KR0180484B1 - Joining method of si3n4 ceramic sintered body - Google Patents

Abstract

본 발명은 질화 규소 세라믹을 서로 접합시키는 방법을 제공하기 위한 것으로, 통상적인 질화 규소 세라믹 소결체를 아르곤 가스압을 이용한 열간 등방 가압을 실시하여 세라믹 표면층에 위치한 세라믹 입자의 표면 및 입계면에 수 ㎛크기를 갖는 미세 기공층을 형성시켜 접합제가 상기 기공안으로 침투할 수 있는 경로를 제공함과 동시에 화학적 접착력과 물리적 접착력을 가질 수 있도록 하고, 질화 규소와 비교적 유사한 열팽창 계수를 갖는 몰리브덴(Mo) 또는 니오브(Nb)를 접합제와 함께 층간 물질로 사용하여 접합 처리함으로써 기존의 접합된 질화 규소 세라믹 보다 우수한 제품을 얻을 수 있다.The present invention is to provide a method for bonding silicon nitride ceramics to each other, the conventional silicon nitride ceramic sintered body is subjected to hot isostatic pressure using argon gas pressure to a few μm size on the surface and grain boundaries of the ceramic particles located on the ceramic surface layer By forming a fine pore layer to have a path for the binder to penetrate into the pores, while having a chemical adhesion and physical adhesion, molybdenum (Mo) or niobium (Nb) having a thermal expansion coefficient relatively similar to silicon nitride By using the as an interlayer material together with the bonding agent, the bonding treatment can be used to obtain a better product than the conventional bonded silicon nitride ceramics.

Description

질화규소 세라믹 소결체의 접합 방법Bonding method of silicon nitride ceramic sintered body

본 발명은 질화 규소 세라믹 소결체의 접합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bonding method of a silicon nitride ceramic sintered body.

일반적으로, 질화 규소(Si₃N₄)는 고온에서의 높은 기계적 물성, 내부식성 등으로 인해 구조 재료로 널리 사용되고 있다. 그러나, 질화규소를 비롯한 많은 세라믹 재료들은 플라스틱과는 달리 복잡현 상상의 제품을 제조하는데 많은 문제점을 갖고 있어 그 활용 범위가 비교적 단순 형상의 제품을 제조하는데 국한되었다.In general, silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) is widely used as a structural material due to high mechanical properties, corrosion resistance, and the like at high temperatures. However, many ceramic materials, including silicon nitride, have many problems in manufacturing complex imaginary products, unlike plastics, and their use is limited to manufacturing products having relatively simple shapes.

이 같은 한계를 극복하고자 하는 그 간의 여러 시도중에는 단순 형상의 세라믹 소재를 제조하고, 이를 서로 접착시킴으로써 보다 복잡한 형상의 제품을 만드는 연결 기술(Joining Technique)이 있었다.Among the various attempts to overcome this limitation, there has been a joining technique in which a ceramic material having a simple shape is manufactured and bonded to each other to make a product of a more complicated shape.

이러한 기술의 대표적인 예가 접합(Brazing)으로서, 일반적으로 적절한 접합제(Brazing Alloy)를 이용하여 적정한 온도와 가스 또는 진공 등의 분위기하에서 동종 혹은 이종의 소재를 접합하는 기술을 말한다.A typical example of such a technique is brazing, which generally refers to a technique of bonding homogeneous or heterogeneous materials under an appropriate temperature and an atmosphere such as gas or vacuum using an appropriate brazing alloy.

이같은 기술은 공정의 경제성과 양산 용이성으로 인해 많은 주목을 받아 왔다. 그러나, 세라믹과 세라믹을 접합하는데 있어서 접합 기술을 적용하기 위해서는 몇가지 전제 조건이 필요하다.Such technology has attracted much attention due to the economics of the process and the ease of mass production. However, some preconditions are required to apply the bonding technique in joining the ceramic to the ceramic.

우선, 접합제가 모재(여기서는 세라믹)와의 젖음성과 접착력이 우수해야 하고, 고온에서의 안정성, 내부식성이 뛰어나야 하며, 어느 정도 연성도 있어야 한다. 따라서, 그간의 세라믹 접합에 대한 연구는 상기의 조건을 만족하는 접합제를 개발하고 적용하는데 중점을 두고 진행되어 왔다.First of all, the binder must have good wettability and adhesion with the base material (here ceramics), be stable at high temperatures, have excellent corrosion resistance, and have some degree of ductility. Therefore, research on ceramic joining in the meantime has been focused on developing and applying a bonding agent satisfying the above conditions.

세라믹 접합에 있어서, 세라믹과 접합제 간의 약한 접착력, 열팽창 계수의 차이, 고온 사용시 접합층의 열화 등으로 인해 충분한 고온 강도를 얻기가 어려운 실정이었다.In the ceramic bonding, it was difficult to obtain sufficient high temperature strength due to the weak adhesive force between the ceramic and the bonding agent, the difference in the coefficient of thermal expansion, the deterioration of the bonding layer during high temperature use, and the like.

그러나, 본 발명자들은 접합제와 접촉하는 모재 자체의 표면 특성을 변화시키고, 세라믹과 접합제간의 열팽창에 따른 잔류 응력을 제거할 수 있는 중간층을 이용하면 우수한 접합 강도, 상온과 고온 강도를 갖는 세라믹_세라믹 접합 재료를 만들 수 있음을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.However, the present inventors can change the surface properties of the base material itself in contact with the binder, and use an intermediate layer capable of removing residual stress due to thermal expansion between the ceramic and the binder. It has been found that the ceramic joining material can be made, thus leading to the present invention.

본 발명은 질화 규소 세라믹을 서로 접합시키는데 있어서, 아르곤(Ar)가스압을 이용한 열간 등방 가압(HIP)을 실시하여 세라믹 표면층에 위치한 세라믹 입자의 표면 및 입계면에 수 ㎛크기를 갖는 미세 기공층을 형성시켜 접합제가 상기 기공안으로 침투할 수 있는 경로를 제공함과 동시에 화학적 접착력과 물리적 접착력을 가질 수 있도록 하고, 질화 규소와 비교적 유사한 열팽창 계수를 갖는 몰리브덴(Mo)또는 니오브(Nb)를 접합제와 함께 층간 물질(Interlayer Material)로 사용하여 접합 처리함으로써 기존의 접합된 질화 규소 세라믹 보다 우수한 제품이 얻어지게 된다.In the present invention, silicon nitride ceramics are bonded to each other, by performing hot isotropic pressing (HIP) using argon (Ar) gas pressure to form a microporous layer having a size of several micrometers on the surface and grain boundaries of ceramic particles located on the ceramic surface layer. Molybdenum (Mo) or Niobium (Nb) together with the binder, with a thermal expansion coefficient relatively similar to that of silicon nitride, provide a path through which the binder can penetrate into the pores, and at the same time have chemical and physical adhesion. By using the interlayer material as a bonding process, a product superior to the conventional bonded silicon nitride ceramics is obtained.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 질화 규소 세라믹과 질화 규소 세라믹을 서로 접합시키는데 있어서, 질화 규소 소결체의 표면 처리와 중간층을 이용하여 접합 강도, 상온 및 고온 강도가 우수한 접합된 질화 규소 세라믹 재료를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a method for producing a bonded silicon nitride ceramic material having excellent bonding strength, room temperature, and high temperature strength by using a surface treatment of a silicon nitride sintered body and an intermediate layer in bonding the silicon nitride ceramic and the silicon nitride ceramic to each other. will be.

먼저, 질화 규소 세라믹 소결체는 다음과 같은 방법으로 제조된다. 즉, 질화 규소(Si₃N₄)90 내지 92중량%, 알루미나(Al₂O₃) 2 내지 4중량% 및 이트리아(Y₂O₃) 6 내지 10중량%의 원료 조성을 냉간 정수압 성형을 한 후, 질소 분위기 하에서 소결을 하여서 제조한다.First, a silicon nitride ceramic sintered body is manufactured by the following method. That is, cold hydrostatic pressure molding of the raw material composition of silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) 90 to 92% by weight, alumina (Al ₂ O ₃ ) 2 to 4% by weight and yttria (Y ₂ O ₃ ) 6 to 10% by weight Then, it manufactures by sintering in nitrogen atmosphere.

일반적으로 치밀한 고강도의 질화 규소 소결체는 첨가된 소결 조제인 알루미나와 이트리아가 질화 규소와 질소 분위기에서 소결중 반응하여 Y-Si-Al-O계의 액상이 형성된다. 다음에 성형체 주위의 분위기 조건에 따라 이산화 규소(SiO₂)의 증발이 일어나서 중량 감소가 진행되면 액상 성분이 변화하여 질화 규소-이트리아 결정상(알루미나는 고용)의 결정이 석출된다.In general, high-density silicon nitride sintered compacts react with alumina and yttria, which are added sintering aids, during sintering with silicon nitride in a nitrogen atmosphere to form a Y-Si-Al-O-based liquid phase. Subsequently, depending on the ambient conditions around the molded body, evaporation of silicon dioxide (SiO ₂ ) occurs and the weight reduction proceeds, the liquid component changes to crystallize the silicon nitride-yttria crystal phase (alumina is solid solution).

이러한 입계의 결정화 정도가 높을수록 고온 강도가 향상된다. 그러나, 이산화 규소 상은 기본적으로 완전히 증발하지 않고, 입자의 표면이나 입계에서 비정질, 즉 유리상(규산염 유리나 산질화 규소)으로 얇은 입계막을 형성하게 된다.The higher the degree of crystallization of such grain boundaries, the higher the high temperature strength is. However, the silicon dioxide phase basically does not evaporate completely, and forms a thin grain boundary film in an amorphous state, that is, in a glass phase (silicate glass or silicon oxynitride) at the surface or grain boundary of the particles.

이와 같은 유리상의 존재는 고온에서 제품의 물성을 저하시키는 주된 원인으로 작용할 수 있으므로 그 동안 이를 결정화시키기 위해 소결체를 다시 질소가스 분위기하에서 열간 등방 가압(HIP) 처리를 하는 공정이 개발되었다.Since the presence of such a glass phase may act as a main cause of deteriorating the physical properties of the product at high temperatures, a process for hot isostatic pressurization (HIP) treatment of the sintered compact under nitrogen gas atmosphere has been developed in order to crystallize it.

질소 분위기 하에서는 이산화 규소 유리상의 용해도가 매우 낮으므로 입자 및 입계에 위치한 비정질 유리상이 휘발되지 않고, 결정화되므로써 질화 규소 소재의 입계 결정화가 일어나 우수한 고온 강도를 발현하게 된다.Under nitrogen atmosphere, since the solubility of the silicon dioxide glass phase is very low, the amorphous glass phase located at the grains and grain boundaries does not volatilize, and crystallization causes grain boundary crystallization of the silicon nitride material, resulting in an excellent high temperature strength.

본 발명에서는 이와 같은 입계면에 존재하는 이산화 규소 유리상이 아르곤 가스에 대한 용해도가 크다는 점에 착안하여 모재의 표면층에 수많은 미세 기공을 갖는 기공을 형성하게 된다.In the present invention, paying attention to the high solubility of argon gas in the silicon dioxide glass phase present at such grain boundaries, the pores having numerous fine pores are formed in the surface layer of the base material.

즉, 본 발명에 의하면, 상기 질화 규소 세라믹 소결체에서 접합할 면을 제외한 다른 면에 아르곤 가스의 침투를 방지하기 위한 장벽을 형성시키기 위해 BN 분말을 이용해서 0.2 내지 2mm 두께로 코팅 및 건조처리한 후, 아르곤 가스를 500 내지 1600바아 범위의 압력하에서 주입하면서 1300 내지 1750℃의 온도로 열간 등방 가압(HIP) 처리하여 접합면의 표면층에 위치한 세라믹 소결체 입자의 표면 및 입계면에 수 ㎛의 크기의 기공을 갖는 기공층을 형성시킨다.That is, according to the present invention, in order to form a barrier for preventing the penetration of argon gas on the other side except the surface to be bonded in the silicon nitride ceramic sintered body by coating and drying treatment with a thickness of 0.2 to 2mm using BN powder Injecting an argon gas under a pressure ranging from 500 to 1600 bar, hot isotropically pressuring (HIP) at a temperature of 1300 to 1750 ° C. to obtain pores having a size of several μm on the surface and grain boundaries of the ceramic sintered particles located on the surface layer of the bonding surface. To form a pore layer having a.

여기서, 이산화 규소 유리 시스템에서 이산화 규소에 대한 아르곤 가스의 용해도의 관계는 다음 식으로 설명할 수 있다.Here, the relationship of the solubility of argon gas to silicon dioxide in the silicon dioxide glass system can be explained by the following equation.

윗 식에서, Ci 는 이산화 규소 유리에서의 가스 농도이다.Where Ci is the gas concentration in the silicon dioxide glass.

C_g는 공정중 주입되는 가스 농도이다.C _g is the gas concentration injected during the process.

A는 가스에 의해 생긴 기공의 표면적(㎠)이다.A is the surface area (cm 2) of the pores generated by the gas.

는 유리의 표면 장력(dyne/㎝)이다. Is the surface tension (dyne / cm) of the glass.

R은 기체 상수이다.R is the gas constant.

T는 절대 온도(K)이다.T is the absolute temperature (K).

상기 식에 의하면, 가스의 용해도(C_i)는 가스의 압력(C_g)과 시스템의 온도(T)에 비례함을 알 수 있다.According to the above formula, it can be seen that the solubility of gas (C _i ) is proportional to the pressure (C _g ) of the gas and the temperature (T) of the system.

즉, HIP 처리시 압력과 온도를 변화시킴에 따라 아르곤 가스가 이산화 규소 유리상의 용해 정도를 조절하여 미세한 기공층을 만들 수 있게 된다.In other words, by changing the pressure and temperature during HIP treatment, argon gas can control the degree of dissolution of the silicon dioxide glass phase to form a fine pore layer.

그러나, 온도와 압력이 너무 높으면, 아르곤 가스가 시편 내부로 깊이 침투하여 표면층 만이 아닌 시편 전체에 이같은 기공을 형성시켜 오히려 물성이 급격히 저하된다.However, if the temperature and pressure are too high, the argon gas penetrates deeply into the specimen to form such pores not only in the surface layer but also in the entire specimen, thereby deteriorating its physical properties drastically.

그리고, 온도와 압력이 너무 낮으면 가스의 용해도가 낮아져 기공이 발생하지 않으므로 기공층을 형성시킬 수 없게 된다.In addition, if the temperature and pressure are too low, the solubility of the gas is lowered so that no pores are generated, so that the pore layer cannot be formed.

본 발명에 따르면, 상기한 바와 같은 기공층이 형성된 질화 규소 세라믹 소결체에 Ni-18Cr-19Si(원자%)의 접합제와 함께 세라믹과 열팽팡 계수가 유사한 몰리브덴(Mo) 또는 니오브(Nb)금속을 층간 물질로 사용하여 질화 규소 세라믹 소결체를 서로 접합시킨다.According to the present invention, a molybdenum (Mo) or niobium (Nb) metal having a thermal expansion coefficient similar to that of a ceramic with a binder of Ni-18Cr-19Si (atomic%) is bonded to a silicon nitride ceramic sintered body having a pore layer as described above. It is used as an interlayer material to bond silicon nitride ceramic sintered bodies together.

본 발명에서 사용하는 접합제는 일반적으로 사용되고 있는 Ni-18Cr-19Si(원자%)으로서, 이 Ni을 기본으로 하는 재료는 접합시 적절한 조건, 즉 1100 내지 1250℃의 범위에서 질소 분압 15 내지 20×10^-5바아, 접합 시간 5 내지 20분일 때 질화 규소와 접합제 간에 CrN 조성의 반응층을 생성시켜 그 결합을 공고하게 하고, 아울러, 접합 공정 중의 잔류 응력을 이 반응층이 흡수하게 된다.The bonding agent used in the present invention is Ni-18Cr-19Si (atomic%), which is generally used, and the Ni-based material has a nitrogen partial pressure of 15 to 20 × under suitable conditions for bonding, that is, in a range of 1100 to 1250 ° C. When the bonding time is 10 to ⁵ bar and the bonding time is 5 to 20 minutes, a reaction layer having a CrN composition is formed between the silicon nitride and the bonding agent to solidify the bond, and the reaction layer absorbs the residual stress during the bonding process.

상기 접합제를 사용하여 접합을 할 때, 생성된 CrN층은 소결체 표면의 기공층에 의해 접촉 면적이 증가하게 되고 질화 규소 세라믹 소결체의 내부로 침투하여 화학적 결합은 물론 물리적 결합력을 증대시켜 표면 처리를 안한 질화 규소 세라믹 소결체에 비해 우수한 결합 강도를 나타내게 된다.When bonding using the bonding agent, the resulting CrN layer increases the contact area by the pore layer on the surface of the sintered body and penetrates into the inside of the silicon nitride ceramic sintered body to increase the physical bonding force as well as chemical bonding to increase the surface treatment. Compared with the silicon nitride ceramic sintered body, it shows excellent bond strength.

특히, 접합시 접합제 사이에 질화 규소와 열팽팡 계수가 유사한 몰리브덴(Mo)또는 니오브(Nb) 등의 금속 중간층을 부여하게 되므로 공정 중에 생긴 열팽창계수의 차에 의한 잔류 응력이 훨씬 줄어 들게 된다.In particular, since a metal intermediate layer such as molybdenum (Mo) or niobium (Nb) having similar thermal expansion coefficients to silicon nitride and a thermal expansion coefficient is provided between the bonding agents, the residual stress due to the difference in thermal expansion coefficients generated during the process is much reduced.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

[실시예1]Example 1

Si₃N₄, Al₂O₃, Y₂O₃를 90~92 : 2~4 : 6~10중량%로 칭량하고, 각 성분의 균일한 혼합을 위해 분산제를 분말 중량 대비 0.5~1.5중량%, 성형시의 결합력 향상을 위해 결합제로서 PEG, PVA를 분말 중량 대비 0.5~1.5중량%를 첨가하여 알코올을 혼합 용매로 Al₂O₃단지에 집어 넣고 24~48시간 동안 회전시켜서 혼합 및 분쇄를 실시하였다.Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ , Y ₂ O ₃ are weighed 90 to 92: 2 to 4: 6 to 10 wt%, and the dispersant is 0.5 to 1.5 wt% based on the weight of powder for uniform mixing of each component. In order to improve the bonding strength during molding, PEG and PVA are added as a binder to 0.5 to 1.5% by weight of powder, and alcohol is mixed into the Al ₂ O ₃ jar with a mixed solvent and rotated for 24 to 48 hours to perform mixing and grinding. It was.

이렇게 혼합된 슬러리를 원통형의 분무 건조기(디스크 노즐 타입)에서 건조온도 140~160℃, 질소 분위기 하에서 분무 건조시켜 60~80㎛ 크기의 구형 분말을 제조하였다.The slurry thus mixed was spray dried in a cylindrical spray dryer (disk nozzle type) at a drying temperature of 140 to 160 ° C. and a nitrogen atmosphere to prepare a spherical powder having a size of 60 to 80 μm.

이렇게 제조한 분말을 50×50×50㎜의 금형에 충진시켜 2,000㎏/㎠ 의 압력으로 냉간 정수압 성형을 하여 막대 형상을 갖는 성형체를 제조하였다. 제조된 성형체를 흑연 도가니에 넣고, 발열체가 흑연인 소결로에서 1750~1780℃의 온도 범위에서 0.3~0.5ℓ/min 정도의 질소 가스를 흘려 넣어 주면서 1차 소결을 실시하였다.The powder thus prepared was filled into a 50 × 50 × 50 mm mold and subjected to cold hydrostatic molding at a pressure of 2,000 kg / cm 2 to prepare a molded article having a rod shape. The manufactured molded product was put into a graphite crucible and primary sintering was performed while flowing a nitrogen gas of about 0.3 to 0.5 l / min in a temperature range of 1750 to 1780 ° C in a sintering furnace in which the heating element was graphite.

이때, SiO₂등의 급격한 휘발을 막고 온도 편차를 줄이기 위해 같은 조성의 분말을 시편 주변에 덮었다. 이렇게 제조된 소결체는 이론 밀도의 96~98%를 보이는 치밀한 소결체이었다.At this time, in order to prevent the sudden volatilization of SiO ₂ and the like and to reduce the temperature variation, the powder of the same composition was covered around the specimen. The sintered body thus prepared was a dense sintered body showing 96-98% of theoretical density.

제조된 소결체를 HIP 처리하기 전에 Ar 가스의 침투를 막기 위해 알코올에 BN 분말을 60~70부피%로 섞은 BN 슬러리로 접합할 면을 제외한 나머지 면에 피복시킨 후, 상온에서 건조하여 BN 층을 만들었다.In order to prevent the penetration of Ar gas, the prepared sintered body was coated on the remaining surfaces except for the surface to be bonded with BN slurry mixed with 60 to 70% by volume of BN powder in alcohol, and then dried at room temperature to form a BN layer. .

BN 층을 입힌 Si₃N₄소결체를 흑연 도가니에 넣고, 최고 2000℃의 온도까지 가열 가능한 흑연 발열체가 장착되고, 최고 2000 바아까지 가압 가능한 HIP 장치에 집어 넣고 Ar 가스로 가압하면서 온도를 올렸다. 이때 Ar 가스의 순도는 99.999% 이상이었다.The Si ₃ N ₄ sintered body coated with the BN layer was placed in a graphite crucible, equipped with a graphite heating element capable of heating up to a temperature of up to 2000 ° C., placed in a pressurized HIP apparatus up to 2000 bar, and heated up while pressing with Ar gas. At this time, the purity of Ar gas was 99.999% or more.

이때, HIP 운전 조건, 즉, HIP 압력, HIP 온도 및 HIP 유지 시간은 다음 표 1과 같이 실시하였다. 이렇게 하여 제조된 HIP체는 이론 밀도의 96~98%를 나타내어 1차 소결체와 유사한 값을 보였다.At this time, HIP operating conditions, that is, HIP pressure, HIP temperature and HIP holding time was performed as shown in Table 1 below. Thus prepared HIP body showed a value similar to the primary sintered body by showing 96 ~ 98% of the theoretical density.

이것은 상기 공정 조건하에서 Ar가스가 소결체 내부나 접합 대상면 이외의 면에는 침투하지 않고, 접합 대상면의 표면층에만 미세한 기공층을 형성시킴을 알수 있었다.It was found that under the above process conditions, Ar gas did not penetrate into the inside of the sintered body or the surface other than the bonding target surface, and formed a fine pore layer only on the surface layer of the bonding target surface.

상기한 바와 같이 표면에 미세한 기공을 갖는 기공층을 형성시킨 Si₃N₄모재위에 Ni-18Cr-19Si(원자%) 접합제와 다음 표 1에서와 같이 Mo를 이용하여 1100~1250℃의 온도, 질소 분압이 15~20×10^-5바아, 접합 시간 5~20분의 조건으로 접합을 실시하여 Si₃N₄/Si₃N₄세라믹 접합 재료를 제조하였다.As described above, using a Ni-18Cr-19Si (atomic%) binder and Mo on the Si ₃ N ₄ base material on which a pore layer having fine pores was formed on the surface, the temperature of 1100 ~ 1250 ° C, the nitrogen partial pressure is subjected to 15 ~ 20 × 10 ^-5 bars, bonding under the conditions of a bonding time of 5 ~ 20 minutes to prepare a _{Si 3 N 4 / Si 3 N} 4 ceramic bonding material.

여기서 제조된 Si₃N₄/Si₃N₄세라믹 접합 재료의 접착력, 기계적 물성을 알아보기 위해 접합후 접합 강도 및 1000℃에서의 꺽임 강도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.Bond strength and bending strength at 1000 ° C. were measured after bonding in order to examine the adhesion and mechanical properties of the Si ₃ N ₄ / Si ₃ N ₄ ceramic bonding material prepared here. The results are shown in Table 1 below.

[실시예2 내지 6][Examples 2 to 6]

다음 표 1에서와 같이 제조 조건을 변경하여 실시하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Si₃N₄/Si₃N₄세라믹 접합 재료를 제조하였다.The Si ₃ N ₄ / Si ₃ N ₄ ceramic bonding material was prepared in the same manner as in Example 1 except for changing the manufacturing conditions as in Table 1 below.

여기서 제조된 Si₃N₄/Si₃N₄세라믹 접합 재료의 접착력, 기계적 물성을 알아보기 위해 접합후 접합 강도 및 1000℃에서의 꺽임 강도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.Bond strength and bending strength at 1000 ° C. were measured after bonding in order to examine the adhesion and mechanical properties of the Si ₃ N ₄ / Si ₃ N ₄ ceramic bonding material prepared here. The results are shown in Table 1 below.

[비교예1 내지 6][Comparative Examples 1 to 6]

다음 표 1에서와 같이 제조 조건을 변경하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 Si₃N₄/Si₃N₄세라믹 접합 재료를 제조하였다.The Si ₃ N ₄ / Si ₃ N ₄ ceramic bonding material was prepared in the same manner as in Example 1 except for changing the manufacturing conditions as shown in Table 1 below.

여기서 제조된 Si₃N₄/Si₃N₄세라믹 접합 재료의 접착력, 기계적 물성을 알아보기 위해 접합후 접합 강도 및 1000℃에서의 꺽임 강도를 측정하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.Bond strength and bending strength at 1000 ° C. were measured after bonding in order to examine the adhesion and mechanical properties of the Si ₃ N ₄ / Si ₃ N ₄ ceramic bonding material prepared here. The results are shown in Table 1 below.

본 발명은 질화 규소 세라믹을 서로 접합시키는데 있어서, 아르곤(Ar)가스압을 이용한 열간 등방 가압(HIP)을 실시하여 세라믹 표면층에 위치한 세라믹 입자의 표면 및 입계면에 수 ㎛크기를 갖는 미세 기공층을 형성시켜 접합제가 상기 기공안으로 침투할 수 있는 경로를 제공함과 동시에 화학적 접착력과 물리적 접착력을 가질 수 있도록 하고, 질화 규소와 비교적 유사한 열팽창 계수를 갖는 몰리브덴(Mo)또는 니오브(Nb)를 접합제와 함께 층간 물질로 사용하여 접합 처리함으로써 기존의 접합된 질화 규소 세라믹 보다 우수한 제품이 얻어지게 된다.In the present invention, silicon nitride ceramics are bonded to each other, by performing hot isotropic pressing (HIP) using argon (Ar) gas pressure to form a microporous layer having a size of several micrometers on the surface and grain boundaries of ceramic particles located on the ceramic surface layer. Molybdenum (Mo) or Niobium (Nb) together with the binder, with a thermal expansion coefficient relatively similar to that of silicon nitride, provide a path through which the binder can penetrate into the pores, and at the same time have chemical and physical adhesion. Bonding treatment with the material yields superior products over conventional bonded silicon nitride ceramics.

Claims (3)

통상적인 질화 규소 세라믹 원료 성분인 Si₃N₄, Al₂O₃및 Y₂O₃를 냉간 정수압 성형을 하고 소결 처리하는 단계; 상기 세라믹 소결체인 모재에서 서로 접합할 면을 제외한 다른 면에 BN 분말을 이용해서 0.2 내지 2㎜의 두께로 코팅시키는 단계; 상기 BN 층을 입힌 모재에 아르곤 가스를 500 내지 1600 바아 범위의 압력하에서 주입시키면서 열간 등방 가압 처리를 하여 상기 모재 표면에 미세한 기공을 갖는 기공층을 형성시키는 단계; 통상적인 Ni를 기본으로 하는 접합제 및 상기 모재와 열팽창 계수가 유사한 Mo또는 Nb 금속을 층간 물질로 사용하여 상기 기공층을 갖는 모재를 서로 접합시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화규소 세라믹 소결체의 접합 방법.Cold hydrostatic pressure forming and sintering of conventional silicon nitride ceramic raw materials Si ₃ N ₄ , Al ₂ O ₃ and Y ₂ O ₃ ; Coating a thickness of 0.2 to 2 mm using BN powder on a surface other than the surface to be bonded to each other in the ceramic sintered body; Forming a pore layer having fine pores on the surface of the base material by performing hot isostatic treatment while injecting argon gas under a pressure ranging from 500 to 1600 bar to the base material coated with the BN layer; Bonding method of the silicon nitride ceramic sintered body comprising the step of bonding the base material having the pore layer to each other by using a conventional Ni-based bonding agent and Mo or Nb metal having a similar thermal expansion coefficient to the base material as an interlayer material. . 제1항에 있어서, 상기 열간 등방 가압은 1300 내지 1750℃의 온도 범위에서 1 내지 2시간 동안 실시하여서 되는 것을 특징으로 하는 질화 규소 세라믹 소결체의 접합 방법.The method of joining a silicon nitride ceramic sintered body according to claim 1, wherein the hot isotropic pressing is performed for 1 to 2 hours at a temperature range of 1300 to 1750 ° C. 제1항에 있어서, 상기 접합 단계는 1100 내지 1250℃의 온도와 질소 분압 15 내지 20×10^-5바아의 압력 범위에서 5 내지 20분 동안 실시하여서 되는 것을 특징으로 하는 질화 규소 세라믹 소결체의 접합 방법.The method of joining a silicon nitride ceramic sintered body according to claim 1, wherein the bonding step is performed at a temperature of 1100 to 1250 ° C. and a nitrogen partial pressure of 15 to 20 × 10 ⁻⁵ bar for 5 to 20 minutes. .