JPH06128046A - 非酸化物セラミックス接合体及び接合方法 - Google Patents
非酸化物セラミックス接合体及び接合方法Info
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- JPH06128046A JPH06128046A JP4285610A JP28561092A JPH06128046A JP H06128046 A JPH06128046 A JP H06128046A JP 4285610 A JP4285610 A JP 4285610A JP 28561092 A JP28561092 A JP 28561092A JP H06128046 A JPH06128046 A JP H06128046A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 接合欠陥を生じ難く、接合強度やシール性に
優れた非酸化物セラミックス接合体を提供する。 【構成】 非酸化物セラミックスを接合して成る接合
体である。接合部が、セラミックス構成元素のうちの接
合関与元素と金属材料との化合物により構成される。セ
ラミックス部材間に、金属材料製の薄板又は粉末を介在
させ、非酸化性雰囲気中で加熱する。
優れた非酸化物セラミックス接合体を提供する。 【構成】 非酸化物セラミックスを接合して成る接合
体である。接合部が、セラミックス構成元素のうちの接
合関与元素と金属材料との化合物により構成される。セ
ラミックス部材間に、金属材料製の薄板又は粉末を介在
させ、非酸化性雰囲気中で加熱する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス部材を接
合して成るセラミックス接合体及び接合方法に関し、更
に詳細には、非酸化物セラミックス接合体及び非酸化物
セラミックスの接合方法に関する。
合して成るセラミックス接合体及び接合方法に関し、更
に詳細には、非酸化物セラミックス接合体及び非酸化物
セラミックスの接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックスは、その成分組成が酸化
物、非酸化物に拘らず、高度の耐熱・断熱性を有し、絶
縁性、導電性、磁気的・誘電的性質等の電気的・電子的
機能を有し、また、耐摩耗性等の機械的性質にも優れ、
各種構造物の材料として既に使用され、研究開発されて
いる。セラミックスを機械部品材料や構造物材料として
使用する場合、種々の形状の機械部品や構造材料が要求
され、また各部品や部材の組み合わせも求められること
になり、一体成形により製造されるものは別として、セ
ラミックスを接合固定する必要が生じる。
物、非酸化物に拘らず、高度の耐熱・断熱性を有し、絶
縁性、導電性、磁気的・誘電的性質等の電気的・電子的
機能を有し、また、耐摩耗性等の機械的性質にも優れ、
各種構造物の材料として既に使用され、研究開発されて
いる。セラミックスを機械部品材料や構造物材料として
使用する場合、種々の形状の機械部品や構造材料が要求
され、また各部品や部材の組み合わせも求められること
になり、一体成形により製造されるものは別として、セ
ラミックスを接合固定する必要が生じる。
【0003】従来、このようなセラミックスを接合する
方法としては、いわゆる耐熱ガラスの商品名であるパイ
レックスガラスとして知られている酸化硼素(B2O3)
成分を含むホウケイ酸ガラスの粉末やスラリーを、セラ
ミックス部材の接合部に塗布し、大気中や真空中で加熱
することにより接合する方法が知られていた。
方法としては、いわゆる耐熱ガラスの商品名であるパイ
レックスガラスとして知られている酸化硼素(B2O3)
成分を含むホウケイ酸ガラスの粉末やスラリーを、セラ
ミックス部材の接合部に塗布し、大気中や真空中で加熱
することにより接合する方法が知られていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のホウケ
イ酸ガラスを用いるセラミックスの接合においては、接
合部に気孔及びクラック等の接合欠陥が生じ易く、接合
強度やシール性に劣る等の課題があり、特に複雑な形状
等を要求される物品では、製造不可能となる場合はもと
より、歩留りに問題があったり、物品の耐久性が劣るこ
とになる等の課題があった。本発明は、このような従来
技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、接合欠陥を生じ難く、接合強度やシ
ール性に優れ、複雑形状の物品を容易且つ安価で提供で
きる非酸化物セラミックス接合体及び接合方法を提供す
ることにある。
イ酸ガラスを用いるセラミックスの接合においては、接
合部に気孔及びクラック等の接合欠陥が生じ易く、接合
強度やシール性に劣る等の課題があり、特に複雑な形状
等を要求される物品では、製造不可能となる場合はもと
より、歩留りに問題があったり、物品の耐久性が劣るこ
とになる等の課題があった。本発明は、このような従来
技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、接合欠陥を生じ難く、接合強度やシ
ール性に優れ、複雑形状の物品を容易且つ安価で提供で
きる非酸化物セラミックス接合体及び接合方法を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、非酸化物セラミックスに
過剰に含まれる特定の構成元素と、接合部に用いる金属
材料との間で化合物を生成させることにより、前記課題
が解決できることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
解決すべく鋭意研究した結果、非酸化物セラミックスに
過剰に含まれる特定の構成元素と、接合部に用いる金属
材料との間で化合物を生成させることにより、前記課題
が解決できることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
【0006】従って、本発明の接合体は、非酸化物セラ
ミックスを接合して成る接合体であって、上記非酸化物
セラミックスは、その構成元素のうち接合に関与する元
素を過剰に含有し、該接合体の接合部が、上記接合関与
元素と金属材料との化合物により構成されていることを
特徴とする。また、本発明の接合方法は、構成元素のう
ち、接合に関与する元素を過剰に含有する非酸化物セラ
ミックスを接合する方法であって、該接合体を構成すべ
き複数のセラミックス部材間に、金属材料を介在させ、
次いで、これら構成部材を非酸化性雰囲気下で加熱し
て、接合部分に上記接合関与元素と金属元素との化合物
を生成させることにより、接合体を得ることを特徴とす
る。
ミックスを接合して成る接合体であって、上記非酸化物
セラミックスは、その構成元素のうち接合に関与する元
素を過剰に含有し、該接合体の接合部が、上記接合関与
元素と金属材料との化合物により構成されていることを
特徴とする。また、本発明の接合方法は、構成元素のう
ち、接合に関与する元素を過剰に含有する非酸化物セラ
ミックスを接合する方法であって、該接合体を構成すべ
き複数のセラミックス部材間に、金属材料を介在させ、
次いで、これら構成部材を非酸化性雰囲気下で加熱し
て、接合部分に上記接合関与元素と金属元素との化合物
を生成させることにより、接合体を得ることを特徴とす
る。
【0007】
【作用】本発明においては、セラミックス部材同士の接
合部に、上記接合関与元素と金属材料との化合物を生成
させることにより、該部材同士を接合し、非酸化物セラ
ミックス接合体を得ることにした。従って、本発明で
は、セラミックス部材自体は溶融等せずにホウケイ酸ガ
ラスのみが接合に寄与する従来の接合方法と比較して、
接合部の均一性、接合力等が向上し、クラック等の接合
欠陥を生じ難く、シール性や接合強度が向上する。
合部に、上記接合関与元素と金属材料との化合物を生成
させることにより、該部材同士を接合し、非酸化物セラ
ミックス接合体を得ることにした。従って、本発明で
は、セラミックス部材自体は溶融等せずにホウケイ酸ガ
ラスのみが接合に寄与する従来の接合方法と比較して、
接合部の均一性、接合力等が向上し、クラック等の接合
欠陥を生じ難く、シール性や接合強度が向上する。
【0008】以下、本発明の接合体について詳細に説明
する。本発明の接合体に用いる非酸化物セラミックス
は、特に限定されるものではなく、例えばSiC、Si
3N4、WC、TiC、AlN等を例示できる。この場
合、上記接合関与元素とは、それぞれSi、W、Ti、
Al等である。従って、接合関与元素を過剰に含む非酸
化物セラミックスとしては、Si−SiC、Si3N4等
が例示できるが、Siを金属の形式で含有している点で
Si−SiCが好ましい。また、非酸化物セラミックス
が、Si−SiCの場合には、2〜40重量%の金属S
iを含有するのが好ましい。金属Siが2重量%未満で
は、結合力が十分でなく、40重量%を超えると、金属
Siが過剰で接合途中で変形を起こし易く好ましくな
い。
する。本発明の接合体に用いる非酸化物セラミックス
は、特に限定されるものではなく、例えばSiC、Si
3N4、WC、TiC、AlN等を例示できる。この場
合、上記接合関与元素とは、それぞれSi、W、Ti、
Al等である。従って、接合関与元素を過剰に含む非酸
化物セラミックスとしては、Si−SiC、Si3N4等
が例示できるが、Siを金属の形式で含有している点で
Si−SiCが好ましい。また、非酸化物セラミックス
が、Si−SiCの場合には、2〜40重量%の金属S
iを含有するのが好ましい。金属Siが2重量%未満で
は、結合力が十分でなく、40重量%を超えると、金属
Siが過剰で接合途中で変形を起こし易く好ましくな
い。
【0009】接合関与元素と化合物を生成する金属材料
としては、Mo、Ti及びW等を挙げることができる
が、本明細書において、「金属材料」とは、上記元素の
他にSi及びBも含むものとする。この金属材料の形態
は、特に限定されるものではなく、粉状、粒状及び板状
等であってもよい。板状の場合には、その厚さが5μm
〜500μm程度が好ましい。5μm未満では取扱い中
に板が破損し易くなり、300μmを超えると加工が行
い難くなり好ましくない。
としては、Mo、Ti及びW等を挙げることができる
が、本明細書において、「金属材料」とは、上記元素の
他にSi及びBも含むものとする。この金属材料の形態
は、特に限定されるものではなく、粉状、粒状及び板状
等であってもよい。板状の場合には、その厚さが5μm
〜500μm程度が好ましい。5μm未満では取扱い中
に板が破損し易くなり、300μmを超えると加工が行
い難くなり好ましくない。
【0010】次に、本発明の接合方法について詳細に説
明する。本発明の接合方法では、まず各セラミックス部
材同士の接合せんとする部分に、上記金属材料を介在さ
せる。例えば、この金属材料を各セラミックス部材によ
り挾持させればよい。次いで、このセラミックス部材と
金属材料を、真空中又は非酸化性雰囲気中で所定温度に
加熱することにより接合を行うことができる。
明する。本発明の接合方法では、まず各セラミックス部
材同士の接合せんとする部分に、上記金属材料を介在さ
せる。例えば、この金属材料を各セラミックス部材によ
り挾持させればよい。次いで、このセラミックス部材と
金属材料を、真空中又は非酸化性雰囲気中で所定温度に
加熱することにより接合を行うことができる。
【0011】非酸化性雰囲気としては、特に限定される
ものではなく、アルゴン、窒素及びヘリウム等を挙げる
ことができる。また、加熱温度は、接合せんとする非酸
化物セラミックス及び金属材料の性質により適宜変更し
得るが、Si−SiC及びSiを用いる場合には140
0〜1600℃とするのが好ましい。1400℃未満で
は金属材料の溶融が不十分であり、1600℃を超える
と材料の形状変形を生じ好ましくない。また、Si−S
iC及びTiを用いる場合には、1250〜1650℃
が好ましく、Si−SiC及びMoを用いる場合には、
1200〜1650℃が好ましい。
ものではなく、アルゴン、窒素及びヘリウム等を挙げる
ことができる。また、加熱温度は、接合せんとする非酸
化物セラミックス及び金属材料の性質により適宜変更し
得るが、Si−SiC及びSiを用いる場合には140
0〜1600℃とするのが好ましい。1400℃未満で
は金属材料の溶融が不十分であり、1600℃を超える
と材料の形状変形を生じ好ましくない。また、Si−S
iC及びTiを用いる場合には、1250〜1650℃
が好ましく、Si−SiC及びMoを用いる場合には、
1200〜1650℃が好ましい。
【0012】なお、加熱時間も、特に限定されるもので
はなく、接合関与元素と金属材料とが化合物を生成する
に十分な時間であればよく、例えば、Si−SiCとS
iでは数秒から30分程度である。
はなく、接合関与元素と金属材料とが化合物を生成する
に十分な時間であればよく、例えば、Si−SiCとS
iでは数秒から30分程度である。
【0013】
【実施例】以下、本発明を図面を参照して実施例により
説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもので
はない。 (実施例1)90重量%のSiCと10重量%のSiを
含有するSi−SiC板状焼結体1及び1’を、図1に
示すように組み立てた。この際、厚さ100μmのTi
箔2を、板状焼結体1と1’との間に挿入した。得られ
た組立体5を、Ar雰囲気中で1500℃に加熱し、こ
のまま0.1時間放置した。次いで、室温まで徐冷して
図2に示すような非酸化物セラミックス接合体10を得
た。
説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもので
はない。 (実施例1)90重量%のSiCと10重量%のSiを
含有するSi−SiC板状焼結体1及び1’を、図1に
示すように組み立てた。この際、厚さ100μmのTi
箔2を、板状焼結体1と1’との間に挿入した。得られ
た組立体5を、Ar雰囲気中で1500℃に加熱し、こ
のまま0.1時間放置した。次いで、室温まで徐冷して
図2に示すような非酸化物セラミックス接合体10を得
た。
【0014】(実施例2及び3)Ti箔の代わりに、M
o箔(実施例2)及びW箔(実施例3)を用いた以外
は、実施例1と同様の操作を行い、それぞれ非酸化物セ
ラミックス接合体を得た。 (実施例4)Ti箔の代わりにSi粉末を板状焼結体
1、1’の間に塗布し、1500℃に加熱した以外は、
実施例1と同様の操作を行い、非酸化物セラミックス接
合体を得た。 (実施例5〜7)Si粉末の代わりに、それぞれMo粉
末(実施例5)、Ti粉末(実施例6)及びW粉末(実
施例7)を塗布した以外は、実施例4と同様の操作を行
い、非酸化物セラミックス接合体を得た。 (比較例1)セラミックス材料としてAl2O3、金属材
料としてTi粉末を用い、大気雰囲気中で1420℃に
加熱し、4時間放置した以外は、実施例1と同様の操作
を行い、酸化物セラミックス接合体を得た。 (比較例2)ZrO2とSi粉末を用い、アルゴン雰囲
気中で1600℃に加熱し、0.5時間放置した以外
は、比較例1と同様の操作を行い、酸化物セラミックス
接合体を得た。
o箔(実施例2)及びW箔(実施例3)を用いた以外
は、実施例1と同様の操作を行い、それぞれ非酸化物セ
ラミックス接合体を得た。 (実施例4)Ti箔の代わりにSi粉末を板状焼結体
1、1’の間に塗布し、1500℃に加熱した以外は、
実施例1と同様の操作を行い、非酸化物セラミックス接
合体を得た。 (実施例5〜7)Si粉末の代わりに、それぞれMo粉
末(実施例5)、Ti粉末(実施例6)及びW粉末(実
施例7)を塗布した以外は、実施例4と同様の操作を行
い、非酸化物セラミックス接合体を得た。 (比較例1)セラミックス材料としてAl2O3、金属材
料としてTi粉末を用い、大気雰囲気中で1420℃に
加熱し、4時間放置した以外は、実施例1と同様の操作
を行い、酸化物セラミックス接合体を得た。 (比較例2)ZrO2とSi粉末を用い、アルゴン雰囲
気中で1600℃に加熱し、0.5時間放置した以外
は、比較例1と同様の操作を行い、酸化物セラミックス
接合体を得た。
【0015】(性能評価) (曲げ強度)図2に示すように、得られたそれぞれの非
酸化物又は酸化物セラミックス接合体10から、3mm
×4mm×40mmのテストピース3を切り出し、JI
SR1601に準拠して4点曲げ強度を測定した。得ら
れた結果を表1に示す。
酸化物又は酸化物セラミックス接合体10から、3mm
×4mm×40mmのテストピース3を切り出し、JI
SR1601に準拠して4点曲げ強度を測定した。得ら
れた結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】表1に示したように、本発明の非酸化物セ
ラミックス接合体は、優れた性能を有することが分か
る。また、各接合体の接合部に生成させたSi、TiS
i2、MoSi2及びWSi2の融点は、それぞれ、14
10℃、1540℃、2030℃及び2150℃であ
る。これに対して、Si−SiC母材は1400℃程度
まで使用可能であるため、Si−SiCを耐火物として
使用する全ての分野において、本発明の非酸化物セラミ
ックス接合体を適用することができる。
ラミックス接合体は、優れた性能を有することが分か
る。また、各接合体の接合部に生成させたSi、TiS
i2、MoSi2及びWSi2の融点は、それぞれ、14
10℃、1540℃、2030℃及び2150℃であ
る。これに対して、Si−SiC母材は1400℃程度
まで使用可能であるため、Si−SiCを耐火物として
使用する全ての分野において、本発明の非酸化物セラミ
ックス接合体を適用することができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非酸化物セラミックスに過剰に含まれる特定の構成元素
と、接合部に用いる金属元素との間で化合物を生成させ
ることとしたため、接合欠陥を生じ難く、接合強度やシ
ール性に優れ、複雑形状の物品を容易且つ安価で提供で
きる非酸化物セラミックス接合体及び接合方法を提供す
ることができる。
非酸化物セラミックスに過剰に含まれる特定の構成元素
と、接合部に用いる金属元素との間で化合物を生成させ
ることとしたため、接合欠陥を生じ難く、接合強度やシ
ール性に優れ、複雑形状の物品を容易且つ安価で提供で
きる非酸化物セラミックス接合体及び接合方法を提供す
ることができる。
【図1】本発明の接合方法の一例を示す斜視説明図であ
る。
る。
【図2】曲げ強度試験用のテストピースの切り出し方法
を示す斜視説明図である。
を示す斜視説明図である。
1、1’ 非酸化物セラミックス板状焼結体 2 Ti箔 5 組立体 10 セラミックス接合体
Claims (9)
- 【請求項1】 非酸化物セラミックスを接合して成る接
合体であって、 上記非酸化物セラミックスは、その構成元素のうち接合
に関与する元素を過剰に含有し、 該接合体の接合部が、上記接合関与元素と金属材料との
化合物により構成されていることを特徴とする非酸化物
セラミックス接合体。 - 【請求項2】 非酸化物セラミックスがSi系セラミッ
クスであり、接合関与元素がSiであることを特徴とす
る請求項1記載の接合体。 - 【請求項3】 非酸化物セラミックスがSi−SiCで
あり、接合関与元素がSiであることを特徴とする請求
項2記載の接合体。 - 【請求項4】 非酸化物セラミックスが、2〜40重量
%のSiと60〜98重量%のSiCを含有して成るこ
とを特徴とする請求項3記載の接合体。 - 【請求項5】 上記金属材料が、Si、Mo、Ti及び
Wより成る群から選ばれた1種又は2種以上の材料であ
ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に
記載の接合体。 - 【請求項6】 構成元素のうち、接合に関与する元素を
過剰に含有する非酸化物セラミックスを接合する方法で
あって、 該接合体を構成すべき複数のセラミックス部材間に、金
属材料を介在させ、 次いで、これら構成部材を非酸化性雰囲気下で加熱し
て、接合部分に上記接合関与元素と金属元素との化合物
を生成させることにより、接合体を得ることを特徴とす
る非酸化物セラミックスの接合方法。 - 【請求項7】 非酸化物セラミックスがSi−SiCで
あり、接合関与元素がSiであることを特徴とする請求
項6記載の接合方法。 - 【請求項8】 非酸化物セラミックスが、2〜40重量
%のSiと60〜98重量%のSiCを含有して成るこ
とを特徴とする請求項7記載の接合方法。 - 【請求項9】 上記金属材料が、Si、Mo、Ti及び
Wより成る群から選ばれた1種又は2種以上の材料であ
ることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1つの項に
記載の接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4285610A JPH06128046A (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 非酸化物セラミックス接合体及び接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4285610A JPH06128046A (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 非酸化物セラミックス接合体及び接合方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06128046A true JPH06128046A (ja) | 1994-05-10 |
Family
ID=17693760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4285610A Pending JPH06128046A (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | 非酸化物セラミックス接合体及び接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06128046A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010229025A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | General Electric Co <Ge> | ケイ素含有セラミック物品の接合方法及び製品 |
-
1992
- 1992-10-23 JP JP4285610A patent/JPH06128046A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010229025A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | General Electric Co <Ge> | ケイ素含有セラミック物品の接合方法及び製品 |
EP2243759A1 (en) * | 2009-03-27 | 2010-10-27 | General Electric Company | Process for joining silicon-containing ceramic articles and components produced thereby |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010703 |