metal oxide is formed.
【0023】本発明において、ホウ化チタンと無機バイ
ンダとからなる被膜は、以下に具体的に示すように耐摩
耗性をろう付け用治具に付与する。また、本発明による
耐摩耗性被膜は、ろう付けに際してハンダの変色を引起
こすことはない。被膜に対するハンダの濡れ性も悪く、
被膜はハンダにより汚染されることはない。In the present invention, the coating composed of titanium boride and the inorganic binder imparts wear resistance to the brazing jig, as will be concretely shown below. Also, the wear resistant coating according to the present invention does not cause discoloration of the solder during brazing. The wettability of solder to the coating is poor,
The coating is not contaminated by solder.
【0024】また、本発明において被膜は、以下に具体
的に述べるように黒鉛基材に対して耐酸化性を付与す
る。TiB2 は、500℃程度の高温において次の式で
示される酸化反応を起こし得る。Further, in the present invention, the coating film imparts oxidation resistance to the graphite base material as will be specifically described below. TiB 2 can cause an oxidation reaction represented by the following formula at a high temperature of about 500 ° C.
【0025】 2TiB2 +5O2 →2TiO2 +2B2 O3 しかし、比較的融点の低いB2 O3 は、半溶融状態また
は溶融状態でTiB2 粒子、TiO2 粒子間を塞ぎ、黒
鉛基材への酸素の攻撃を効果的に遮断することができ
る。これにより、ある程度の高温における酸化に対して
も、抵抗性を有するろう付け用治具を提供することがで
きる。[0025] 2TiB 2 + 5O 2 → 2TiO 2 + 2B 2 O 3 , however, a relatively low melting point B 2 O 3 is, TiB 2 particles in a semi-molten state or a molten state, blocks the inter-TiO 2 particles, to a graphite substrate It can effectively block the attack of oxygen. This makes it possible to provide a brazing jig having resistance to oxidation at a high temperature to some extent.
【0026】本発明に従うろう付け用治具は、非酸化性
雰囲気下での使用はもとより、酸化性雰囲気下において
も600℃以下の温度、より好ましくは500℃以下の
温度において使用が可能であり、耐酸化性を有するもの
である。The brazing jig according to the present invention can be used not only in a non-oxidizing atmosphere but also in an oxidizing atmosphere at a temperature of 600 ° C. or lower, more preferably 500 ° C. or lower. , Which has oxidation resistance.
【0027】また、本発明に従ってホウ化チタンおよび
無機バインダからなるコーティングは、黒鉛材に強く接
着し、ヒートサイクルに対しても剥離しないものであ
る。これは、ホウ化チタンと無機バインダとの相互作用
によるものであるとも考えられる。本発明に従って形成
される被膜は、均質で滑らかであり、基板に固く付着す
る。Further, the coating composed of titanium boride and the inorganic binder according to the present invention strongly adheres to the graphite material and does not peel off even in the heat cycle. It is considered that this is due to the interaction between titanium boride and the inorganic binder. The coating formed in accordance with the present invention is homogeneous, smooth and adheres firmly to the substrate.
【0028】さらに、本発明に従う被膜は、上述した方
法により比較的低温で形成することができる。これは、
製造コストの低減につながる。本発明の製造方法は、C
VDや溶射に比べて大掛りな装置を必要とせず、簡便な
方法により均質で基材に固く付着する耐摩耗性被膜をも
たらす。また、広い面積の基材にも簡単に均質なコーテ
ィングが可能である。本発明の方法に従って液相から生
成され、セラミックス粒子とバインダとからなる被膜
は、CVDや溶射プロセスによって形成される炭化物や
窒化物の膜よりも、基材に強く結合し、剥れにくいもの
であると考えられる。Furthermore, the coating according to the present invention can be formed at a relatively low temperature by the method described above. this is,
This leads to a reduction in manufacturing costs. The manufacturing method of the present invention is
Compared to VD and thermal spraying, it does not require a large-scale device, and provides a wear-resistant coating that is homogeneous and adheres firmly to the substrate by a simple method. Further, it is possible to easily and uniformly coat a substrate having a large area. A coating film formed from a liquid phase according to the method of the present invention and composed of ceramic particles and a binder is one that is more strongly bonded to a substrate and less likely to peel off than a carbide or nitride film formed by a CVD or thermal spraying process. It is believed that there is.
【0029】[0029]
例1 テトラエトキシシラン約25重量部、エタノール約75
重量部、水約20重量部、硝酸約0.3重量部からなる
金属アルコキシド溶液に、平均粒径1〜1.5μmのT
iB2 粒子を混合したスラリーを、黒鉛からなる成形品
にスプレー塗布した。スラリーの調製にあたり、TiB
2 粒子の含量が金属アルコキシドとTiB2 の合計重量
に対して10重量%、50重量%、80重量%となるよ
うTiB 2 を配合して、3種類のスラリーを調製し、得
られたスラリーをそれぞれスプレー塗布した。塗膜の厚
みは、25〜50μmに調整した。スラリーを塗布され
た黒鉛成形品を、250℃、600℃、1000℃、1
400℃の各温度で、それぞれ窒素雰囲気下において6
時間熱処理した。熱処理の後、得られた結果を表1にま
とめる。250℃の熱処理では、乾燥が不十分であっ
た。TiB2 の含量が50重量%において、600℃、
1000℃の熱処理により、好ましい被膜が得られた。 Example 1 About 25 parts by weight of tetraethoxysilane, about 75 parts of ethanol
By weight, about 20 parts by weight of water, about 0.3 parts by weight of nitric acid
T with an average particle size of 1 to 1.5 μm in a metal alkoxide solution
iB2Molded product made of graphite from a slurry mixed with particles
It was spray coated on. When preparing the slurry, TiB
2The content of particles is metal alkoxide and TiB2Total weight of
10% by weight, 50% by weight, 80% by weight
U TiB 2To prepare three types of slurries and obtain
Each of the resulting slurries was spray coated. Coating thickness
The fineness was adjusted to 25 to 50 μm. The slurry is applied
The molded graphite product was placed at 250 ° C, 600 ° C, 1000 ° C, 1
6 at each temperature of 400 ° C under nitrogen atmosphere
Heat treated for hours. The results obtained after heat treatment are shown in Table 1.
stop. The heat treatment at 250 ° C did not result in sufficient drying.
Was. TiB2At a content of 50% by weight, 600 ° C,
A preferable film was obtained by heat treatment at 1000 ° C.
【0030】[0030]
【表1】 [Table 1]
【0031】例2 上述した配合のスラリーにおいて、TiB2 粒子と金属
アルコキシドとの重量比が1:1のものを黒鉛成形品に
厚み25〜50μmでスプレー塗布し、次いで、窒素雰
囲気中において1時間600℃の温度で加熱した。Example 2 In a slurry having the above composition, a TiB 2 particle and a metal alkoxide having a weight ratio of 1: 1 were spray-coated on a graphite molded product at a thickness of 25 to 50 μm, and then in a nitrogen atmosphere for 1 hour. Heated at a temperature of 600 ° C.
【0032】得られたろう付け用治具の断面を図2に模
式的に示す。ろう付け用治具10において、黒鉛からな
る基材11上には、TiB2 およびSiO2 からなる耐
摩耗性被膜12が形成される。該被膜12は、ろう付け
部品を載置すべき作動面11a上に少なくとも設けられ
る。被膜12の厚みは、たとえば5〜10μm程度とす
ることができる。A cross section of the obtained brazing jig is schematically shown in FIG. In the brazing jig 10, a wear resistant coating 12 made of TiB 2 and SiO 2 is formed on a base material 11 made of graphite. The coating 12 is provided at least on the operating surface 11a on which the brazing component is to be placed. The thickness of the coating 12 can be, for example, about 5 to 10 μm.
【0033】得られたろう付け用治具について、ハンダ
(Pb−50重量%Sn)との濡れ性を評価した。なお
比較例として、ガラス状カーボンをコーティングした黒
鉛治具についても評価した。その結果を表2に示す。表
に示すように本発明に従ってコーティングを施した表面
は、ハンダに対する濡れ性が相対的に悪く、また、コー
ティング上においてハンダの変色も起こらない。The brazing jig thus obtained was evaluated for wettability with solder (Pb-50 wt% Sn). As a comparative example, a graphite jig coated with glassy carbon was also evaluated. The results are shown in Table 2. As shown in the table, the surface coated according to the present invention has relatively poor wettability to solder, and the discoloration of solder does not occur on the coating.
【0034】[0034]
【表2】 [Table 2]
【0035】さらに、得られたろう付け治具をH2 :N
2 =1:1の還元性雰囲気下、500℃で500時間保
持したが、膜の剥離は認められなかった。Further, the obtained brazing jig is H 2 : N
The film was held at 500 ° C. for 500 hours in a reducing atmosphere of 2 = 1: 1, but no peeling of the film was observed.
【0036】例3 テトラエトキシシラン約25重量部、エタノール約75
重量部、水約20重量部、硝酸約0.3重量部、平均粒
径1〜1.5μmのTiB2 粒子約58重量部、約30
重量部、または約16重量部配合した3種のスラリーを
それぞれ調製し、黒鉛形成品にスプレー塗布した。次い
で、スプレー塗布を行なった基材を大気中400℃にて
5時間熱処理した後、窒素雰囲気中600℃にて2時間
熱処理し、耐摩耗性被膜を黒鉛基材上に形成した。7μ
m〜40μmの被膜をそれぞれ形成したサンプルについ
て、粉落ち試験および酸化試験を行なった。粉落ち試験
では、図3に示すような装置において、試験片31上に
おもり32を載せて、粒径3μmのAl2 O3 が表面に
分散付着されたアルミナラッピングペーパー33上を3
0度の傾斜面に沿って10回滑り落とすことにより試験
片の摩耗量を測定した。試験片への荷重は130g/c
m2 であった。初期重量をW0 とし、試験後の測定重量
をWとしたとき、100(W0 −W)/W0 (%)で示
される値を求め、評価を行なった。この値が少ないほど
耐摩耗性に優れている。また、酸化試験では、10×1
0×60mmの試験片を、1000℃の温度において1
000ppmのO2 を含む雰囲気下、3時間保持した後
の初期重量に対する重量変化(%)を求めた。黒鉛のみ
の治具では、約1.2%の重量の減少が認められた。以
上の結果を表3に示す。表に示すように、本発明のろう
付け用治具は、耐摩耗性、耐酸化性とも、ガラス状カー
ボンコート治具およびコーティングを施していない治具
に比べて優れていることがわかる。Example 3 About 25 parts by weight of tetraethoxysilane, about 75 parts of ethanol
Parts by weight, about 20 parts by weight of water, about 0.3 parts by weight of nitric acid, about 58 parts by weight of TiB 2 particles having an average particle size of 1 to 1.5 μm, about 30
Three types of slurries each containing 1 part by weight or about 16 parts by weight were prepared and spray-coated on the graphite-formed product. Next, the spray-coated base material was heat-treated in the air at 400 ° C. for 5 hours, and then heat-treated in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 2 hours to form an abrasion resistant coating on the graphite base material. 7μ
The powder drop test and the oxidation test were performed on the samples each having a film of m to 40 μm formed. The dusting test, the apparatus shown in FIG. 3, by placing a weight 32 on the specimen 31, on alumina wrapping paper 33 Al 2 O 3 is dispersed adhered to the surface of the particle size 3 [mu] m 3
The amount of wear of the test piece was measured by sliding it down 10 times along a 0 ° inclined surface. The load on the test piece is 130 g / c
m 2 . When the initial weight was W 0 and the measured weight after the test was W, a value represented by 100 (W 0 −W) / W 0 (%) was obtained and evaluated. The smaller this value, the better the abrasion resistance. Also, in the oxidation test, 10 × 1
A test piece of 0 × 60 mm was set at 1 at a temperature of 1000 ° C.
The weight change (%) with respect to the initial weight after holding for 3 hours in an atmosphere containing 000 ppm of O 2 was determined. A jig of only graphite showed a weight loss of about 1.2%. The above results are shown in Table 3. As shown in the table, it is understood that the brazing jig of the present invention is superior in both abrasion resistance and oxidation resistance to the glassy carbon coated jig and the uncoated jig.
【0037】[0037]
【表3】 [Table 3]
【0038】例4 例3におけるNo.3のろう付け治具に対し、H2 :N
2 =1:1の雰囲気下、400℃で1時間保持した後、
室温に戻すヒートサイクルを225回または1650回
行なった後、膜の接着性、膜の組成、膜厚を測定した。
膜の組成はX線回折によって評価した。Example 4 No. For the brazing jig of No. 3, H 2 : N
After holding at 400 ° C for 1 hour in an atmosphere of 2 = 1: 1,
After performing a heat cycle of returning to room temperature 225 times or 1650 times, the adhesiveness of the film, the composition of the film, and the film thickness were measured.
The composition of the film was evaluated by X-ray diffraction.
【0039】膜の接着性に関しては、225、1650
バッチ使用後とも試験前の接着強度と有意差が認められ
なかった。膜の組成についても、同様に試験前と有意差
が認められず、使用後も試験前の設定膜厚を維持してい
た。このように本発明に従う治具は、被膜が強く基材に
結合し、耐久性に優れたものであることがわかる。Regarding the adhesiveness of the film, 225, 1650
After using the batch, no significant difference was observed with the adhesive strength before the test. Similarly, regarding the composition of the film, no significant difference was found between before the test and after the use, the set film thickness before the test was maintained. As described above, it can be seen that the jig according to the present invention has a strong coating film and is bonded to the substrate, and has excellent durability.
【0040】[0040]
【発明の効果】本発明によれば、耐摩耗性、耐酸化性に
優れ、長い寿命を有するろう付け治具を提供することが
できる。また本発明を用いてろう付けを行なった場合、
従来ガラス状カーボンコート品で発生したようなハンダ
の変色はなく、ハンダの汚染も抑制される。According to the present invention, it is possible to provide a brazing jig having excellent wear resistance and oxidation resistance and having a long life. When brazing is performed using the present invention,
There is no discoloration of the solder that has occurred in the conventional glassy carbon coated product, and the contamination of the solder is suppressed.
【図1】ろう付け用治具を用いてろう付けを行なう工程
の一例を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a step of brazing using a brazing jig.
【図2】本発明に従うろう付け用治具の一例を示す断面
図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a brazing jig according to the present invention.
【図3】ろう付け用治具を構成するサンプルについて、
粉落ち試験を行なうための装置を示す模式図である。[Fig. 3] Regarding a sample constituting a brazing jig,
It is a schematic diagram which shows the apparatus for performing a powder drop test.
10 ろう付け用治具 11 基材 11a 作動面 12 耐摩耗性被膜 10 Brazing jig 11 Base material 11a Working surface 12 Abrasion resistant coating
Claims (2)
膜を形成してなるろう付け用治具において、 前記耐摩耗性の被膜が、主成分であるホウ化チタンと、
それを結合する無機バインダとからなることを特徴とす
る、ろう付け用治具。1. A brazing jig in which a wear-resistant coating is formed on the surface of a base material made of graphite, wherein the wear-resistant coating is titanium boride as a main component.
A brazing jig, comprising an inorganic binder that binds it.
ン、金属アルコキシド、水、溶媒および触媒を含む混合
液を塗布する工程と、 前記混合液が塗布された前記基材を、酸化性雰囲気下に
おいて300℃〜500℃の温度で加熱すること、およ
び/または非酸化性雰囲気下において500℃〜130
0℃の温度で加熱することにより、前記基材の表面に、
前記ホウ化チタンが金属酸化物で結合されてなる被膜を
形成する工程とを備えることを特徴とする、ろう付け用
治具の製造方法。2. A step of applying a mixed solution containing titanium boride, a metal alkoxide, water, a solvent and a catalyst onto the surface of a base material made of graphite, and the base material coated with the mixed solution is oxidized. Heating at a temperature of 300 ° C to 500 ° C in an atmosphere and / or 500 ° C to 130 in a non-oxidizing atmosphere.
By heating at a temperature of 0 ° C., on the surface of the base material,
And a step of forming a coating film in which the titanium boride is bonded with a metal oxide.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6277720A JPH08133873A (en) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Soldering jig and its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6277720A JPH08133873A (en) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Soldering jig and its production |
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Publication Number | Publication Date |
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JP6277720A Withdrawn JPH08133873A (en) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Soldering jig and its production |
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JP (1) | JPH08133873A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002134666A (en) * | 2000-10-30 | 2002-05-10 | Achilles Corp | Heat radiation resin sheet |
CN109135364A (en) * | 2018-09-28 | 2019-01-04 | 桐城市明丽碳化硼制品有限公司 | A kind of blast nozzle wear-resistant coating |
-
1994
- 1994-11-11 JP JP6277720A patent/JPH08133873A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002134666A (en) * | 2000-10-30 | 2002-05-10 | Achilles Corp | Heat radiation resin sheet |
JP4584439B2 (en) * | 2000-10-30 | 2010-11-24 | アキレス株式会社 | Heat dissipation resin sheet |
CN109135364A (en) * | 2018-09-28 | 2019-01-04 | 桐城市明丽碳化硼制品有限公司 | A kind of blast nozzle wear-resistant coating |
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