JP5978105B2 - Silicon carbide ceramic joined body and method for producing silicon carbide ceramic joined body - Google Patents
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本発明の実施形態は、炭化ケイ素セラミックス接合体及び炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a silicon carbide ceramic joined body and a method for manufacturing a silicon carbide ceramic joined body.
炭化ケイ素（ＳｉＣ）セラミックスは、耐熱性、耐食性、耐環境性、高剛性、熱安定性などの優れた性質を有することから、高温構造部材や耐摩耗性部材などとして使用されている。特に、近年ではＳｉＣセラミックスの特性を活かして、半導体製造装置用治具を始めとする半導体関連部品への実用化が進められている。さらに、原子力やガスタービンなどのエネルギー機器、ポンプ部品、メカニカルシール部品、摺動部品、熱交換器部品などの産業機器への適用化研究も進められている。 Silicon carbide (SiC) ceramics have excellent properties such as heat resistance, corrosion resistance, environmental resistance, high rigidity, and thermal stability, and thus are used as high-temperature structural members and wear-resistant members. In particular, practical application to semiconductor-related parts such as jigs for semiconductor manufacturing apparatuses has been promoted in recent years by utilizing the characteristics of SiC ceramics. In addition, research into the application of energy equipment such as nuclear power and gas turbines, industrial equipment such as pump parts, mechanical seal parts, sliding parts, heat exchanger parts, etc. is also underway.
このため、より大型の部品やより複雑な形状を有する部品を、炭化ケイ素セラミックスを用いて作製する技術が求められている。しかしながら、セラミックス部材は一般的に焼結時にある程度の収縮を伴うことから、大型部品や複雑形状部品を作製することが困難とされている。そこで、複数のセラミックス部材を用意し、これらを連結して大型部品や複雑形状部品を作製することが試みられている。 For this reason, there is a demand for a technique for producing a larger part or a part having a more complicated shape using silicon carbide ceramics. However, since ceramic members generally undergo a certain amount of shrinkage during sintering, it is difficult to produce large-sized parts and complex-shaped parts. Therefore, it has been attempted to prepare a plurality of ceramic members and connect them to produce a large component or a complex shaped component.
セラミックス部材同士の接合方法としては、例えばホットプレス等を用いた固相接合法が知られている。また、その他の方法として、銀、チタン等の金属材料やシリコン、ガラス等の無機材料を含有するろう材を用いたろう付け、又はセラミックス前駆体などを利用した無機物焼成法などの中間材法も知られている。 As a method for bonding ceramic members, for example, a solid phase bonding method using a hot press or the like is known. As other methods, intermediate material methods such as brazing using a brazing material containing a metal material such as silver or titanium, or an inorganic material such as silicon or glass, or an inorganic firing method using a ceramic precursor or the like are also known. It has been.
しかしながら、固相接合法等の直接的接合法は、高温下で加圧して接合することから、接合可能なセラミックス基材の形状や寸法には制約があり、接合部材の大型化や複雑形状化には限度があった。一方、中間材法を用いた接合技術は、真空中ぬれ性に優れた金属系ろう材等を用いることで、比較的低温での接合が可能であることから、セラミックス部材の接合技術として多用されている。しかしながら、炭化ケイ素セラミックスと金属系ろう材とでは、熱膨張係数等の熱物性差が大きく、接合時や使用時に接合部の近傍において発生する熱応力が過度に増大し易く、接合体に残留応力が生じ易い。このため、脆性な炭化ケイ素セラミックスに適用すると、接合体において破損が生じ易い等の難点があった。 However, since direct bonding methods such as solid phase bonding are performed by pressurizing under high temperature, there are restrictions on the shape and dimensions of the ceramic base material that can be bonded, and the size and size of the bonding member is increased. There was a limit. On the other hand, the joining technique using the intermediate material method is widely used as a joining technique for ceramic members because it can be joined at a relatively low temperature by using a metal brazing material having excellent wettability in vacuum. ing. However, between silicon carbide ceramics and metallic brazing filler metal, there is a large difference in thermal properties such as thermal expansion coefficient, and thermal stress generated in the vicinity of the joint at the time of joining and use tends to increase excessively, resulting in residual stress in the joined body. Is likely to occur. For this reason, when it applied to brittle silicon carbide ceramics, there existed difficulties, such as being easy to produce damage in a joined object.
上記のような問題を解決するため、反応焼結法による炭化ケイ素を用いて、炭化ケイ素セラミックス同士を接合する技術が提案されている。ＳｉＣの反応焼結法は、例えば骨材としてのＳｉＣ粉末と炭素粉末や樹脂などとの混合物を所望の形状に成形し、この成形体をケイ素の溶融温度以上に加熱しつつ、溶融したケイ素を含浸することにより行われる。反応焼結炭化ケイ素は、被接合部材としての炭化ケイ素セラミックスに近い熱物性を有しており、また、その原料組成等により熱膨張係数を微調整することで、炭化ケイ素セラミックスの熱特性と精密にマッチングさせることが可能である。このため、反応焼結炭化ケイ素を、炭化ケイ素セラミックス部材間の接合に用いることで、接合体において高い接合強度を得られるうえ、その微細構造を制御することにより、優れた熱安定性も得られるものである。 In order to solve the above problems, a technique for joining silicon carbide ceramics using silicon carbide by a reactive sintering method has been proposed. The SiC reactive sintering method is, for example, forming a mixture of SiC powder as an aggregate and carbon powder or resin into a desired shape, and heating the molded body to a temperature higher than the melting temperature of silicon, This is done by impregnation. Reaction-sintered silicon carbide has thermal properties close to those of silicon carbide ceramics as a member to be joined, and the thermal characteristics and precision of silicon carbide ceramics can be adjusted by fine-tuning the thermal expansion coefficient according to the raw material composition. Can be matched. For this reason, by using reaction sintered silicon carbide for bonding between silicon carbide ceramic members, high bonding strength can be obtained in the bonded body, and excellent thermal stability can also be obtained by controlling the microstructure. Is.
しかしながら、上記した手法では、いずれも、加熱炉内で接合作業を行うことから、加熱炉より大きいサイズの接合体の製造には適用することができず、加熱炉の寸法によって、製造する接合体の寸法や形状が制限されるという問題があった。 However, in any of the above methods, since the joining work is performed in the heating furnace, it cannot be applied to the manufacture of a joined body having a size larger than that of the heating furnace, and the joined body to be manufactured depends on the dimensions of the heating furnace. There was a problem that the size and shape of the product were limited.
そこで、加熱炉内での炉加熱でなく、大気中での局部加熱により、セラミックス部材の接合を行う技術が求められている。 Therefore, there is a demand for a technique for joining ceramic members by local heating in the atmosphere instead of furnace heating in a heating furnace.
一般に、局部加熱の熱源には、電子ビームやレーザビーム等のエネルギー密度の高いものが用いられる。このうち、電子ビームによる局部加熱は、真空チャンバー内で高真空状態で行われるため、チャンバーの寸法により、接合可能なセラミックス部材の大きさが制限される。これに対し、レーザビームによる局部加熱は、真空チャンバーを用いることなく行えることから、大気中での作業が可能であり、大型部品や複雑形状部品の製造に適している。 In general, a heat source with high energy density such as an electron beam or a laser beam is used as a heat source for local heating. Among these, since the local heating by the electron beam is performed in a high vacuum state in the vacuum chamber, the size of the ceramic member that can be joined is limited by the dimensions of the chamber. On the other hand, since local heating with a laser beam can be performed without using a vacuum chamber, work in the atmosphere is possible, and it is suitable for manufacturing large parts and complex-shaped parts.
なお、炭化ケイ素セラミックスは、高温で昇華することから、金属部材の場合のように、溶接により接合を行うことは不可能である。このため、局部加熱により炭化ケイ素セラミックスの接合を行う場合には、ろう付け等の中間材法による接合方法が適用される。 In addition, since silicon carbide ceramics sublime at high temperatures, it is impossible to join by welding as in the case of metal members. For this reason, when silicon carbide ceramics are joined by local heating, a joining method using an intermediate material method such as brazing is applied.
レーザを熱源として、局部加熱によりセラミックス同士をろう付けする方法としては、例えば、炭化ケイ素等のセラミックス部材間に、レニウム箔を挟んでレーザ照射により接合する方法、対向するセラミックス間、又はセラミックスと金属部材間に、２種以上の反応物質、具体的には、チタン（Ｔｉ）と炭素（Ｃ）からなる層を介在させて接合する方法が提案されている。 Examples of the method of brazing ceramics by local heating using a laser as a heat source include, for example, a method of bonding by laser irradiation with a rhenium foil sandwiched between ceramic members such as silicon carbide, between opposing ceramics, or between ceramics and metal A method has been proposed in which two or more kinds of reactants, specifically, a layer made of titanium (Ti) and carbon (C) are interposed between the members.
また、金属系ろう材以外のものを用いてろう付けする方法として、セラミックス部材間に、Ｓｉ粉末又はＳｉ薄膜を介在させ、この接合部にレーザ光を照射して局所加熱することにより、セラミックス部材間を接合する方法も提案されている。 In addition, as a method of brazing using a material other than a metal brazing material, a ceramic member is obtained by interposing a Si powder or a Si thin film between ceramic members and irradiating the joint with laser light to locally heat it. A method of joining the gaps has also been proposed.
しかしながら、金属系ろう材やＳｉ薄膜等をろう材として用いる方法では、炭化ケイ素セラミックスとろう材との間で熱物性差が生じ易く、接合時の熱応力の増大により接合体に残留応力が生じ易く、接合体としての強度低下が生じ易いものであった。特に接合部材が大型化、複雑形状化した場合には、ろう付け時や使用時に発生する熱応力（残留応力）が過度に増大する傾向があり、接合体として求められる強度を保持するため、接合可能な炭化ケイ素セラミックス部材の寸法や形状に制約が生じるものであった。 However, in the method using a metal brazing material or Si thin film as a brazing material, a difference in thermophysical properties is likely to occur between the silicon carbide ceramic and the brazing material, and residual stress is generated in the joined body due to an increase in thermal stress during joining. It was easy to cause a decrease in strength as a joined body. In particular, when the joining member becomes larger or has a complicated shape, the thermal stress (residual stress) generated during brazing or use tends to increase excessively. There were restrictions on the dimensions and shape of possible silicon carbide ceramic members.
さらに、炭化ケイ素セラミックスは、金属成分との反応性が高いため、金属系ろう材を用いると、ろう材中に含まれる金属成分と、炭化ケイ素セラミックスとの反応が進行し、接合部における強度低下を招き易いものであった。 Furthermore, since silicon carbide ceramics are highly reactive with metal components, when a metal brazing material is used, the reaction between the metal components contained in the brazing material and silicon carbide ceramics proceeds, resulting in a decrease in strength at the joint. It was easy to invite.
一方、ろう材として、上記したような金属系ろう材やＳｉ薄膜等を用いた場合には、炭化ケイ素セラミックス部材と比較して、接合部の耐熱性が大幅に低下し、接合体全体としての耐熱性が低下するという問題もあった。 On the other hand, when the above-described metal brazing material, Si thin film, or the like is used as the brazing material, the heat resistance of the joint is greatly reduced as compared with the silicon carbide ceramic member, and the entire joined body is There was also a problem that heat resistance decreased.
また、金属系ろう材以外のろう材を用いる方法として、セラミックス部材間を、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＭｇＯの混合微粉末からなるろう材を介して接合する方法が提案されている。 Further, as a method of using a brazing material other than the metal brazing material, a method of joining ceramic members via a brazing material composed of a mixed fine powder of Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Si 3 N 4 , and MgO. Has been proposed.
しかしながら、上記のような、セラミックス材料からなるろう材では、金属材料の場合に得られるような軟化状態を得られず、固相から直接液相に変化する。このため、大型部品や複雑形状部品の接合を行う場合には、接合部全体が液相化したときに、接合部の各部位毎に温度差が生じることがある。この場合、接合部を構成するろう材に粘性差が生じ、接合部全体の厚みを制御できない等、接合体の製造には必ずしも適しないものであった。また、上記のような酸化物を主体とするセラミックス材料は、一般に、炭化ケイ素セラミックスとのぬれ性が低いため、高温下での溶融時に気泡が発生し、接合部に気孔が生じ易いという問題があった。 However, a brazing material made of a ceramic material as described above cannot obtain a softened state as obtained in the case of a metal material, and changes directly from a solid phase to a liquid phase. For this reason, when joining a large-sized part or a complex-shaped part, when the whole joining part is made into a liquid phase, a temperature difference may arise for every site | part of a joining part. In this case, a difference in viscosity is generated in the brazing material constituting the joint, and the thickness of the entire joint cannot be controlled. In addition, ceramic materials mainly composed of oxides as described above generally have low wettability with silicon carbide ceramics, so that bubbles are generated when melted at high temperatures, and pores are likely to be formed at the joints. there were.
一方、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、シリコンを、それぞれ所定量ずつ含有するろう材を用いて、保護ガスや真空ガスを用いることなく、セラミックス部材間を接合する方法が提案されている。 On the other hand, there has been proposed a method for joining ceramic members using brazing materials each containing a predetermined amount of yttrium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, and silicon without using protective gas or vacuum gas. Yes.
このようなろう材を用いることで、セラミックス部材との熱特性差に起因する熱応力の発生を抑制することができ、また、セラミックス部材との反応を伴うことなく接合部を形成できることから、接合体としての強度低下を抑制することが可能である。 By using such a brazing material, it is possible to suppress the generation of thermal stress due to the difference in thermal characteristics with the ceramic member, and because it is possible to form a joint without a reaction with the ceramic member. It is possible to suppress a decrease in strength as a body.
しかしながら、上記したろう材を用いた場合でも、炭化ケイ素セラミックスとの熱特性差は、必ずしも十分に低減されておらず、特に大型部品を作製する場合には、接合体において熱応力が生じ易いものであった。また、上記したろう材は、炭化ケイ素セラミックスとのぬれ性が十分でなく、この点でも、必ずしも良好な接合状態を得られないものであった。 However, even when the brazing material described above is used, the difference in thermal characteristics from the silicon carbide ceramics is not necessarily reduced sufficiently, and particularly when large parts are produced, thermal stress is likely to occur in the joined body. Met. Further, the brazing material described above does not have sufficient wettability with the silicon carbide ceramics, and in this respect as well, a good bonded state cannot always be obtained.
本発明が解決しようとする課題は、大型形状、又は複雑形状であっても、大気中での局部加熱により、接合強度が高く、耐熱性、形状安定性に優れた炭化ケイ素セラミックス接合体及び炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that a silicon carbide ceramic joined body and carbonized body having high bonding strength, excellent heat resistance and shape stability due to local heating in the atmosphere even in a large shape or a complicated shape. It is providing the manufacturing method of a silicon ceramic joined body.
実施形態の炭化ケイ素セラミックス接合体は、複数の炭化ケイ素セラミックスからなる
被接合部材と、前記被接合部材間に設けられ、前記被接合部材間を接合する接合層とを備
え、前記接合層は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシウ
ム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イット
リウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有する
ろう材からなり、レーザービームを照射して加熱され、結晶相を含むか、又はその全体が
結晶化され、前記ろう材は、二酸化ケイ素を４５〜８７質量％、酸化アルミニウムを３〜
４０質量％、酸化マグネシウムを３〜３５質量％含有し、室温以上１０００℃以下の熱膨
張係数が３．５×１０-6／Ｋ以上５．５×１０-6／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６０
０℃以下、かつ溶融した前記ろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満で
あることを特徴とする。
The silicon carbide ceramic joined body of the embodiment includes a member to be joined made of a plurality of silicon carbide ceramics, and a joining layer that is provided between the members to be joined and joins the members to be joined. Containing silicon dioxide and aluminum oxide, and further containing at least one component selected from the group consisting of magnesium oxide, titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, iron oxide and chromium oxide It is made of a material, heated by irradiation with a laser beam, containing a crystal phase or crystallized entirely, and the brazing material contains 45 to 87% by mass of silicon dioxide and 3 to 3 of aluminum oxide.
40% by mass, containing 3 to 35% by mass of magnesium oxide, coefficient of thermal expansion from room temperature to 1000 ° C. of 3.5 × 10 −6 / K to 5.5 × 10 −6 / K, melting point of 1200 ° C. 160
The contact angle between the brazing filler metal and the silicon carbide ceramic is 0 ° C. or less and less than 60 degrees.
実施形態の炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法は、炭化ケイ素セラミックスから
なる被接合部材間に、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシ
ウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イッ
トリウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有す
るろう材からなるろう材層を設け、レーザービームを照射して前記ろう材層を加熱するこ
とにより前記ろう材層の少なくとも一部を結晶化させる炭化ケイ素セラミックス接合体の
製造方法であって、前記ろう材を介設する前の前記炭化ケイ素セラミックス部材の接合面
に、１０Å以上２００ｎｍ以下の厚さの酸化物層を形成する工程を有し、
前記ろう材として、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０-6／Ｋ以上５．
５×１０-6／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、かつ溶融状態での炭化ケイ
素セラミックスとの接触角が６０度未満であるろう材を使用することを特徴とする。
The manufacturing method of the silicon carbide ceramic joined body of embodiment contains silicon dioxide and aluminum oxide between the to-be-joined members which consist of silicon carbide ceramics, and also magnesium oxide, titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, oxidation By providing a brazing material layer made of a brazing material containing at least one component selected from the group consisting of zirconium, yttrium oxide, iron oxide and chromium oxide, and heating the brazing material layer by irradiating a laser beam. A method for producing a silicon carbide ceramic joined body in which at least a part of a material layer is crystallized, the joining surface of the silicon carbide ceramic member before the brazing material is interposed
A step of forming an oxide layer having a thickness of 10 to 200 nm,
4. The brazing material has a thermal expansion coefficient of 3.5 × 10 −6 / K or more at room temperature to 1000 ° C.
It is characterized by using a brazing material having a melting point of not less than 5 × 10 −6 / K, a melting point of 1200 ° C. or more and 1600 ° C. or less and a contact angle with silicon carbide ceramics in a molten state of less than 60 degrees.
本発明に係る炭化ケイ素セラミックス接合体１の実施の形態を、図面を参照して説明する。
An embodiment of a silicon carbide ceramic joined
図１は、実施形態に係る炭化ケイ素セラミックス接合体の側面図であり、図２は、図１に示す炭化ケイ素セラミックス接合体の端面図であり、図３は、図１に示す炭化ケイ素セラミックス接合体の破線で示す領域を拡大して示す図である。 1 is a side view of a silicon carbide ceramic joined body according to an embodiment, FIG. 2 is an end view of the silicon carbide ceramic joined body shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a silicon carbide ceramic joined body shown in FIG. It is a figure which expands and shows the area | region shown with the broken line of a body.
図１において、炭化ケイ素セラミックス接合体１は、円柱形状の第１のセラミックス部材２、第２のセラミックス部材３を有している。第１のセラミックス部材２、第２のセラミックス部材３は、図３で示すように、接合層４を介して接合されており、これらによって炭化ケイ素セラミックス接合体１が構成されている。なお、図１では、被接合部材として、２個のセラミックス部材２、３を用いた炭化ケイ素セラミックス接合体１を示したが、被接合部材の数は２個に限られるものではなく、３個もしくはそれ以上であってもよい。
In FIG. 1, a silicon carbide ceramic joined
接合層４は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を必須成分として含有し、さらに酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）及び酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）からなる群から選ばれる少なくとも１つを含有するろう材からなる。
The
接合層４は、ろう材からなるろう材層５（図５（ｃ）参照。）を加熱して形成したものである。接合層４の形成方法の詳細については、後に詳述する。
The
炭化ケイ素セラミックス接合体１は、第１のセラミックス部材２と接合層４との間、及び第２のセラミックス部材３と接合層４との間に、ケイ素酸化物を主体とする酸化物層６を有することが好ましい（図４参照。）。接合層４を構成するろう材は、二酸化ケイ素等の酸化物を主成分として構成されており、炭化ケイ素セラミックスに対するぬれ性が必ずしも十分でないことがある。第１、第２のセラミックス部材２、３と、接合層４との間に、ケイ素酸化物からなる酸化物層６を介在させた場合には、第１、第２のセラミックス部材２、３に対する、ろう材のぬれ性が高められる。
The silicon carbide ceramic joined
なお、酸化物層６を構成するケイ素酸化物は、第１、第２のセラミックス部材２、３に含まれるケイ素の酸化反応により形成されるものであり、第１、第２のセラミックス部材２、３を大気中に曝すか、又は酸化物層６の形成領域を大気中で加熱処理することにより形成することができる。
In addition, the silicon oxide which comprises the oxide layer 6 is formed by the oxidation reaction of the silicon contained in the 1st, 2nd
接合層４は、結晶相を含むか、又はその全体が結晶化されているものとすることが好ましい。接合層４を、結晶相を含むものとすることで、接合層４による、第１、第２のセラミックス部材２、３間の接合強度を低下させることなく、接合層４としての耐熱性を向上させることができる。
It is preferable that the
接合層４の強度は、接合層４に含まれる気孔径により受ける影響が大きいことから、接合層４中の気孔の気孔径は、１０μｍ未満であることが好ましい。接合層４中に、気孔径が１０μｍ以上のものが含まれると、接合層４において十分な強度が得られず、炭化ケイ素セラミックス接合体１としての強度が低下するおそれがある。接合層４に含まれる気孔の最大径は、５μｍ以下であることがより好ましい。
Since the strength of the
なお、本明細書において、「気孔径」とは、接合層４の任意の断面を顕微鏡、例えば光学顕微鏡、電子顕微鏡等により観察して確認された気孔、又は接合体を非破壊で、Ｘ線断層撮影装置等により接合層４を観察して確認された気孔の最大の内径の寸法である。
In the present specification, the “pore diameter” refers to an X-ray obtained by non-destructing a pore or a joined body confirmed by observing an arbitrary cross section of the
接合層４の厚さは５μｍ以上９０μｍ未満であることが好ましい。接合層４の厚さが５μｍ未満であると、第１のセラミックス部材２と第２のセラミックス部材３との間で、未接合箇所が発生し易く、また、接合層４の強度が低下し、炭化ケイ素セラミックス接合体１としての形状安定性を十分に得られないおそれがある。一方、接合層４の厚さが９０μｍ以上であると、炭化ケイ素セラミックス接合体１としての強度低下の要因となる。接合層４の厚さは、より好ましくは１０μｍ以上８０μｍ以下であり、さらに好ましくは２０μｍ以上６０μｍ以下である。
The thickness of the
本実施形態では、第１のセラミックス部材２、第２のセラミックス部材３として、焼結炭化ケイ素セラミックスを適用した例について示したが、第１、第２のセラミックス部材２、３としては、例えば、反応焼結炭化ケイ素、又は炭化ケイ素をマトリックスとする複合材料を適用することができる。
In this embodiment, although the example which applied sintered silicon carbide ceramics was shown as the 1st
ここで、反応焼結炭化ケイ素とは、骨材としてのＳｉＣ粉末と炭素粉末や樹脂などとの混合物を所望の形状に成形し、この成形体をケイ素の溶融温度以上に加熱しつつ、溶融したケイ素を含浸することにより製造されるものである。 Here, the reaction-sintered silicon carbide is formed by molding a mixture of SiC powder as an aggregate, carbon powder, resin, etc. into a desired shape, and heating the molded body at a temperature higher than the melting temperature of silicon. It is manufactured by impregnating silicon.
また、炭化ケイ素をマトリックスとする複合材料とは、母体であるマトリックスに、強化材料を添加し、この強化材料をマトリック全体に分散させたものである。マトリックスとしては、焼結炭化ケイ素、反応焼結炭化ケイ素、化学気相浸透法、プリカーサ含浸分解法などのプロセスから作製されたものを用いることができる。また、マトリックスに添加する強化材料としては、粒子、ウィスカー、短繊維、長繊維から選ばれる少なくとも一を用いることができる。なお、上記のマトリックス中に強化材料を添加した複合材料の表面には、ＣＶＤ法等によりＳｉＣコーティングしたものを用いることもできる。 Further, the composite material having silicon carbide as a matrix is obtained by adding a reinforcing material to a matrix which is a base material and dispersing the reinforcing material throughout the matrix. As a matrix, what was produced from processes, such as sintered silicon carbide, reaction sintered silicon carbide, a chemical vapor infiltration method, and a precursor impregnation decomposition method, can be used. Further, as the reinforcing material added to the matrix, at least one selected from particles, whiskers, short fibers, and long fibers can be used. In addition, the surface of the composite material in which the reinforcing material is added to the above matrix may be a material coated with SiC by the CVD method or the like.
第１、第２のセラミックス部材２、３としては、同一の素材同士の組み合わせ、すなわち、焼結炭化ケイ素同士、反応焼結炭化ケイ素同士、又は炭化ケイ素をマトリックスとする複合材料同士の組み合わせで用いることも可能であるが、異なる素材同士、例えば、焼結炭化ケイ素と反応焼結炭化ケイ素、焼結炭化ケイ素と炭化ケイ素をマトリックスとする複合材料、又は反応焼結炭化ケイ素と炭化ケイ素をマトリックスとする複合材料との組み合わせで用いることができる。
The first and second
接合層４を構成するろう材としては、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ以上５．５×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が上記範囲のろう材を用いることで、第１、第２のセラミックス部材２、３の熱膨張係数との差が小さく、ろう付け時や使用時に発生する熱応力が低減される。このため、第１、第２のセラミックス部材２、３の強度低下を抑制しつつ、接合層４による第１、第２のセラミックス部材２、３間の接合強度を高めることができる。また、このようなろう材を用いることで、接合時における、熱応力の増大を抑制しつつ、より大サイズ、又は複雑形状を有する炭化ケイ素セラミックス接合体１の製造に適用することができる。接合時における熱応力の発生を抑制して、より高い接合強度を得る観点から、ろう材の室温以上１０００℃以下の熱膨張係数は、好ましくは４．０×１０−６／Ｋ以上５．０×１０−６／Ｋ以下である。
The brazing material constituting the
溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角は、６０度未満であることが好ましい。溶融状態での、炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であるろう材を用いることで、第１、第２のセラミックス部材２、３に対するろう材の密着力が高められるとともに、接合層４において、第１のセラミックス部材２、第２のセラミックス部材３との界面における気孔等の欠陥の生成を抑制することができる。ろう材の溶融状態での炭化ケイ素セラミックスに対する接触角が６０度以上であると、接合層４内で生じる気孔の気孔径が増大し易く、接合層４の強度が低下し、炭化ケイ素セラミックス接合体１において、十分な形状安定性が得られないおそれがある。接合層４における気孔等の欠陥の発生を抑制し、接合層４において高い強度を得る観点からは、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角は、５０度以下が好ましく、３０度以下がより好ましい。
The contact angle between the molten brazing material and the silicon carbide ceramic is preferably less than 60 degrees. By using a brazing material having a contact angle with the silicon carbide ceramic in a molten state of less than 60 degrees, the adhesion of the brazing material to the first and second
ろう材としては、上記した成分を有するものを用いることで、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ〜５．５×１０−６／Ｋであり、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であり、かつ融点が１２００℃〜１６００℃の特性を得られる。 The brazing material, by using those having the above-mentioned components, a room temperature or higher 1000 ° C. below the thermal expansion coefficient of 3.5 × 10 -6 /K~5.5×10 -6 / K , melted The contact angle between the brazing material and the silicon carbide ceramic is less than 60 degrees, and the melting point is 1200 ° C. to 1600 ° C.
ろう材としては、具体的には、例えば、二酸化ケイ素を４５〜８７質量％、酸化アルミニウムを３〜４０質量％、酸化マグネシウムを３〜３５質量％含有するもの（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系ろう材）を用いることで、炭化ケイ素セラミックスとの熱膨張係数のマッチング性が良好で、かつこの炭化ケイ素セラミックスに対するぬれ性に優れており、接合強度が高く、耐熱性に優れた接合層４を得ることができる。 Specifically, as the brazing material, for example, a material containing 45 to 87% by mass of silicon dioxide, 3 to 40% by mass of aluminum oxide, and 3 to 35% by mass of magnesium oxide (SiO 2 —Al 2 O 3 — By using a MgO brazing material), the bonding layer has excellent thermal expansion coefficient matching with silicon carbide ceramics, excellent wettability to the silicon carbide ceramics, high bonding strength, and excellent heat resistance. 4 can be obtained.
ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系ろう材の二酸化ケイ素の含有量が４５質量％未満若しくは８７質量％を超える場合、酸化アルミニウム含有量が３質量％未満若しくは４０質量％を超える場合、又は酸化マグネシウム含有量が３質量％未満若しくは３５質量％を超える場合には、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ系ろう材において、融点が１２００℃未満若しくは１６００℃超となるか、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度以上となるか、又は室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ未満若しくは５．５×１０−６／Ｋ超となるおそれがある。 When the content of silicon dioxide in the SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO-based brazing material is less than 45 mass% or greater than 87 mass%, the aluminum oxide content is less than 3 mass% or greater than 40 mass%, or oxidation In the case where the magnesium content is less than 3% by mass or more than 35% by mass, in the SiO 2 —Al 2 O 3 —MgO-based brazing material, the melting point is less than 1200 ° C. or more than 1600 ° C. The contact angle with silicon carbide ceramics may be 60 ° or more, or the thermal expansion coefficient at room temperature to 1000 ° C. may be less than 3.5 × 10 −6 / K or more than 5.5 × 10 −6 / K. There is.
ろう材としては、例えば、二酸化ケイ素を４０〜９０質量％、酸化アルミニウムを５〜２５質量％、酸化チタンを５〜４０質量％含有するもの（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２系ろう材）を用いることで、炭化ケイ素セラミックスとの熱膨張係数のマッチング性が良好で、かつこの炭化ケイ素セラミックスに対するぬれ性に優れており、接合強度が高く、耐熱性に優れた接合層４を得ることができる。
Examples of the brazing material include 40 to 90% by mass of silicon dioxide, 5 to 25% by mass of aluminum oxide, and 5 to 40% by mass of titanium oxide (SiO 2 —Al 2 O 3 —TiO 2 based brazing material). ) Is used to obtain a
ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２系ろう材の二酸化ケイ素の含有量が４０質量％未満若しくは９０質量％を超える場合、酸化アルミニウム含有量が５質量％未満若しくは２５質量％を超える場合、又は酸化チタン含有量が５質量％未満若しくは４０質量％を超える場合には、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２系ろう材において、融点が１２００℃未満若しくは１６００℃超となるか、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度以上となるか、又は室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ未満若しくは５．５×１０−６／Ｋ超となるおそれがある。 When the content of silicon dioxide in the SiO 2 —Al 2 O 3 —TiO 2 brazing material is less than 40% by mass or more than 90% by mass, the aluminum oxide content is less than 5% by mass or more than 25% by mass, or If the titanium oxide content is less than 5% by mass or more than 40% by mass, the melting point of the SiO 2 —Al 2 O 3 —TiO 2 brazing material will be less than 1200 ° C. or more than 1600 ° C. The contact angle between the material and the silicon carbide ceramic is 60 degrees or more, or the thermal expansion coefficient of room temperature to 1000 ° C. is less than 3.5 × 10 −6 / K or more than 5.5 × 10 −6 / K. There is a risk.
ろう材としては、例えば、二酸化ケイ素１５〜９０質量％、酸化アルミニウム５〜２７質量％、酸化亜鉛５〜７５質量％含有するもの（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系ろう材）を用いることで、炭化ケイ素セラミックスとの熱膨張係数のマッチング性が良好で、かつこの炭化ケイ素セラミックスに対するぬれ性に優れており、接合強度が高く、耐熱性に優れた接合層４を得ることができる。
As the brazing material, for example, a material containing 15 to 90% by mass of silicon dioxide, 5 to 27% by mass of aluminum oxide, and 5 to 75% by mass of zinc oxide (SiO 2 —Al 2 O 3 —ZnO-based brazing material) is used. Thus, the
ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系ろう材の二酸化ケイ素の含有量が１５質量％未満若しくは９０質量％を超える場合、酸化アルミニウム含有量が５質量％未満若しくは２７質量％を超える場合、又は酸化亜鉛含有量が５質量％未満若しくは７５質量％を超える場合には、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系ろう材において、融点が１２００℃未満若しくは１６００℃超となるか、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度以上となるか、又は室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ未満若しくは５．５×１０−６／Ｋ超となるおそれがある。 When the silicon dioxide content of the SiO 2 —Al 2 O 3 —ZnO-based brazing material is less than 15% by mass or greater than 90% by mass, the aluminum oxide content is less than 5% by mass or greater than 27% by mass, or oxidation When the zinc content is less than 5% by mass or more than 75% by mass, the SiO 2 —Al 2 O 3 —ZnO-based brazing material has a melting point of less than 1200 ° C. or more than 1600 ° C. The contact angle with silicon carbide ceramics may be 60 ° or more, or the thermal expansion coefficient at room temperature to 1000 ° C. may be less than 3.5 × 10 −6 / K or more than 5.5 × 10 −6 / K. There is.
ろう材としては、例えば、二酸化ケイ素を６７〜８７質量％、酸化アルミニウムを３〜２０質量％、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）を１０〜１３質量％含有するもの（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ系ろう材）を用いることで、炭化ケイ素セラミックスとの熱膨張係数のマッチング性が良好で、かつこの炭化ケイ素セラミックスに対するぬれ性に優れており、接合強度が高く、耐熱性に優れた接合層４を得ることができる。
Examples of the brazing material include 67 to 87% by mass of silicon dioxide, 3 to 20% by mass of aluminum oxide, and 10 to 13% by mass of lithium oxide (Li 2 O) (SiO 2 —Al 2 O 3 — Li 2 O brazing filler metal) has good thermal expansion coefficient matching with silicon carbide ceramics, is excellent in wettability with respect to silicon carbide ceramics, has high bonding strength, and excellent heat resistance. The
ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ系ろう材の二酸化ケイ素の含有量が６７質量％未満若しくは８７質量％を超える場合、酸化アルミニウム含有量が３質量％未満若しくは２０質量％を超える場合、又は酸化リチウム含有量が１０質量％未満若しくは１３質量％を超える場合には、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ系ろう材において、融点が１２００℃未満若しくは１６００℃超となるか、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度以上となるか、又は室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ未満若しくは５．５×１０−６／Ｋ超となるおそれがある。 When the content of silicon dioxide of the SiO 2 —Al 2 O 3 —Li 2 O-based brazing material is less than 67% by mass or more than 87% by mass, when the aluminum oxide content is less than 3% by mass or more than 20% by mass, Alternatively, when the lithium oxide content is less than 10% by mass or more than 13% by mass, the melting point of the SiO 2 —Al 2 O 3 —Li 2 O brazing material is less than 1200 ° C. or more than 1600 ° C. The contact angle between the brazing filler metal and the silicon carbide ceramic is 60 degrees or more, or the thermal expansion coefficient of room temperature to 1000 ° C. is less than 3.5 × 10 −6 / K or 5.5 × 10 −6 / K. There is a risk of becoming super.
ろう材としては、例えば、二酸化ケイ素５〜９０質量％、酸化アルミニウム５〜４２質量％、酸化ホウ素１５〜８５質量％含有するもの（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ろう材）を用いることで、炭化ケイ素セラミックスとの熱膨張係数のマッチング性が良好で、かつこの炭化ケイ素セラミックスに対するぬれ性に優れており、接合強度が高く、耐熱性に優れた接合層４を得ることができる。
Examples of the brazing material include 5 to 90 mass% silicon dioxide, 5 to 42 mass% aluminum oxide, and 15 to 85 mass% boron oxide (SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 brazing material). By using this, it is possible to obtain a
ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ろう材の二酸化ケイ素の含有量が５質量％未満若しくは９０質量％を超える場合、酸化アルミニウム含有量が５質量％未満若しくは４２質量％を超える場合、又は酸化ホウ素含有量が１５質量％未満若しくは８５質量％を超える場合には、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ろう材において、融点が１２００℃未満若しくは１６００℃超となるか、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度以上となるか、又は室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ未満若しくは５．５×１０−６／Ｋ超となるおそれがある。 When the content of silicon dioxide in the SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 brazing material is less than 5% by mass or more than 90% by mass, and the aluminum oxide content is less than 5% by mass or more than 42% by mass Or when the boron oxide content is less than 15% by mass or more than 85% by mass, the melting point of the SiO 2 —Al 2 O 3 —B 2 O 3 brazing material is less than 1200 ° C. or more than 1600 ° C. The contact angle between the molten brazing filler metal and the silicon carbide ceramic is 60 degrees or more, or the thermal expansion coefficient at room temperature to 1000 ° C. is less than 3.5 × 10 −6 / K or 5.5 × 10 −6. / K may be exceeded.
ろう材としては、例えば、二酸化ケイ素を８０〜９４質量％、酸化アルミニウムを３〜１０質量％、酸化ジルコニウムを３〜１０質量％含有するもの（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２系ろう材）を用いることで、炭化ケイ素セラミックスとの熱膨張係数のマッチング性が良好で、かつこの炭化ケイ素セラミックスに対するぬれ性に優れており、接合強度が高く、耐熱性に優れた接合層４を得ることができる。
Examples of the brazing material include 80 to 94% by mass of silicon dioxide, 3 to 10% by mass of aluminum oxide, and 3 to 10% by mass of zirconium oxide (SiO 2 —Al 2 O 3 —ZrO 2 based brazing material). ) Is used to obtain a
ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３系ろう材の二酸化ケイ素の含有量が５５質量％未満若しくは９０質量％を超える場合、酸化アルミニウム含有量が７質量％未満若しくは２０質量％を超える場合、又は酸化イットリウム含有量が３質量％未満若しくは３０質量％を超える場合には、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３系ろう材において、融点が１２００℃未満若しくは１６００℃超となるか、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度以上となるか、又は室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ未満若しくは５．５×１０−６／Ｋ超となるおそれがある。 When the content of silicon dioxide in the SiO 2 —Al 2 O 3 —Y 2 O 3 brazing filler metal is less than 55% by mass or greater than 90% by mass, and when the aluminum oxide content is less than 7% by mass or greater than 20% by mass Or when the yttrium oxide content is less than 3% by mass or more than 30% by mass, the melting point of the SiO 2 —Al 2 O 3 —Y 2 O 3 brazing material is less than 1200 ° C. or more than 1600 ° C. The contact angle between the molten brazing filler metal and the silicon carbide ceramic is 60 degrees or more, or the thermal expansion coefficient at room temperature to 1000 ° C. is less than 3.5 × 10 −6 / K or 5.5 × 10 −6. / K may be exceeded.
ろう材としては、例えば、二酸化ケイ素２５〜８０質量％、酸化アルミニウム１０〜３５質量％、酸化鉄１０〜５５質量％含有するもの（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ３系ろう材）を用いることで。炭化ケイ素セラミックスとの熱膨張係数のマッチング性が良好で、かつこの炭化ケイ素セラミックスに対するぬれ性に優れており、接合強度が高く、耐熱性に優れた接合層４を得ることができる。
Examples of the brazing material include 25 to 80% by mass of silicon dioxide, 10 to 35% by mass of aluminum oxide, and 10 to 55% by mass of iron oxide (SiO 2 —Al 2 O 3 —Fe 2 O 3 type brazing material). By using. A
ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ３系ろう材の二酸化ケイ素の含有量が２５質量％未満若しくは８０質量％を超える場合、酸化アルミニウム含有量が１０質量％未満若しくは３５質量％を超える場合、又は酸化鉄含有量が１０質量％未満若しくは５５質量％を超える場合には、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｆｅ２Ｏ３系ろう材において、融点が１２００℃未満若しくは１６００℃超となるか、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度以上となるか、又は室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ未満若しくは５．５×１０−６／Ｋ超となるおそれがある。 When the content of silicon dioxide in the SiO 2 —Al 2 O 3 —Fe 2 O 3 brazing material is less than 25% by mass or more than 80% by mass, and when the aluminum oxide content is less than 10% by mass or more than 35% by mass Or if the iron oxide content is less than 10% by mass or more than 55% by mass, in the SiO 2 —Al 2 O 3 —Fe 2 O 3 brazing filler metal, the melting point is less than 1200 ° C. or more than 1600 ° C. The contact angle between the molten brazing filler metal and the silicon carbide ceramic is 60 degrees or more, or the thermal expansion coefficient at room temperature to 1000 ° C. is less than 3.5 × 10 −6 / K or 5.5 × 10 −6. / K may be exceeded.
ろう材としては、例えば、二酸化ケイ素８５〜９５質量％、酸化アルミニウム３〜１０質量％、酸化クロム２〜５質量％含有するもの（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３系ろう材）を用いることで、炭化ケイ素セラミックスとの熱膨張係数のマッチング性が良好で、かつこの炭化ケイ素セラミックスに対するぬれ性に優れており、接合強度が高く、耐熱性に優れた接合層４を得ることができる。
The brazing material, for example, 85 to 95 wt% of silicon dioxide, aluminum oxide 3-10 wt%, those containing 2-5 wt% chromium oxide (SiO 2 -Al 2 O 3 -Cr 2 O 3 based brazing material) By using this, it is possible to obtain a
ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３系ろう材の二酸化ケイ素の含有量が８５質量％未満若しくは９５質量％を超える場合、酸化アルミニウム含有量が３質量％未満若しくは１０質量％を超える場合、又は酸化鉄含有量が２質量％未満若しくは５質量％を超える場合には、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３系ろう材において、融点が１２００℃未満若しくは１６００℃超となるか、溶融したろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度以上となるか、又は室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ未満若しくは５．５×１０−６／Ｋ超となるおそれがある。 When the content of silicon dioxide in the SiO 2 —Al 2 O 3 —Cr 2 O 3 brazing material is less than 85 mass% or exceeds 95 mass%, the aluminum oxide content is less than 3 mass% or exceeds 10 mass% Or if the iron oxide content is less than 2% by mass or more than 5% by mass, in the SiO 2 —Al 2 O 3 —Cr 2 O 3 brazing material, whether the melting point is less than 1200 ° C. or more than 1600 ° C. The contact angle between the molten brazing filler metal and the silicon carbide ceramic is 60 degrees or more, or the thermal expansion coefficient at room temperature to 1000 ° C. is less than 3.5 × 10 −6 / K or 5.5 × 10 −6. / K may be exceeded.
上記したろう材は、各成分を上記した範囲で含有するものであれば、特に限定されないが、例えば、上記した各成分を含有する混合物に、有機溶媒又は樹脂成分を加えてスラリー状又はペースト状としたものであってもよく、上記した各成分を含有する混合物を加熱溶融した後、徐冷して粉末状にしたものに、有機溶媒又は樹脂成分を加えてスラリー状又はペースト状としたものであってもよい。この粉末体は、加熱溶融時にガラス化させたガラス粉末であってもよい。 The brazing material described above is not particularly limited as long as it contains each component in the above-described range. For example, an organic solvent or a resin component is added to the mixture containing each component described above to form a slurry or a paste. The mixture containing each component described above may be heated and melted, and then gradually cooled to powder to add an organic solvent or resin component to form a slurry or paste It may be. The powder body may be a glass powder vitrified at the time of heating and melting.
以下、図５を参照して、炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法を説明する。なお、以下の説明では、各成分を上記した範囲で含有するように調合したろう材を、予めガラス化させたろう材を用いた場合を例に説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 5, the manufacturing method of the silicon carbide ceramic joined body is demonstrated. In addition, in the following description, the case where the brazing material which preliminarily vitrified the brazing material prepared so as to contain each component in the above-described range is described as an example.
まず、焼結炭化ケイ素からなる第１のセラミックス部材２、第２のセラミックス部材３を用意する。（図５（ａ）参照。）
First, a first
なお、本実施形態では、第１、第２のセラミックス部材２、３として、焼結炭化ケイ素を用いたが、第１、第２のセラミックス部材２、３として、反応焼結炭化ケイ素、又は炭化ケイ素をマトリックスとする複合材料を用いることも可能である。
In the present embodiment, sintered silicon carbide is used as the first and second
次いで、第１、第２のセラミックス部材２、３の接合面２Ａ、３Ａの表面には、酸化物層６を形成することが好ましい（図５中不図示。）。接合面２Ａ、３Ａに酸化物層６を形成することで、後工程において、第１、第２のセラミックス部材２、３間に介在させるろう材７の、第１、第２のセラミックス部材２、３に対する接触角が低減され、接合層４形成時における、気泡等の発生を抑制することができる。
Next, an oxide layer 6 is preferably formed on the surfaces of the joining
酸化物層６は、具体的には、第１、第２のセラミックス部材２、３の接合面２Ａ、３Ａを、大気下で加熱処理することにより、ケイ素酸化物からなる酸化物層を形成することができる。
Specifically, the oxide layer 6 forms an oxide layer made of silicon oxide by heat-treating the bonding surfaces 2A and 3A of the first and second
各接合面に形成する酸化物層６の厚さは、１０Å以上２００ｎｍ以下とすることが好ましい。酸化物層６の厚さが１０Å未満であると、第１、第２のセラミックス部材２、３に対するろう材７の接触角を低減する効果を十分に得られない。一方、酸化物層６の厚さが２００ｎｍを超えると、後工程において、第１、第２のセラミックス部材２、３間に介設させたろう材７が、第１、第２のセラミックス部材２、３との界面（接合面）において、良好な溶融状態を得られず、均質な接合層４を得られないおそれがある。酸化物層６の厚さは、好ましくは１０ｎｍ以上であり、より好ましくは１００ｎｍ以上である。
The thickness of the oxide layer 6 formed on each bonding surface is preferably 10 to 200 nm. When the thickness of the oxide layer 6 is less than 10 mm, the effect of reducing the contact angle of the brazing material 7 with respect to the first and second
なお、酸化物層６を形成する際の加熱処理は、第１、第２のセラミックス部材２、３の接合面に形成する酸化物層の厚さに応じて、加熱温度及び加熱時間を適宜調整して行うが、概ね、１１００〜１３００℃で行うことがよい。
In addition, the heat treatment for forming the oxide layer 6 is performed by appropriately adjusting the heating temperature and the heating time according to the thickness of the oxide layer formed on the bonding surfaces of the first and second
次いで、図５（ｂ）に示すように、第１、第２のセラミックス部材２、３の、酸化物層形成面（接合面）に、ろう材７を塗布し、次いで、図５（ｃ）に示すように第１、第２のセラミックス部材２、３のろう材７の塗布面同士を接合し、ろう材層５を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a brazing material 7 is applied to the oxide layer forming surfaces (joint surfaces) of the first and second
ろう材７としては、上記した各実施形態に係る組成範囲を有するように調合したろう材を融点以上の温度で加熱溶融し、気泡を除去した後、一部あるいは全部をガラス化させ、有機溶媒又は樹脂成分を添加して、スラリー状又はペースト状にしたものを用いることができる。 As the brazing material 7, the brazing material prepared so as to have the composition range according to each of the above-described embodiments is heated and melted at a temperature equal to or higher than the melting point, and after removing the bubbles, a part or all of the brazing material is vitrified. Or what added the resin component and made into the slurry form or the paste form can be used.
スラリー状又はペースト状のろう材７を用いて、ろう材層５を形成することで、その厚みを制御し易く、接合層４を、所望の厚みに形成できるため好ましい。
Forming the brazing
有機溶媒としては、例えば、アルコール系有機溶媒又はトルエン、キシレン等の芳香族系有機溶媒を用いることができ、樹脂成分としては、例えばアクリル樹脂等を用いることができる。 As the organic solvent, for example, an alcoholic organic solvent or an aromatic organic solvent such as toluene or xylene can be used. As the resin component, for example, an acrylic resin or the like can be used.
ろう材７としては、上記した理由から、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ以上５．５×１０−６／Ｋ以下であることが好ましく、また、溶融したろう材７と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であることが好ましい。また、ろう材７の融点は、１２００℃以上１６００℃以下であることが好ましい。ろう材７の融点が１６００℃を超えると、基材（被接合部材）である炭化ケイ素セラミックスに高温クリープが発生し、ろう付けプロセスにおいて残留応力が発生し、接合強度が低下してしまう。一方、ろう材７の融点が１２００℃未満であると、接合層４の耐熱性が低下するおそれがある。
The brazing material 7 preferably has a thermal expansion coefficient of not less than room temperature and not more than 1000 ° C. of not less than 3.5 × 10 −6 / K and not more than 5.5 × 10 −6 / K for the reasons described above. The contact angle between the brazing material 7 and the silicon carbide ceramic is preferably less than 60 degrees. Moreover, it is preferable that melting | fusing point of the brazing material 7 is 1200 degreeC or more and 1600 degrees C or less. When the melting point of the brazing material 7 exceeds 1600 ° C., high-temperature creep occurs in the silicon carbide ceramics that is the base material (member to be joined), residual stress is generated in the brazing process, and the bonding strength is reduced. On the other hand, if the melting point of the brazing material 7 is less than 1200 ° C., the heat resistance of the
このようにして、第１、第２のセラミックス部材２、３間に挟持されたろう材層５に大気下でレーザビームＬを照射し、局部加熱する（図５（ｄ）参照。）。
In this manner, the
このとき、ろう材層５を挟持する第１、第２のセラミックス部材２、３を固定した状態でレーザ照射することで、最終的に得られる接合層４の厚さを精密に制御できるため好ましい。
At this time, it is preferable because the thickness of the finally obtained
ろう材７により、第１、第２のセラミックス部材２、３を安定的にろう付けする観点から、レーザビームＬによる加熱温度は、１２００℃以上１７００℃以下で行うことが好ましい。加熱温度が１２００℃未満であると、ろう材７を十分に溶融させることができず、均質な接合層４を得られないおそれがある。一方、加熱温度が１７００℃を超えると、熱衝撃により、第１、第２のセラミックス部材２、３が損傷を受けるおそれがある。加熱温度は、より好ましくは各ろう材の各融点−２００℃以上、各融点＋２００℃以下であり、さらに好ましくは各ろう材の融点−１００℃以上融点＋１００℃以下である。
From the viewpoint of stably brazing the first and second
上記した加熱工程では、ろう材層５を１０００℃以上１５００℃以下の温度に昇温して一旦保持した後、再度昇温して、１２００℃以上１７００℃以下の温度で保持して加熱することが好ましい。照射部を１０００℃以上１５００℃以下の範囲の温度、すなわち結晶化温度で保持することにより、ろう材層５のろう材７に含まれる成分が、軟化しつつ結晶核を生成する。次いで、このろう材層５をさらに１２００℃以上１７００℃以下の範囲の温度で加熱した後、徐冷することにより、接合層４を、結晶相を含むか、又は全体が結晶相として構成されたものとして構成することができる。
In the heating step described above, the brazing
ろう材７からなるろう材層５に照射するレーザビームＬのビーム径は、８ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることが好ましい。ビーム径を上記範囲として照射することで、第１、第２のセラミックス部材２、３に対して熱衝撃による損傷を与えることなく、ろう材層５を１２００℃以上１７００℃以下の範囲の温度に昇温することができ、ろう材層５を構成するろう材７を十分に溶融させることができる。３０ｍｍを超えるビーム径で照射を行っても、レーザビームＬの熱衝撃により第１、第２のセラミックス部材２、３に与える損傷の程度は、これ以下のビーム径で照射を行う場合と比較して略同等である一方、照射部を十分に昇温させ難くなり、ろう材層５において、十分な溶融状態を得られなくなるおそれがある。
The beam diameter of the laser beam L applied to the
このようにして、ろう材層５にレーザビーム照射を行い加熱処理することで、第１のセラミックス部材２及び第２のセラミックス部材３との界面で接触するろう材７が溶融して、第１、第２のセラミックス部材２、３がろう付けされるとともに、さらに加熱処理を行うことで、第１、第２のセラミックス部材２、３との界面以外の領域のろう材全体も、溶融状態となる。次いで、このろう材層５を徐冷することで、均質な接合層４を得ることができる（図５（ｅ）参照。）。
In this way, the
なお、本実施形態では、第１、第２のセラミックス部材２、３として、図１及び図２に示すような円柱部材を適用した場合を例に説明したが、本発明に適用される被接合部材としては、例えば、図６及び図７に示すような、中空円柱状のものであってもよく、図８（ａ）〜（ｃ）に示すような、カプセル形状円環部材８を適用することも可能である。なお、図８（ａ）〜（ｃ）に示すカプセル形状円環部材８は、図９（ａ）に示す外観形状を有し、かつ図９（ｂ）に示す縦断面形状を有する円環部材を、それぞれ図８（ａ）〜（ｃ）に示す形状となるように、その上部の位置で切断したものである。
In the present embodiment, the case where a cylindrical member as shown in FIGS. 1 and 2 is applied as the first and second
以上、実施形態に係る炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法によれば、大気中での局部加熱により、炭化ケイ素セラミックス部材間に、耐熱性に優れ、かつ接合強度の高い接合層を有する炭化ケイ素セラミックス接合体を形成できる。このため、大型部品や複雑形状を有する部品についても、形状安定性に優れたものを、効率的に製造することができる。 As mentioned above, according to the manufacturing method of the silicon carbide ceramic joined body which concerns on embodiment, the silicon carbide ceramics which have the joining layer excellent in heat resistance and high joint strength between the silicon carbide ceramic members by the local heating in air | atmosphere A joined body can be formed. For this reason, it is possible to efficiently manufacture a large component or a component having a complicated shape with excellent shape stability.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明したが、上記の実施例は、本発明の一例として挙げたものであり、本発明を限定するものではない。例えば、上記した炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法では、各原料成分を調合した混合物を予めガラス化させたろう材を用いた場合を例に説明したが、本発明の炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法は、ろう材として、ガラス化させていないものを用いることも可能である。また、上記の各実施形態の説明では、炭化ケイ素セラミックス接合体及び炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法において、本発明の説明に直接必要とされない部分等についての記載を省略したが、これらについて必要とされる各要素を適宜選択して用いることができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring a specific example, said Example is mentioned as an example of this invention and does not limit this invention. For example, in the above-described method for producing a silicon carbide ceramic joined body, the case where a brazing material obtained by vitrifying a mixture prepared with each raw material component has been described as an example, but the method for producing a silicon carbide ceramic joined body of the present invention It is also possible to use a brazing material that has not been vitrified. Further, in the description of each of the above embodiments, in the silicon carbide ceramic joined body and the method for manufacturing the silicon carbide ceramic joined body, the description of the parts and the like that are not directly required for the explanation of the present invention is omitted. Each element to be used can be appropriately selected and used.
その他、本発明の要素を具備し、本発明の趣旨に反しない範囲で当業者が適宜設計変更しうる全ての炭化ケイ素セラミックス接合体及び炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。 In addition, all the silicon carbide ceramic joined bodies and the methods for producing the silicon carbide ceramic joined bodies that include the elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention are within the scope of the present invention. Is included. The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.
以下、本発明について実施例、比較例を参照してさらに詳細な説明を行うが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
（実施例１）
酸化ケイ素７２質量％、酸化アルミニウム１１質量％、酸化チタン１７質量％となるように、原料成分を秤量し、混合した。
Example 1
The raw material components were weighed and mixed so as to be 72% by mass of silicon oxide, 11% by mass of aluminum oxide, and 17% by mass of titanium oxide.
ついで、この原料混合物を白金製るつぼに入れて加熱溶融し、冷却してガラス化した後、粉末状にしてガラス粉末を得た。このガラス粉末を、樹脂成分（アクリル樹脂）と混合してペースト状にして、ろう材（１）を得た。このろう材（１）の熱膨張係数は、３．９×１０−６／Ｋであった。 Next, this raw material mixture was put in a platinum crucible, heated and melted, cooled and vitrified, and then powdered to obtain a glass powder. This glass powder was mixed with a resin component (acrylic resin) to make a paste, thereby obtaining a brazing material (1). The thermal expansion coefficient of this brazing material (1) was 3.9 × 10 −6 / K.
次に、図１及び図２に示す形状の、常圧焼結炭化ケイ素セラミックスからなる円柱部材２、３（φ８ｍｍ×１００ｍｍ）を用意した（図５（ａ）参照。）。各円柱部材２、３の一方の端面に、上記のろう材（１）を塗布した後（図５（ｂ）参照）、それぞれの塗布面を対向させるように、各円柱部材２、３を配置し、次いで塗布面同士を接合して固定して、ろう材層５を形成した（図５（ｃ）参照）。
Next,
次いで、図５（ｄ）に示すように、円柱部材２、３を回転させつつ、レーザ発振器及び集光系等の光学素子を用いて、最大出力５００Ｗ、ビーム形状が１辺８ｍｍの矩形状のレーザ光Ｌを、上記したろう材層５の位置に照射し、ろう材層５を１４００℃〜１５００℃まで昇温して２分間保持した後、さらに、１５５０℃〜１６５０℃の温度に昇温して１０秒間保持して、常圧焼結炭化ケイ素からなる円柱部材２、３をろう付けした。次いでこのろう材層５を徐冷して、接合層４を有する炭化ケイ素セラミックス接合体１を得た（図５（ｅ）参照）。
Next, as shown in FIG. 5 (d), while rotating the
なお、上記した温度は、レーザ光照射中のろう材層５の表面温度をサーモカメラで測定して得られた値である。
The above-mentioned temperature is a value obtained by measuring the surface temperature of the brazing
得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１の接合層４の外観を、光学顕微鏡で観察したところ、気孔のない緻密な接合層４が得られており、常圧焼結炭化ケイ素からなる円柱部材２、３、及び接合層４のいずれも、チッピングやクラック等の損傷が生じておらず、形状安定性に優れた炭化ケイ素セラミックス接合体１が得られた。
When the appearance of the
得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１の接合層４の非破壊検査として、Ｘ線断層撮影装置を用いて、接合層４の断層面観察を行い、気孔径の測定を行ったところ、接合層４内の気孔は、いずれも１０μｍ未満であった。
As a nondestructive inspection of the
さらに、ＪＩＳ Ｒ１６０１「ファインセラミックスの曲げ試験方法」に従い、得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１から接合層４の一部を３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍで切り出し、４点曲げ試験により評価した。室温での４点曲げ強度は３４０ＭＰａであり、高温（１０００℃）での４点曲げ強度は３５０ＭＰａであった。
Furthermore, according to JIS R1601 “Fine ceramic bending test method”, a part of the
上記のように、熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ以上５．５×１０−６／Ｋ以下であるろう材（１）を用いた炭化ケイ素セラミックス接合体１では、ろう材（１）と円柱部材２、３との熱膨張係数差が小さく、接合体における残留応力の発生が抑制されており、接合強度の高い接合体が得られた。また、炭化ケイ素セラミックス接合体１は、ろう材（１）と円柱部材２、３との熱膨張係数差が小さいため、高温下で繰り返し使用を行っても、接合体における残留応力の発生が抑制されており、損傷なく使用できるものであった。
As described above, in the silicon carbide ceramic joined
（実施例２）
酸化ケイ素５０質量％、酸化アルミニウム２０質量％、酸化鉄３０質量％となるように、原料成分を秤量し、混合した。
(Example 2)
The raw material components were weighed and mixed so as to be 50% by mass of silicon oxide, 20% by mass of aluminum oxide, and 30% by mass of iron oxide.
ついで、この原料混合物を、実施例１と同様にして、加熱溶融し、冷却してガラス粉末を得た後、樹脂成分（アクリル樹脂）と混合してペースト状にして、ろう材（２）を得た。このろう材（２）の熱膨張係数は、５．２×１０−６／Ｋであった。 Next, this raw material mixture was heated and melted in the same manner as in Example 1 and cooled to obtain a glass powder, which was then mixed with a resin component (acrylic resin) to form a paste, and the brazing material (2) was obtained. Obtained. The thermal expansion coefficient of this brazing material (2) was 5.2 × 10 −6 / K.
次に、図６及び図７に示す形状の、反応焼結炭化ケイ素からなる中空円柱部材２、３（φ５０ｍｍ×１００ｍｍ）を用意した（図１０（ａ）参照。）。各中空円柱部材２、３の一方の端面に、上記のろう材（２）を塗布した後（図１０（ｂ）参照）、それぞれの塗布面を対向させるように、各中空円柱部材２、３を配置し、次いで塗布面同士を接合して固定して、ろう材層５を形成した（図１０（ｃ）参照）。
Next, hollow
次いで、図１０（ｄ）に示すように、中空円柱部材２、３を回転させつつ、レーザ発振器及び集光系等の光学素子を用いて、最大出力１０００Ｗ、ビーム形状が１辺１７ｍｍの矩形状のレーザ光Ｌを、上記したろう材層５の位置に照射し、ろう材層５を１０００℃〜１２００℃まで昇温して２分間保持した後、さらに、１２００℃〜１４００℃の温度に昇温して１０秒間保持して、反応焼結炭化ケイ素からなる中空円柱部材２、３をろう付けした。次いでこのろう材層５を徐冷して、接合層４を有する炭化ケイ素セラミックス接合体１を得た（図１０（ｅ）参照）。
Next, as shown in FIG. 10 (d), while rotating the hollow
なお、上記した温度は、レーザ光照射中のろう材層５の表面温度をサーモカメラで測定して得られた値である。
The above-mentioned temperature is a value obtained by measuring the surface temperature of the brazing
得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１の接合層４の外観を、光学顕微鏡で観察したところ、気孔のない緻密な接合層４が得られており、反応焼結炭化ケイ素からなる中空円柱部材２、３、及び接合層４のいずれも、チッピングやクラック等の損傷が生じておらず、形状安定性に優れた炭化ケイ素セラミックス接合体１が得られた。
When the appearance of the
得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１の接合層４の非破壊検査として、実施例１と同様にして、Ｘ線断層撮影装置を用いた接合層４の断層面観察を行い、気孔径の測定を行ったところ、接合層４内の気孔は、いずれも１０μｍ未満であった。
As a nondestructive inspection of the
さらに、実施例１と同様にして、ＪＩＳ Ｒ１６０１「ファインセラミックスの曲げ試験方法」に従い、得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１から接合層４の一部を切り出し、４点曲げ試験により評価したところ、室温での４点曲げ強度は２８０ＭＰａであり、高温（１０００℃）での４点曲げ強度は２６０ＭＰａであった。
Further, in the same manner as in Example 1, according to JIS R1601 “Fine ceramic bending test method”, a part of the
上記のように、熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ以上５．５×１０−６／Ｋ以下であるろう材（２）を用いた炭化ケイ素セラミックス接合体１では、ろう材（２）と中空円柱部材２、３との熱膨張係数差が小さく、ろう付け中の残留応力の発生が抑制されており、接合強度の高い接合体が得られた。また、炭化ケイ素セラミックス接合体１は、ろう材（２）と中空円柱部材２、３との熱膨張係数差が小さいため、高温での繰り返し使用においても、残留応力の発生が抑制されており、損傷なく使用であるものであった。
As described above, in the silicon carbide ceramic joined
（実施例３）
酸化ケイ素５５重量％、酸化アルミニウム２０重量％、酸化マグネシウム２５重量％となるように、原料成分を秤量し、混合した。
(Example 3)
The raw material components were weighed and mixed so as to be 55% by weight of silicon oxide, 20% by weight of aluminum oxide, and 25% by weight of magnesium oxide.
次いで、この原料混合物を、実施例１と同様にして、加熱溶融し、冷却してガラス粉末を得た後、有機溶媒（キシレン）に分散してスラリー状にして、ろう材（３）を得た。このろう材（３）の熱膨張係数は、４．７×１０−６／Ｋであった。 Next, this raw material mixture was heated and melted in the same manner as in Example 1 and cooled to obtain a glass powder, which was then dispersed in an organic solvent (xylene) to form a slurry to obtain a brazing material (3). It was. The thermal expansion coefficient of this brazing material (3) was 4.7 × 10 −6 / K.
次に、図８（ａ）〜（ｃ）に示す３種類の形状の、化学気相浸透法で作製した炭化ケイ素長繊維複合材料からなるカプセル形状円環部材８（φ５０ｍｍ×２５０ｍｍｍ）を用意した。カプセル形状円環部材８は、それぞれ、本体部２と蓋部３の２ピースで構成されており、図８（ａ）〜（ｃ）で示すように、それぞれ、ろう付け部の形状が異なるものである。各カプセル形状円環部材８の本体部２及び蓋部３の接合面に、上記のろう材（３）を塗布した後、それぞれの塗布面を対向させるように、それぞれカプセル形状円環部材８の本体部２と蓋部３とを配置し、塗布面同士を接合して固定して、ろう材層を形成した。
Next, a capsule-shaped annular member 8 (φ50 mm × 250 mm) made of a silicon carbide long fiber composite material produced by a chemical vapor infiltration method having three types of shapes shown in FIGS. 8A to 8C was prepared. . Each of the capsule-shaped annular members 8 is composed of two pieces, that is, the
次いで、カプセル形状円環部材８を回転させつつ、スキャナーを用いて、最大出力２０００Ｗ、ビーム形状がφ３０ｍｍの円形状のレーザ光Ｌを、上記したろう材層の位置に照射し、ろう材層を１１００℃〜１３００℃まで昇温して２分間保持した後、さらに、１３００℃〜１５００℃以下の温度に昇温して１０秒間保持して、カプセル形状円環部材８の本体部２と蓋部３とをろう付けした。次いでこのろう材層を徐冷して、接合層を有する炭化ケイ素セラミックス接合体を得た。
Next, while rotating the capsule-shaped annular member 8, using the scanner, a circular laser beam L having a maximum output of 2000 W and a beam shape of φ30 mm is irradiated to the position of the brazing material layer, and the brazing material layer is applied to the brazing material layer. After raising the temperature to 1100 ° C. to 1300 ° C. and holding it for 2 minutes, the temperature is further raised to a temperature of 1300 ° C. to 1500 ° C. or less and held for 10 seconds, and the
なお、上記した温度は、レーザ光照射中のろう材層の表面温度をサーモカメラで測定して得られた値である。 The above-described temperature is a value obtained by measuring the surface temperature of the brazing material layer during laser light irradiation with a thermo camera.
得られた炭化ケイ素セラミックス接合体の接合層の外観を、光学顕微鏡で観察したところ、気孔のない緻密な接合層が得られており、カプセル形状円環部材８の本体部２及び蓋部３、並びに接合層のいずれも、チッピングやクラック等の損傷が生じておらず、形状安定性に優れた炭化ケイ素セラミックス接合体１が得られた。
When the appearance of the bonding layer of the obtained silicon carbide ceramic joined body was observed with an optical microscope, a dense bonding layer without pores was obtained, and the
得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１の接合層の非破壊検査として、実施例１と同様にして、Ｘ線断層撮影装置を用いた接合層の断層面観察を行い、気孔径の測定を行ったところ、接合層内の気孔は、いずれも１０μｍ未満であった。
As a non-destructive inspection of the bonding layer of the obtained silicon carbide ceramic joined
さらに、実施例１と同様にして、ＪＩＳ Ｒ１６０１「ファインセラミックスの曲げ試験方法」に従い、得られた炭化ケイ素セラミックス接合体から接合層の一部を切り出し、４点曲げ試験により評価したところ、室温での４点曲げ強度は３００ＭＰａであり、高温（１０００℃）での４点曲げ強度は２８０ＭＰａであった。 Further, in the same manner as in Example 1, according to JIS R1601 “Fine ceramic bending test method”, a part of the bonding layer was cut out from the obtained silicon carbide ceramic joined body and evaluated by a four-point bending test. The 4-point bending strength was 300 MPa, and the 4-point bending strength at high temperature (1000 ° C.) was 280 MPa.
上記のように、熱膨張係数が３．５×１０−６／Ｋ以上５．５×１０−６／Ｋ以下であるろう材（３）を用いた炭化ケイ素セラミックス接合体では、ろう材（３）とカプセル形状円環部材８の本体部２及び蓋部３との熱膨張係数差が小さく、ろう付け中の残留応力の発生が抑制されており、接合強度の高い接合体が得られた。特に、３種類のカプセル形状円環部材８のうち、図８（ｃ）に示す形状のカプセル形状円環部材８は、図８（ａ）、図８（ｂ）のカプセル形状円環部材８と比較して、得られた接合層の気孔率が最も低くなっており、安定した接合状態を得られていた。また、炭化ケイ素セラミックス接合体１は、ろう材（３）とカプセル形状円環部材８の本体部２及び蓋部３との熱膨張係数差が小さいため、高温での繰り返し使用においても、残留応力の発生が抑制されており、損傷なく使用できるものであった。
As described above, in the silicon carbide ceramic joined body using the brazing material (3) having a thermal expansion coefficient of 3.5 × 10 −6 / K or more and 5.5 × 10 −6 / K or less, the brazing material (3 ) And the
（実施例４）
酸化ケイ素５重量％、酸化アルミニウム３３重量％、酸化イットリウム６２重量％となるように、原料成分を秤量し、混合した。
Example 4
The raw material components were weighed and mixed so as to be 5% by weight of silicon oxide, 33% by weight of aluminum oxide, and 62% by weight of yttrium oxide.
ついで、この原料混合物を、実施例１と同様にして、加熱溶融し、冷却してガラス粉末を得た後、樹脂成分（アクリル樹脂）と混合してペースト状にして、ろう材（４）を得た。このろう材（４）の熱膨張係数は、７．３×１０−６／Ｋであった。 Next, this raw material mixture was heated and melted in the same manner as in Example 1 and cooled to obtain a glass powder, which was then mixed with a resin component (acrylic resin) to form a paste, and a brazing material (4) was obtained. Obtained. The thermal expansion coefficient of this brazing material (4) was 7.3 × 10 −6 / K.
次に、図１及び図２に示す形状の、常圧焼結炭化ケイ素セラミックスからなる円柱部材２、３（φ８ｍｍ×１０ｍｍ）を用意した（図５（ａ）参照。）。各円柱部材２、３の一方の端面に、上記のろう材（４）を塗布した後（図５（ｂ）参照。）、それぞれの塗布面を対向させるように、各円柱部材２、３を配置し、次いで塗布面同士を接合して固定して、ろう材層５を形成した（図５（ｃ）参照）。
Next,
次いで、図５（ｄ）に示すように、円柱部材２、３を回転させつつ、レーザ発振器及び集光系等の光学素子を用いて、最大出力５００Ｗ、ビーム形状が１辺８ｍｍの矩形状のレーザ光Ｌを、上記したろう材層５の位置に照射し、ろう材層５を１６００℃まで昇温して１０秒間保持して、円柱部材２、３をろう付けし、接合層４を有する炭化ケイ素セラミックス接合体１を得た（図５（ｅ）参照）。
Next, as shown in FIG. 5 (d), while rotating the
なお、上記した温度は、レーザ光照射中のろう材層５の表面温度をサーモカメラで測定して得られた値である。
The above-mentioned temperature is a value obtained by measuring the surface temperature of the brazing
得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１の接合層４の外観を、光学顕微鏡で観察したところ、気孔のない緻密な接合層４が得られており、常圧焼結炭化ケイ素からなる円柱部材２、３、及び接合層４のいずれも、チッピングやクラック等の損傷が生じておらず、形状安定性に優れた接合部材が得られた。
When the appearance of the
得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１の接合層４の非破壊検査として、実施例１と同様にして、Ｘ線断層撮影装置を用いた接合層４の断層面観察を行い、気孔径の測定を行ったところ、接合層４内の気孔は、いずれも１０μｍ未満であった。
As a nondestructive inspection of the
さらに、実施例１と同様にして、ＪＩＳ Ｒ１６０１「ファインセラミックスの曲げ試験方法」に従い、得られた炭化ケイ素セラミックス接合体１から接合層４の一部を切り出し、４点曲げ試験により評価したところ、室温での４点曲げ強度は１５０ＭＰａであり、高温（１０００℃）での４点曲げ強度は６０ＭＰａであった。
Further, in the same manner as in Example 1, according to JIS R1601 “Fine ceramic bending test method”, a part of the
上記のように、ろう材（４）を用いた炭化ケイ素セラミックス接合体１では、ある程度の形状安定性が得られたものの、その熱膨張係数が５．５×１０−６／Ｋを超えていることから、ろう材（４）と円柱部材２、３との熱膨張係数差が生じており、ろう付け中の残留応力の抑制が十分でなく、実施例１〜３と比較すると、接合強度の低下が認められた。また、炭化ケイ素セラミックス接合体１は、ろう材（４）と円柱部材２、３との熱膨張係数差が生じており、高温での繰り返し使用において、残留応力の抑制が十分でなく、繰り返し使用により破損するおそれのあるものであった。
As described above, in the silicon carbide ceramic joined
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…炭化ケイ素セラミックス接合体、２…第１のセラミックス部材、３…第２のセラミックス部材、２Ａ，３Ａ…接合面、４…接合層、５…ろう材層、６…酸化物層、７…ろう材、８…カプセル形状円環部材、Ｌ…レーザビーム
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記被接合部材間を接合する接合層とを備え、
前記接合層は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシウム
、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有するろ
う材からなり、レーザービームを照射して加熱され、結晶相を含むか、又はその全体が結
晶化され、
前記ろう材は、二酸化ケイ素を４５〜８７質量％、酸化アルミニウムを３〜４０質量％
、酸化マグネシウムを３〜３５質量％含有し、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３
．５×１０-6／Ｋ以上５．５×１０-6／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、
かつ溶融した前記ろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であることを
特徴とする炭化ケイ素セラミックス接合体。 A member to be joined made of a plurality of silicon carbide ceramics, and provided between the members to be joined,
A bonding layer for bonding the members to be bonded;
The bonding layer contains silicon dioxide and aluminum oxide, and at least one selected from the group consisting of magnesium oxide, titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, iron oxide, and chromium oxide. It is made of a brazing material containing components, heated by irradiation with a laser beam, containing a crystalline phase, or entirely crystallized,
The brazing filler metal is 45 to 87% by mass of silicon dioxide and 3 to 40% by mass of aluminum oxide.
, Containing 3 to 35% by mass of magnesium oxide, and having a thermal expansion coefficient of 3 ° C. to 1000 ° C.
. 5 × 10 −6 / K or more and 5.5 × 10 −6 / K or less, the melting point is 1200 ° C. or more and 1600 ° C. or less,
A contact angle between the molten brazing filler metal and the silicon carbide ceramic is less than 60 degrees.
記被接合部材間を接合する接合層とを備え、
前記接合層は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシウム
、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有するろ
う材からなり、レーザービームを照射して加熱され、結晶相を含むか、又はその全体が結
晶化され、
前記ろう材は、二酸化ケイ素を４０〜９０質量％、酸化アルミニウムを５〜２５質量％
、酸化チタンを５〜４０質量％含有し、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×
１０ -6 ／Ｋ以上５．５×１０ -6 ／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、かつ溶
融した前記ろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であることを特徴と
する炭化ケイ素セラミックス接合体。 Provided between a bonded member made of a plurality of silicon carbide ceramics and the bonded member,
A bonding layer for bonding between the bonded members,
The bonding layer contains silicon dioxide and aluminum oxide, and further includes magnesium oxide.
, Titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, ytt oxide
Containing at least one component selected from the group consisting of um, iron oxide and chromium oxide
It is made of a metal material and heated by irradiating a laser beam.
Crystallized,
The brazing filler metal is 40 to 90% by mass of silicon dioxide and 5 to 25% by mass of aluminum oxide.
And containing 5 to 40% by mass of titanium oxide and having a thermal expansion coefficient of 3.5 ×
10 −6 / K to 5.5 × 10 −6 / K, melting point 1200 ° C. to 1600 ° C.
The contact angle between the melted brazing material and the silicon carbide ceramic is less than 60 degrees,
Silicon carbide ceramics bonded body.
記被接合部材間を接合する接合層とを備え、
前記接合層は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシウム
、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有するろ
う材からなり、レーザービームを照射して加熱され、結晶相を含むか、又はその全体が結
晶化され、
前記ろう材は、二酸化ケイ素を１５〜９０質量％、酸化アルミニウムを５〜２７質量％
、酸化亜鉛を５〜７５質量％含有し、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１
０ -6 ／Ｋ以上５．５×１０ -6 ／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、かつ溶融
した前記ろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であることを特徴とす
る炭化ケイ素セラミックス接合体。 Provided between a bonded member made of a plurality of silicon carbide ceramics and the bonded member,
A bonding layer for bonding between the bonded members,
The bonding layer contains silicon dioxide and aluminum oxide, and further includes magnesium oxide.
, Titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, ytt oxide
Containing at least one component selected from the group consisting of um, iron oxide and chromium oxide
It is made of a metal material and heated by irradiating a laser beam.
Crystallized,
The brazing filler metal is 15 to 90% by mass of silicon dioxide and 5 to 27% by mass of aluminum oxide.
, Containing 5 to 75% by mass of zinc oxide, and having a thermal expansion coefficient of 3.5 × 1 from room temperature to 1000 ° C.
0 −6 / K to 5.5 × 10 −6 / K, melting point 1200 ° C. to 1600 ° C. and melting
The contact angle between the brazing material and the silicon carbide ceramic is less than 60 degrees.
Silicon carbide ceramic bonding article that.
記被接合部材間を接合する接合層とを備え、
前記接合層は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシウム
、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有するろ
う材からなり、レーザービームを照射して加熱され、結晶相を含むか、又はその全体が結
晶化され、
前記ろう材は、二酸化ケイ素を６７〜８７質量％、酸化アルミニウムを３〜２０質量％、
酸化リチウムを１０〜１３質量％含有し、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５
×１０ -6 ／Ｋ以上５．５×１０ -6 ／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、かつ
溶融した前記ろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であることを特徴
とする炭化ケイ素セラミックス接合体。 Provided between a bonded member made of a plurality of silicon carbide ceramics and the bonded member,
A bonding layer for bonding between the bonded members,
The bonding layer contains silicon dioxide and aluminum oxide, and further includes magnesium oxide.
, Titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, ytt oxide
Containing at least one component selected from the group consisting of um, iron oxide and chromium oxide
It is made of a metal material and heated by irradiating a laser beam.
Crystallized,
The brazing material is 67 to 87% by mass of silicon dioxide, 3 to 20% by mass of aluminum oxide,
It contains 10 to 13% by mass of lithium oxide and has a thermal expansion coefficient of 3.5 to 3.5 ° C.
× 10 −6 / K to 5.5 × 10 −6 / K, melting point 1200 ° C. to 1600 ° C., and
The contact angle between the molten brazing filler metal and the silicon carbide ceramic is less than 60 degrees
A silicon carbide ceramic joined body.
記被接合部材間を接合する接合層とを備え、
前記接合層は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシウム
、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有するろ
う材からなり、レーザービームを照射して加熱され、結晶相を含むか、又はその全体が結
晶化され、
前記ろう材は、二酸化ケイ素を５〜９０質量％、酸化アルミニウムを５〜４２質量％、
酸化ホウ素を１５〜８５質量％含有し、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×
１０ -6 ／Ｋ以上５．５×１０ -6 ／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、かつ溶
融した前記ろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であることを特徴と
する炭化ケイ素セラミックス接合体。 Provided between a bonded member made of a plurality of silicon carbide ceramics and the bonded member,
A bonding layer for bonding between the bonded members,
The bonding layer contains silicon dioxide and aluminum oxide, and further includes magnesium oxide.
, Titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, ytt oxide
Containing at least one component selected from the group consisting of um, iron oxide and chromium oxide
It is made of a metal material and heated by irradiating a laser beam.
Crystallized,
The brazing filler metal is 5 to 90% by mass of silicon dioxide, 5 to 42% by mass of aluminum oxide,
It contains 15 to 85% by mass of boron oxide, and has a thermal expansion coefficient of 3.5 × from room temperature to 1000 ° C.
10 −6 / K to 5.5 × 10 −6 / K, melting point 1200 ° C. to 1600 ° C.
The contact angle between the melted brazing material and the silicon carbide ceramic is less than 60 degrees,
Silicon carbide ceramics bonded body.
記被接合部材間を接合する接合層とを備え、
前記接合層は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシウム
、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有するろ
う材からなり、レーザービームを照射して加熱され、結晶相を含むか、又はその全体が結
晶化され、
前記ろう材は、二酸化ケイ素を８０〜９４質量％、酸化アルミニウムを３〜１０質量％
、酸化ジルコニウムを３〜１０質量％含有し、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３
．５×１０ -6 ／Ｋ以上５．５×１０ -6 ／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、
かつ溶融した前記ろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であることを
特徴とする炭化ケイ素セラミックス接合体。 Provided between a bonded member made of a plurality of silicon carbide ceramics and the bonded member,
A bonding layer for bonding between the bonded members,
The bonding layer contains silicon dioxide and aluminum oxide, and further includes magnesium oxide.
, Titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, ytt oxide
Containing at least one component selected from the group consisting of um, iron oxide and chromium oxide
It is made of a metal material and heated by irradiating a laser beam.
Crystallized,
The brazing filler metal is 80 to 94% by mass of silicon dioxide and 3 to 10% by mass of aluminum oxide.
, Containing 3 to 10% by mass of zirconium oxide and having a thermal expansion coefficient of 3 ° C. to 1000 ° C.
. 5 × 10 −6 / K or more and 5.5 × 10 −6 / K or less, the melting point is 1200 ° C. or more and 1600 ° C. or less,
And the contact angle between the molten brazing filler metal and the silicon carbide ceramic is less than 60 degrees.
Characteristic silicon carbide ceramic joined body.
記被接合部材間を接合する接合層とを備え、
前記接合層は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシウム
、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有するろ
う材からなり、レーザービームを照射して加熱され、結晶相を含むか、又はその全体が結
晶化され、
前記ろう材は、二酸化ケイ素を２５〜８０質量％、酸化アルミニウムを１０〜３５質量
％、酸化鉄を１０〜５５質量％含有し、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×
１０ -6 ／Ｋ以上５．５×１０ -6 ／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、かつ溶
融した前記ろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であることを特徴と
する炭化ケイ素セラミックス接合体。 Provided between a bonded member made of a plurality of silicon carbide ceramics and the bonded member,
A bonding layer for bonding between the bonded members,
The bonding layer contains silicon dioxide and aluminum oxide, and further includes magnesium oxide.
, Titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, ytt oxide
Containing at least one component selected from the group consisting of um, iron oxide and chromium oxide
It is made of a metal material and heated by irradiating a laser beam.
Crystallized,
The brazing material contains 25 to 80% by mass of silicon dioxide, 10 to 35% by mass of aluminum oxide, and 10 to 55% by mass of iron oxide, and has a thermal expansion coefficient of 3.5 × from room temperature to 1000 ° C.
10 −6 / K to 5.5 × 10 −6 / K, melting point 1200 ° C. to 1600 ° C.
The contact angle between the melted brazing material and the silicon carbide ceramic is less than 60 degrees,
Silicon carbide ceramics bonded body.
記被接合部材間を接合する接合層とを備え、
前記接合層は、二酸化ケイ素及び酸化アルミニウムを含有し、さらに酸化マグネシウム
、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化イットリ
ウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少なくとも１つの成分を含有するろ
う材からなり、レーザービームを照射して加熱され、結晶相を含むか、又はその全体が結
晶化され、
前記ろう材は、二酸化ケイ素を８５〜９５質量％、酸化アルミニウムを３〜１０質量％
、酸化クロムを２〜５質量％含有し、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１
０ -6 ／Ｋ以上５．５×１０ -6 ／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、かつ溶融
した前記ろう材と炭化ケイ素セラミックスとの接触角が６０度未満であることを特徴とす
る炭化ケイ素セラミックス接合体。 Provided between a bonded member made of a plurality of silicon carbide ceramics and the bonded member,
A bonding layer for bonding between the bonded members,
The bonding layer contains silicon dioxide and aluminum oxide, and further includes magnesium oxide.
, Titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, ytt oxide
Containing at least one component selected from the group consisting of um, iron oxide and chromium oxide
It is made of a metal material and heated by irradiating a laser beam.
Crystallized,
The brazing filler metal is 85 to 95% by mass of silicon dioxide and 3 to 10% by mass of aluminum oxide.
, Containing 2 to 5% by mass of chromium oxide, and having a thermal expansion coefficient of 3.5 × 1 from room temperature to 1000 ° C.
0 −6 / K to 5.5 × 10 −6 / K, melting point 1200 ° C. to 1600 ° C. and melting
The contact angle between the brazing material and the silicon carbide ceramic is less than 60 degrees.
Silicon carbide ceramic bonding article that.
とする複合材料からなる群から選ばれる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の炭化ケイ
素セラミックス接合体。 The silicon carbide ceramic joined body according to any one of claims 1 to 8 , wherein the member to be joined is selected from the group consisting of sintered silicon carbide, reaction sintered silicon carbide, or a composite material having silicon carbide as a matrix.
１乃至９のいずれか１項に記載の炭化ケイ素セラミックス接合体。 The silicon carbide ceramic joined body according to any one of claims 1 to 9 , further comprising an oxide layer made of silicon oxide between the member to be joined and the joining layer.
１項に記載の炭化ケイ素セラミックス接合体。 The silicon carbide ceramic joined body according to any one of claims 1 to 10 , wherein a pore diameter of pores contained in the joining layer is less than 10 µm.
載の炭化ケイ素セラミックス接合体。 The silicon carbide ceramic joined body according to any one of claims 1 to 11, wherein a thickness of the joining layer is 5 µm or more and less than 90 µm.
を含有し、さらに酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素
、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる
少なくとも１つの成分を含有するろう材からなるろう材層を設け、レーザービームを照射
して前記ろう材層を加熱することにより前記ろう材層の少なくとも一部を結晶化させる炭
化ケイ素セラミックス接合体の製造方法であって、
前記ろう材を介設する前の前記炭化ケイ素セラミックス部材の接合面に、１０Å以上２０
０ｎｍ以下の厚さの酸化物層を形成する工程を有し、
前記ろう材として、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０-6／Ｋ以上５
．５×１０-6／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、かつ溶融状態での炭化ケ
イ素セラミックスとの接触角が６０度未満であるろう材を使用することを特徴とする炭化
ケイ素セラミックス接合体の製造方法。 A group comprising silicon dioxide and aluminum oxide between bonded members made of silicon carbide ceramics, and further comprising magnesium oxide, titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, iron oxide and chromium oxide Silicon carbide ceramics, in which a brazing filler metal layer comprising at least one component selected from the above is provided, and the brazing filler metal layer is heated by irradiating a laser beam to crystallize at least a part of the brazing filler metal layer A method for manufacturing a joined body, comprising:
The joint surface of the silicon carbide ceramic member before the brazing material is interposed is 10 mm or more and 20
Forming an oxide layer having a thickness of 0 nm or less;
As the brazing material, the coefficient of thermal expansion from room temperature to 1000 ° C. is from 3.5 × 10 −6 / K to 5
. Silicon carbide ceramic joint characterized by using a brazing filler metal having a melting point of 1200 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower and a contact angle with a silicon carbide ceramic in a molten state of less than 60 °, 5 × 10 −6 / K or less. Body manufacturing method.
介設させて前記ろう材層を形成する工程と、
前記ろう材層にレーザビームを照射して１２００℃以上１７００℃以下の温度で加熱し
、前記ろう材を溶融させて前記被接合部材同士をろう付けし、前記被接合部材間に接合層
を形成する工程と、を有する請求項１３に記載の炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方
法。 Forming the brazing material layer by interposing the brazing material or the brazing material previously vitrified between the plurality of joined members;
The brazing material layer is irradiated with a laser beam and heated at a temperature of 1200 ° C. to 1700 ° C. to melt the brazing material and braze the members to be joined together to form a joining layer between the members to be joined. A method for producing a bonded silicon carbide ceramics according to claim 13 .
請求項１３または１４のいずれか１項に記載の炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法
。 The method for producing a silicon carbide ceramic joined body according to any one of claims 13 and 14, wherein a beam diameter of a laser beam applied to the brazing material layer is 8 mm or more and 30 mm or less.
含有し、さらに酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化リチウム、酸化ホウ素、
酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化鉄及び酸化クロムからなる群から選ばれる少
なくとも１つの成分を含有するろう材からなるろう材層を設け、レーザービームを照射し
て前記ろう材層を加熱することにより前記ろう材層の少なくとも一部を結晶化させる炭化
ケイ素セラミックス接合体の製造方法であって、
複数の前記被接合部材の間に、前記ろう材又は前記ろう材を予めガラス化させたものを介
設させて前記ろう材層を形成する工程と、
前記ろう材層にレーザビームを照射して１０００℃以上１５００℃以下の温度に昇温し
て一旦保持した後、１２００℃以上１７００℃以下の温度に昇温させて加熱し、前記ろう
材を溶融させて前記被接合部材同士をろう付けし、前記被接合部材間に接合層を形成する
工程と、を有し、
前記ろう材として、室温以上１０００℃以下の熱膨張係数が３．５×１０ -6 ／Ｋ以上５．
５×１０ -6 ／Ｋ以下、融点が１２００℃以上１６００℃以下、かつ溶融状態での炭化ケイ
素セラミックスとの接触角が６０度未満であるろう材を使用することを特徴とする炭化ケ
イ素セラミックス接合体の製造方法。 Silicon dioxide and aluminum oxide are placed between the bonded members made of silicon carbide ceramics.
Containing magnesium oxide, titanium oxide, zinc oxide, lithium oxide, boron oxide,
A small amount selected from the group consisting of zirconium oxide, yttrium oxide, iron oxide and chromium oxide.
A brazing material layer consisting of a brazing material containing at least one component is provided and irradiated with a laser beam.
Carbonizing to crystallize at least a part of the brazing filler metal layer by heating the brazing filler metal layer
A method for producing a silicon ceramic joined body, comprising:
The brazing material or the brazing material previously vitrified is interposed between the plurality of members to be joined.
Forming the brazing filler metal layer, and
Wherein after once the brazing material layer was heated with a laser beam to a temperature below 1500 ° C. 1000 ° C. or higher by irradiating held and heated by heated to a temperature below 1700 ° C. 1200 ° C. or higher, the wax
A material is melted to braze the members to be joined together, and a joining layer is formed between the members to be joined.
And having a process
4. The brazing material has a thermal expansion coefficient of 3.5 × 10 −6 / K or more at room temperature to 1000 ° C.
5 × 10 −6 / K or less, melting point of 1200 ° C. or more and 1600 ° C. or less, and silicon carbide in a molten state
A method for producing a bonded silicon carbide ceramics comprising using a brazing material having a contact angle with an elemental ceramic of less than 60 degrees .
はペースト状の混合物を調製した後、前記ろう材を、前記被接合部材の接合面に塗布し、
この接合面同士を接合して前記ろう材を前記被接合部材で挟持する請求項１４乃至１６の
いずれか１項に記載の炭化ケイ素セラミックス接合体の製造方法。 As the brazing material, after mixing with glass powder and an organic solvent and / or resin to prepare a slurry-like or paste-like mixture, the brazing material is applied to the joining surface of the joined members,
The method for manufacturing a silicon carbide ceramic joined body according to any one of claims 14 to 16 , wherein the joining surfaces are joined to each other and the brazing material is sandwiched between the joined members.
ろう材を溶融させた後、該ろう材を固化させる請求項１７に記載の炭化ケイ素セラミック
ス接合体の製造方法。 18. The silicon carbide ceramic joined body according to claim 17 , wherein the brazing material layer is heated to melt the brazing material and then the brazing material is solidified in a state where the member to be joined holding the brazing material is fixed. Manufacturing method.
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