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 |