JP2004345306A

JP2004345306A - Ceramic structure

Info

Publication number: JP2004345306A
Application number: JP2003147459A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ihara; 俊之井原; Kazuhisa Tanigawa; 和久谷川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lightweight ceramic structure having high rigidity and a resonance preventive property. <P>SOLUTION: This ceramic structure is composed of a plurality of ceramic members having a Young's modulus of ≥80 GPa, and has a hollow portion, the substantial volume of which is ≤84% based on the volume of a solid body having the same profile. Further, the structure has a natural frequency equal to or higher than that of the solid body. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数のセラミックス成形体を接合することで得られるセラミックス構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスは軽量、高剛性、高強度、高硬度という特徴を有し、また、耐熱性、耐食性に優れているという特性を生かし、構造部材・耐摩耗部材・耐食部材として広く用いられており、また、その期待も高い素材である。
【０００３】
セラミックスを構造部材として用いる場合、軽量化を求められることが多く、その軽量化を実現するため、中実のセラミックス構造体から、不必要な部分を成形や切削や研削により除去し、肉抜きの構造体とすることが一般的によく行われている。
【０００４】
また、セラミックスを構造部材や耐摩耗部材として用いる場合には、種々の形状が要求されることが多く、一体成形による成形だけでは閉塞した中空部を有する複雑な形状を作製することができないため、単純形状に作製したセラミックス部材を様々な方法で接合することが試みられている。
【０００５】
このようなセラミックス部材を接合する方法として、複数のセラミックス部材を接合剤により接合する方法が提案されている。例えば、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して接合する方法がある。
【０００６】
また、特許文献１では複数のセラミックス成形体の接合面をそれぞれ凹凸形状に成形し、この接合面をセラミックス成形体と同材質のセラミックスの粉末を介して、互いに圧接するとともに、これを焼結し一体化するという方法も提案されている。
【０００７】
また、特許文献２ではセラミックス部材同士を圧接させることなく容易に接合しうる方法として、複数のセラミックス部材と同材質のセラミックスの粉末をバインダーで溶解させた混合ペーストにより仮接合し、次いで、この混合ペーストの脱バインダー処理を行った後、前記セラミックス部材間の接合層に溶融したセラミックス前駆体有機ポリマーを含浸させ、最後に熱処理することで前記セラミックス前駆体有機ポリマーをセラミックスに転化させてセラミックス部材同士を接合するという方法が提案されている。
【０００８】
以上説明した方法はいずれも焼成後のセラミックス部材の接合であるのに対し、特許文献３では焼成前のセラミックス成形体を用いた接合方法としては、鋳込み成形法で得られたセラミックス成形体同士をスラリーにより接合するノタ付け法（ヌタ付け法ともいう。）という接合方法があり、コーヒーカップ本体に取手を接合する場合等に用いられる。
【０００９】
【特許文献１】特公昭６３−４１８７１号公報
【００１０】
【特許文献２】特開平５−３３０９３４号公報
【００１１】
【特許文献３】特公平７−８８００５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような肉抜きのセラミックス構造体は、軽量化は実現できるものの、剛性の低下とともに、固有振動数が低下し、セラミックス構造体自身が共振しやすくなるという課題があった。
【００１３】
また、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してセラミックス部材を接合する方法では、加熱後に塗布、硬化した部分に気孔やクラック等の接合欠陥を招きやすく、接合強度やシール性が劣る等の課題があった。
【００１４】
また、複数のセラミックス成形体の接合面をそれぞれ凹凸形状に成形し、この接合面をセラミックス成形体と同材質のセラミックスの粉末を介して、互いに圧接するとともに、これを焼結し一体化するという方法では、接合強度の向上は見られるものの、圧接の程度によっては凹形状の角部に応力集中が生じ、破損しやすいことや、セラミックス成形体の接合面凹部の隅に気泡が残留しやすいため、シール性が劣る等の課題を解決できるものではなかった。
【００１５】
また、複数のセラミックス部材と同材質のセラミックスの粉末をバインダーで溶解させた混合ペーストにより仮接合し、次いで、この混合ペーストの脱バインダー処理を行った後、前記セラミックス部材間の接合層に溶融したセラミックス前駆体有機ポリマーを含浸させ、最後に熱処理することで、前記セラミックス前駆体有機ポリマーをセラミックスに転化するという方法では、体積収縮を発生しにくくするためにポリマーを用いているものの、これでも収縮制御に限界があり、接合部に欠陥の要因となる気泡が残存しやすく、しかも接合に要する工程が煩雑であるという課題があった。
【００１６】
また、焼成前のセラミックス成形体同士のノタ付け法は、接合部を互いに突き合わせ可能な形状に成形し、突き合わせ面に成形体の原料泥しょうを塗布し、突き合わせ面同士を押しつけ、押しつけ力が加えられた状態を保持して乾燥しなければならないために、工程が煩雑となる問題があった。
【００１７】
以上のように、セラミックス磁器同士の接合では、接合部に欠陥が残存し易いために、接合部に応力集中が生じた場合に破壊の原因となり易い。また、セラミックス成形体同士の接合では、加圧しながら乾燥しなければならない等の付属的手段を用いなければならないために工程が煩雑となり易い。
【００１８】
本発明では上記の問題を解消できるとともに、接合により得られた製品の固有振動数に着目し、前記固有振動数が中実体と同等以上とできるために共振しにくく、かつ簡単な接合方法で得られるセラミックス構造体を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、ヤング率が８０ＧＰａ以上の複数のセラミックス部材から構成されるセラミックス構造体において、その実質的な体積が同一外形の中実体の体積に対して８４％以下となるように中空部を有し、かつ固有振動数が前記中実体の固有振動数と同等以上であることを特徴とする。
【００２０】
また、上記セラミックス構造体は、一方のセラミックス部材が、基板とその上のリブから形成され、該リブと天板となる他方のセラミックス部材とが接合されることを特徴とする。
【００２１】
また、上記セラミックス構造体は、複数のセラミックス部材が、基板と、該基板に対向する天板と、基板、天板間に配置されたリブとからなり、該リブが基板及び天板に接合されることを特徴とする。
【００２２】
また、上記セラミックス構造体は、上記基板及び天板の厚みがリブの幅の５０％以上であることを特徴とする。
【００２３】
また、上記セラミックス構造体は、上記セラミックス部材間の接合部に介在する内部欠陥が接合部の厚み方向で４０μｍ未満であって、セラミックス部材同士が当接している部分の面積の総和に対し、前記接合部の面積が７０％以上であることを特徴とする。
【００２４】
また、上記セラミックス構造体は、樹脂と、前記セラミックス部材と同材質からなる粉体とを溶媒に混合してスラリーとして、セラミックス成形体の接合面に塗布し、該セラミックス成形体同士を当接させた後、焼成することにより得られることを特徴とする。
【００２５】
また、上記セラミックス構造体は、前記セラミックス部材と同材質からなる粉体が、上記スラリーに対し、２０〜５５体積％の比率で混合されていることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
本発明のセラミックス構造体は、ヤング率が８０ＧＰａ以上の複数のセラミックス部材から構成するとともに、その実質的な体積が同一外形の中実体の体積に対して８４％以下となる中空部を有し、かつ固有振動数が前記中実体の固有振動数と同等以上にすることが重要である。
【００２８】
ここで、セラミックス部材のヤング率を８０ＧＰａ以上としたのは、上記セラミックス構造体に衝撃が与えられた場合、ヤング率が８０ＧＰａ未満では、与えられた衝撃により発生する振動が停止するまで、著しく時間を要するため、精密機器用の部材や一般構造用部材に用いることができないからであり、ヤング率は１３０Ｇｐａ以上であることがより好適である。
【００２９】
また、上記セラミックス構造体の実質的な体積を同一外形の中実体の体積の８４％以下としたのは、セラミックス構造体の固有振動数は見かけの嵩比重に反比例するため、８４％以下とすることにより、上記セラミックス構造体の固有振動数は中実体の固有振動数と同等以上となり、その結果、共振の発生は抑制され、共振に対する安全領域を十分に確保することができるからである。
【００３０】
ここで、上記セラミックス構造体の好適な形態を図１に示す。
【００３１】
図１に示される本発明のセラミックス構造体１は、一方のセラミックス部材１２が、基板１２１と、該基板１２１上の周辺部に配置されたリブ１２２と、基板１２１上の内部に田型に配置されたリブ１２３とから形成され、リブ１２２，１２３と他方のセラミックス部材１１（以下、天板ともいう。）とが接合される構造である。
【００３２】
このような構造にしたのは、セラミックス構造体１の周辺部のリブ１２２を天板１１に接合することで、容易に中空部１３を形成できるとともに、セラミックス構造体１の内部のリブ１２３を天板１１に接合することで、共振に対する安全領域が拡がるからである。
【００３３】
また、上記セラミックス構造体１では、セラミックス部材１２が、基板１２１と、リブ１２２，１２３とから形成されるとしたが、図２に示すように最初から基板１２１と、リブ１２２，１２３を別々に作製し、その後、基板１２１、天板１１間の所定位置にリブ１２２，１２３を配置し接合しても、図１のセラミックス構造体で得られる効果と同様の効果が得られるとともに、材料費削減、また単純形状で接合が可能という観点からもより好適である。
【００３４】
また、上記セラミックス構造体１では、例えば図１のセラミックス部材１２や図２の基板１２１に、温度調節用の配管等の部品を収納するための肉抜き部を設ける構造であってもよい。
【００３５】
また、図１、２において、軽量化のためや、中空部１３とセラミックス構造体１の外部とに跨って部品を配置したり、あるいは中空部１３に配置された部品を保持または連結したりするために、上記セラミックス構造体の外壁に肉抜きを形成する構造としてもよいし、また、貫通孔を形成してもよい。
【００３６】
また、図１、２に示すセラミックス構造体１では、基板１２１及び天板１１の厚みをリブ１２２，１２３の幅の５０％以上とすることが、共振に対する安全領域をより拡げることができるという観点から好適である。
【００３７】
また、上記セラミックス構造体１は、上記セラミックス部材間の接合部に介在する内部欠陥が接合部の厚み方向で４０μｍ未満であって、セラミックス部材同士が当接している部分の面積の総和に対し、前記接合部の面積が７０％以上であることが好ましい。
【００３８】
接合部に介在する内部欠陥を接合部の厚み方向で４０μｍ未満としたのは、４０μｍ以上では接合部の接合強度が低下するからであり、その厚みがセラミックス部材の気孔径以下であることがより好適である。
【００３９】
また、セラミックス部材同士が当接している部分の面積の総和に対し、前記接合部の面積を７０％以上としたのは、７０％未満では、同様に接合部の接合強度が低下するからである。
【００４０】
ここで、上記内部欠陥とは、接合剤の塗りむらや空気の巻き込み等により発生する未接合部分をいい、超音波探傷装置を用いて確認することができる。
【００４１】
なお、セラミックス構造体１を構成するセラミックス部材の材質は、ヤング率が８０ＧＰａ以上であれば限定されるものではないが、特に、アルミナ質セラミックス、コージェライト質セラミックス、ＳｉＯ_２系ガラスセラミックス、炭化珪素質セラミックス、窒化珪素質セラミックス等が好適である。
【００４２】
次に、図３、図４を用いて本発明の他の実施形態について説明する。
【００４３】
図３（ａ）に示す構造体４は、精密機器用ステージ等に利用されるセラミックス製板状体であるが、これを図３（ｂ）に示すようにセラミックス製の天板２と箱材３に分割製作し、図３（ｃ）に示すように接合することで本発明のセラミックス構造体１を得ることができる。このセラミックス構造体１は、同形状の中実体と比較して、中空であるために軽量とすることが可能である。
【００４４】
図４（ａ）に示す構造体４は、精密機器用ステージに利用するテーブルであるが、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、これを天板２と溝付き支持台５に分割製作し、接合することにより本発明のセラミックス構造体１を得ることができる。これにより、温度調整用配管を内蔵する付加機能付き部材とすることができる。
【００４５】
次に、本発明のセラミックス構造体を得るための製造方法について説明する。
【００４６】
先ず、被接合体となる同材質の複数のセラミックス成形体を種々の成形法を用いて成形する。特に大型の成形体を作製する場合には、静水圧プレス（コールドアイソスタティックプレス、以下ＣＩＰと記載。）成形装置により粉体を成形した後、切削加工等により所定形状とするのがより好適である。
【００４７】
ここで、上記成形体表面は切削加工等により、平面度を３次元測定器による測定値が５０〜１００μｍ、表面粗さＲａを面粗さ測定器による測定値が１．０〜２．０μｍとするのが好適である。
【００４８】
こうすることにより、成形体表面により均一にスラリーを塗布することができるために十分な接合強度を得ることができる。
【００４９】
なお、上記面粗さ測定器で測定する際、成形体に損傷を及ぼさないためには触針の触針径は０．３ｍｍとするのがより好適である。
【００５０】
次に、スラリーを作製する。該スラリーは、バインダーと上記セラミックス成形体と同材質からなる粉体とを溶媒に投入し、万能混合機により真空脱泡しながら撹拌、混合して作製する。
【００５１】
ここで、上記粉体は、スラリーに対し、２０〜５５体積％の比率で混合されていることが好ましい。上記粉体をスラリーに対し、２０体積％以上としたのは、２０体積％未満とすると、粉体の絶対量が少なく、焼成後に接合部の密度が低くなってしまうために接合強度が低下し、用途によってはセラミックス構造体として用いることができないからである。また、上記粉体をスラリーに対し、５５体積％以下としたのは、５５体積％を超えると、スラリーの粘性が高くなり過ぎ、接合部に均質にスラリーを塗布することができず、より均質な接合部を得ることができないために、接合強度が低下し、用途によってはやはりセラミックス構造体として用いることができないからである。
【００５２】
なお、上記スラリーの粘性を表す粘度としては、１０〜１００Ｐａ・ｓが良く、この範囲内であれば、良好なスラリー塗布実施が可能となり、焼成後に十分な接合強度を有する接合部とできる。
【００５３】
また、上記バインダーとしてはポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニールブチラール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニールアセタール、アクリル樹脂、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ワックスエマルジョン等を用いることができ、溶媒としては水、アルコール、その他有機溶剤等を用いればよい。
【００５４】
次に、上記スラリーを成形体の接合面に塗布し、セラミック成形体同士を接合面にて当接させ接合させた後、加圧・乾燥する。
【００５５】
ここで、上記スラリーの塗布は、接合する２つのセラミックス成形体の両方の接合面に塗布しても良いし、片方のセラミックス成形体の接合面に塗布しても良い。
【００５６】
また、上記加圧は１．０ｇ／ｍｍ^２以上の荷重とするのが良好であり、これより低い荷重であると、接合部の密着性が悪いために、乾燥、焼成後に接合部に密度差を生じてしまうために好ましくない。加圧力が高くなれば破損する場合もあり、より好適には１．０〜５．０ｇ／ｍｍ^２の加圧力とするのが良い。
【００５７】
また、上記乾燥は室温で１０時間以上乾燥させるのが良く、１０時間より短い乾燥時間であるとスラリー中の溶媒が蒸発しきれておらず、焼成時にそれらが急激に気化し、接合部とセラミックス成形体の収縮差により接合部にクラック等の欠陥が生じるために好ましくない。
【００５８】
そして、上記の製造方法により接合させたセラミックス構造体を大気中または真空中にて１３００〜２０００℃の温度で焼成することで本発明のセラミックス構造体を得る。
【００５９】
以上のようにして得られた本発明のセラミックス構造体は、精密機器用の部材として、ステージ部材、支持支柱、テーブル、ガイドレール、スライダー、計測用部材として用いることが可能であり、特に一般構造用部材として、その駆動源がサーボモータ、リニアモータ、超音波モータ等であるステージ、繊維用ガイド材、治具等により好適に用いることが可能である。
【００６０】
更には、液晶製造装置用、半導体製造装置用の各種部材として用いることも可能であり、特に中空構造とし、より軽量化が求められるステージ部材やガイド部材として好適に用いることができる。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明のセラミックス構造体の実施例について説明する。
【００６２】
実施例１
以下、本発明のセラミックス構造体の実施例について図１を用いて説明する。
【００６３】
先ず、焼成後、セラミックス構造体１の天板１１となるセラミックス成形体と、基板上に田型に配置されたリブ１２２、１２３を備えるセラミックス成形体とをＣＩＰ成形装置により粉体を成形後に切削加工し、各材質毎に準備した。
【００６４】
ここで、上記セラミックス成形体の材質は、ヤング率がそれぞれ３００ＧＰａ、１３０ＧＰａ、８０ＧＰａであるアルミナ質セラミックス、コージェライト質セラミックス及びＳｉＯ_２系ガラスセラミックスの３材質とした。
【００６５】
次に、上記セラミックス成形体と同材質である粉体を３種類準備し、これら粉体とポリビニルアルコールとを溶媒である水に投入し、万能混合攪拌機により混合して、粘度１５〜７０Ｐａ・ｓのスラリーとした。
【００６６】
このスラリーを天板１１となるセラミックス成形体と対向するリブ１２２、１２３の端面に塗布し、該リブ１２２、１２３を前記セラミックス成形体に当接させ、加圧・乾燥させた後、表１に示す熱処理条件を用いて熱処理することにより、セラミックス成形体同士を接合し、天板１１、基板１２１とも長さ５００ｍｍ、幅５００ｍｍ、これ以外の寸法については、表１に示すセラミックス構造体１を得た。
【００６７】
また、比較例として、セラミックス構造体１と同一外形の中実体と、該中実体から内部を切削により田型に除去し、焼成した肉抜きのセラミックス構造体（以下、肉抜き構造体という。）とを準備した。この肉抜き構造体を図５に示す。
【００６８】
そして、ＦＦＴサーボ・アナライザー（ＭｏｄｅｌＲ９２１１Ｅ、ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製）を用いて構造体の固有振動数を測定し、また振動試験機（エミック社製、型式Ｆ−５００−ＢＮ−Ｅ０４）により２００〜３００Ｈｚの周波数帯域における共振の有無についても調べた。
【００６９】
上記構造体の固有振動数及び共振の測定結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】

【００７１】
表１からわかるように本発明のセラミックス構造体Ｎｏ．３〜６，１１〜１４，１９〜２２の固有振動数は、中実体Ｎｏ．１，９，１７の固有振動数と材質毎で比べると同等以上となっており、共振の発生もなく良好である。
【００７２】
一方、本発明の範囲外である肉抜き構造体Ｎｏ．２，１０，１８の固有振動数は、中実体Ｎｏ．１，９，１７の固有振動数より低くなっており、共振も発生している。
【００７３】
また、本発明の範囲外であるセラミックス構造体Ｎｏ．７，８，１５，１６の固有振動数は、基板１２１、天板１１ともその厚みがリブ１２２，１２３の幅の５０％未満であるため、中実体Ｎｏ．１，９の固有振動数より低くなっており、共振も発生している。
【００７４】
なお、本実施例では、セラミックス成形体の材質として、アルミナ質セラミックス、コージェライト質セラミックス、ＳｉＯ_２系ガラスセラミックスの３材質をあげたが、他の材質、例えば、炭化珪素質セラミックス、窒化珪素質セラミックス等を用いてもよい。
【００７５】
実施例２
以下、本発明のセラミックス接合体の接合状態について、図６を用いて説明する。
【００７６】
先ず、ＣＩＰ成形法を用い、成形圧力８０ＭＰａで得られたコージェライト質セラミックス成形体から切削加工により外径７０ｍｍ、高さ１５ｍｍの円盤状成形体８及び外形７０ｍｍ、内径５０ｍｍ、高さ７５ｍｍの円管状成形体９を得た。
【００７７】
また、上記コージェライト質セラミックス成形体と同材質である粉体を準備し、様々な量でポリビニルアルコールとともに、溶媒である水に投入し、万能混合攪拌機を用いて十分に分散させ、スラリーとした。
【００７８】
さらに、このスラリーを真空脱泡装置より、泡がなくなるまで脱泡させた後、円管状成形体９の両端面にスラリーを塗布した。なお、上記粉体は、スラリーに対し、１５〜６０体積％の比率とした。
【００７９】
次に、スラリーを塗布した上記円管状成形体９の両端面に２つの円盤状成形体８を高さ方向に当接した後、大気雰囲気中１４００℃、５時間で焼成することで、図６に示す接合状態評価用のセラミックス構造体７を得た。
【００８０】
接合状態については、超音波探傷法で得られた接合層マップから接合面積率（＝接合面積／接合総面積）を算出することで評価した。ここで、接合総面積とは、円盤状成形体８と円管状成形体９とが当接している部分の面積の総和をいう。
【００８１】
なお、上記超音波探傷法による接合層マップ測定には、超音波探傷装置（日本クラウトクレーマー社製、ＨＩＳ−２）を用いた。
【００８２】
また、接合面積とは、セラミックス構造体７に入射させた超音波の入力強度に対し、接合部で反射された超音波のエコー強度が１０％未満となる部分の面積をいい、この部分の面積が大きければ、接合面積率は高くなる。超音波のエコー強度が１０％未満とは、円盤状成形体８、円管状成形体９間の接合部に厚み方向で４０μｍ以上の内部欠陥が存在しないことを意味する。
【００８３】
接合面積率の測定結果を表２に示す。
【００８４】
さらに、セラミックス構造体７より接合部を挟んで３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍの抗折試験片を切り出し、これをＪＩＳＲ１６０１（１９９５）の４点曲げ強度法に準拠して曲げ強度を測定し、これを接合強度とした。
【００８５】
その測定結果を表２に示す。
【００８６】
【表２】

【００８７】
表２から、粉体がスラリーに対し、２０〜５５体積％の比率で混合されているセラミックス構造体Ｎｏ．４２〜４５は、接合面積率が７０％以上と高く、また接合強度も１４６ＭＰａ以上と高いことがわかる。一方、粉体がスラリーに対し、２０〜５５体積％をはずれる比率で混合されているセラミックス構造体Ｎｏ．４１，４６は、接合面積率が７０％未満と低く、また接合強度も８０ＭＰａ以下と低いことがわかる。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ヤング率が８０ＧＰａ以上の複数のセラミックス部材から構成されるセラミックス構造体において、その実質的な体積が同一外形の中実体の体積に対して８４％以下となる中空部を有し、かつ固有振動数が前記中実体の固有振動数と同等以上とすることで、セラミックス構造体自身の共振の発生を抑制でき、上記セラミックス構造体を精密機器等の機器に取り付けた場合、機器全体が軽量化でき、機器の振動を抑制することができる。
【００８９】
また、一方のセラミックス部材が、基板と、該基板上のリブとから形成され、該リブと天板となる他方のセラミックス部材とを接合したセラミックス構造体とすることで、中空部を容易に形成することができるとともに、共振に対する安全領域を拡げることができる。
【００９０】
また、上記基板及び天板の厚みをリブの幅の５０％以上としたセラミックス構造体とすることで、共振に対する安全領域をより拡げることができる。
【００９１】
また、複数のセラミックス部材が、基板と、該基板に対向する天板と、基板、天板間に配置されたリブとからなり、該リブを基板及び天板に接合したセラミックス構造体とすることで中空部をより容易に形成することができるとともに、共振に対する安全領域を拡げることができる。しかも、基板、天板、リブが単純形状である場合には、改めて切削により中空部を形成する必要がないため、材料費を削減することもできる。
【００９２】
また、上記セラミックス部材間の接合部に介在する内部欠陥が接合部の厚み方向で４０μｍ未満であって、セラミックス部材同士が当接している部分の面積の総和に対し、前記接合部の面積を７０％以上とすることで、セラミックス部材同士の接合強度を高くすることができるため、信頼性の高いセラミックス構造体を得ることができる。
【００９３】
また、樹脂と、前記セラミックス部材と同材質からなる粉体とを溶媒に混合してスラリーとしてセラミックス成形体の接合面に塗布し、該セラミックス成形体同士を当接させた後、焼成することで、組成的、機械特性上、熱的特性上均質なセラミックス構造体を得ることができる。
【００９４】
さらに、前記セラミックス部材と同材質からなる粉体を、上記スラリーに対し、２０〜５５体積％の比率で混合することで、焼成後のセラミックス部材同士の接合強度を高くすることができるため、信頼性の高いセラミックス構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のセラミックス構造体を示す斜視図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の他の実施形態となるセラミックス構造体を示す斜視図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のセラミックス構造体とその製造方法を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のセラミックス構造体とその製造方法を示す斜視図である。
【図５】比較例である肉抜きのセラミックス構造体を示す斜視図である。
【図６】円盤状成形体と円管状成形体とを接合した斜視図である。
【符号の説明】
１：セラミックス構造体
１１，１２：セラミックス部材
１２１：基板
１２２，１２３：リブ
１３：中空部
２：天板
３：箱材
４：構造体
５：溝付き支持台
６：肉抜き構造体
７：セラミックス構造体
８：円盤状成形体
９：円管状成形体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic structure obtained by joining a plurality of ceramic molded bodies.
[0002]
[Prior art]
Ceramics have the characteristics of light weight, high rigidity, high strength, and high hardness, and are also widely used as structural members, wear-resistant members, and corrosion-resistant members, taking advantage of their properties of excellent heat resistance and corrosion resistance. It is a material with high expectations.
[0003]
When ceramics are used as structural members, weight reduction is often required, and in order to achieve the weight reduction, unnecessary portions are removed from the solid ceramic structure by molding, cutting or grinding, and the thickness is reduced. It is common practice to make a structure.
[0004]
In addition, when ceramics are used as a structural member or a wear-resistant member, various shapes are often required, and a complicated shape having a closed hollow portion cannot be produced only by molding by integral molding, Attempts have been made to join ceramic members made in a simple shape by various methods.
[0005]
As a method of joining such ceramic members, a method of joining a plurality of ceramic members with a joining agent has been proposed. For example, there is a method in which borosilicate glass powder or slurry is applied to a joint of ceramic members, and the joint is heated in air or vacuum.
[0006]
Further, in Patent Document 1, a joint surface of a plurality of ceramic molded bodies is formed into an uneven shape, and the joined surfaces are pressed against each other via ceramic powder of the same material as the ceramic molded body, and are sintered. A method of integrating them has also been proposed.
[0007]
Further, in Patent Document 2, as a method of easily joining ceramic members without pressing each other, a plurality of ceramic members are temporarily joined with a mixed paste obtained by dissolving ceramic powder of the same material with a binder, and then the mixed members are mixed. After performing the binder removal treatment on the paste, the bonding layer between the ceramic members is impregnated with the molten ceramic precursor organic polymer, and finally heat-treated to convert the ceramic precursor organic polymer into ceramics, and the ceramic members are joined together. Have been proposed.
[0008]
In all of the methods described above, the joining of the ceramic members after firing is performed. On the other hand, in Patent Document 3, as the joining method using the ceramic molded body before firing, the ceramic molded articles obtained by the casting method are used. There is a joining method called a notching method (also referred to as a notching method) for joining with a slurry, and is used for joining a handle to a coffee cup body.
[0009]
[Patent Document 1] Japanese Patent Publication No. 63-41871
[0010]
[Patent Document 2] JP-A-5-330934
[0011]
[Patent Document 3] Japanese Patent Publication No. 7-88005
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the lightened ceramic structure as described above can be reduced in weight, there is a problem that the natural frequency is reduced as the rigidity is reduced, and the ceramic structure itself tends to resonate.
[0013]
In a method in which borosilicate glass powder or slurry is applied to the joints of the ceramic members and heated in the air or in a vacuum to join the ceramic members, bonding such as pores and cracks to the applied and cured portions after heating is performed. There are problems such as easy occurrence of defects and poor bonding strength and sealability.
[0014]
In addition, the joining surfaces of a plurality of ceramic molded bodies are each formed into an uneven shape, and the joined surfaces are pressed against each other via ceramic powder of the same material as the ceramic molded bodies, and are sintered and integrated. In the method, although the joint strength is improved, stress concentration occurs at the concave corners depending on the degree of pressure welding, and it is easy to break, and air bubbles easily remain at the corner of the concave joint surface of the ceramic molded body However, it was not possible to solve problems such as poor sealing performance.
[0015]
Further, a plurality of ceramic members were temporarily joined by a mixed paste obtained by dissolving a ceramic powder of the same material with a binder, and then, after performing a binder removal treatment of the mixed paste, the mixed paste was melted in a bonding layer between the ceramic members. In the method of converting the ceramic precursor organic polymer into ceramics by impregnating the ceramic precursor organic polymer and finally performing a heat treatment, the polymer is used to make it difficult for volume shrinkage to occur. There is a problem in that there is a limit in control, air bubbles that cause defects are likely to remain in the joint, and the steps required for joining are complicated.
[0016]
In addition, the notching method of the ceramic molded bodies before firing is to form the joints into a shape that can butt each other, apply the raw material slurry of the molded body to the butted surfaces, press the butted surfaces together, and apply a pressing force. There is a problem that the process is complicated because it is necessary to dry while maintaining the state.
[0017]
As described above, in joining ceramic porcelains, defects tend to remain at the joints, and therefore, when stress concentration occurs at the joints, it is likely to cause destruction. In addition, in joining the ceramic molded bodies, it is necessary to use additional means such as drying while applying pressure, so that the process tends to be complicated.
[0018]
In the present invention, the above-mentioned problem can be solved, and attention is paid to the natural frequency of the product obtained by joining, and since the natural frequency can be equal to or higher than that of a solid body, resonance hardly occurs, and it is obtained by a simple joining method. It is an object to provide a ceramic structure that can be used.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problem, the present invention provides a ceramic structure composed of a plurality of ceramic members having a Young's modulus of 80 GPa or more, wherein the substantial volume is 84% or less of the volume of a solid body having the same outer shape. Thus, it has a hollow portion and the natural frequency is equal to or higher than the natural frequency of the solid body.
[0020]
Further, the ceramic structure is characterized in that one ceramic member is formed of a substrate and a rib thereon, and the rib is joined to the other ceramic member serving as a top plate.
[0021]
Further, the ceramic structure includes a plurality of ceramic members each including a substrate, a top plate facing the substrate, and a rib disposed between the substrate and the top plate, and the rib is bonded to the substrate and the top plate. It is characterized by that.
[0022]
Further, the ceramic structure is characterized in that the thickness of the substrate and the top plate is 50% or more of the width of the rib.
[0023]
Further, in the ceramic structure, the internal defect interposed at the joining portion between the ceramic members is less than 40 μm in the thickness direction of the joining portion, and the sum of the areas of the portions where the ceramic members are in contact with each other, The area of the joint is 70% or more.
[0024]
Further, the ceramic structure is obtained by mixing a resin and a powder made of the same material as the ceramic member with a solvent, applying a slurry to the joining surface of the ceramic molded body, and bringing the ceramic molded bodies into contact with each other. And then firing.
[0025]
Further, the ceramic structure is characterized in that a powder made of the same material as the ceramic member is mixed with the slurry at a ratio of 20 to 55% by volume.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0027]
The ceramic structure of the present invention comprises a plurality of ceramic members having a Young's modulus of 80 GPa or more, and has a hollow portion having a substantial volume of 84% or less of the volume of a solid body having the same outer shape, It is important that the natural frequency is equal to or higher than the natural frequency of the solid body.
[0028]
Here, the reason why the Young's modulus of the ceramic member is set to 80 GPa or more is that when the ceramic structure is subjected to an impact, if the Young's modulus is less than 80 GPa, the vibration generated by the applied impact stops significantly. Therefore, it cannot be used as a member for precision equipment or a member for general structure, and the Young's modulus is more preferably 130 Gpa or more.
[0029]
The reason why the substantial volume of the ceramic structure is set to 84% or less of the volume of the solid body having the same outer shape is that the natural frequency of the ceramic structure is inversely proportional to the apparent bulk specific gravity. Thereby, the natural frequency of the ceramic structure becomes equal to or higher than the natural frequency of the solid body, and as a result, the occurrence of resonance is suppressed, and a safe area for resonance can be sufficiently ensured.
[0030]
Here, a preferred embodiment of the ceramic structure is shown in FIG.
[0031]
In the ceramic structure 1 of the present invention shown in FIG. 1, one of the ceramic members 12 includes a substrate 121, ribs 122 disposed on a peripheral portion on the substrate 121, and The

ribs

122 and 123 are joined to the other ceramic member 11 (hereinafter, also referred to as a top plate).
[0032]
This structure is such that the hollow portion 13 can be easily formed by joining the ribs 122 at the peripheral portion of the ceramic structure 1 to the top plate 11, and the ribs 123 inside the ceramic structure 1 can be This is because bonding to the plate 11 expands a safe area against resonance.
[0033]
In the ceramic structure 1, the ceramic member 12 is formed from the substrate 121 and the

ribs

122 and 123. However, as shown in FIG. Even if the

ribs

122 and 123 are arranged at predetermined positions between the substrate 121 and the top plate 11 and then joined, the same effects as those obtained by the ceramic structure of FIG. 1 can be obtained, and the material cost can be reduced. It is more preferable from the viewpoint that joining can be performed with a simple shape.
[0034]
Further, the ceramic structure 1 may have a structure in which, for example, a thinned portion for accommodating components such as a pipe for temperature adjustment is provided on the ceramic member 12 of FIG. 1 or the substrate 121 of FIG.
[0035]
In FIGS. 1 and 2, components are arranged to reduce the weight, straddle the hollow portion 13 and the outside of the ceramic structure 1, or hold or connect the components arranged in the hollow portion 13. For this purpose, a structure may be adopted in which the outer wall of the ceramic structure is formed with a lightening, or a through hole may be formed.
[0036]
In addition, in the ceramic structure 1 shown in FIGS. 1 and 2, the thickness of the substrate 121 and the top plate 11 is set to be 50% or more of the width of the

ribs

122 and 123, so that the safe area against resonance can be further expanded. Is preferred.
[0037]
Further, the ceramic structure 1 has an internal defect interposed at a joining portion between the ceramic members in a thickness direction of the joining portion of less than 40 μm and a total area of a portion where the ceramic members are in contact with each other. It is preferable that the area of the joint is 70% or more.
[0038]
The reason why the internal defect interposed in the bonding portion is less than 40 μm in the thickness direction of the bonding portion is that the bonding strength of the bonding portion is reduced at 40 μm or more, and that the thickness is less than the pore diameter of the ceramic member. It is suitable.
[0039]
Further, the reason why the area of the joint is set to 70% or more with respect to the total area of the portions where the ceramic members are in contact with each other is that if it is less than 70%, the joint strength of the joint similarly decreases. .
[0040]
Here, the internal defect refers to an unbonded portion generated by uneven application of a bonding agent, entrainment of air, or the like, and can be confirmed using an ultrasonic flaw detector.
[0041]
The material of the ceramic member constituting the ceramic structure 1 is not limited as long as its Young's modulus is 80 GPa or more. In particular, alumina ceramic, cordierite ceramic, SiO 2 ₂ System glass ceramics, silicon carbide-based ceramics, silicon nitride-based ceramics, and the like are preferable.
[0042]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0043]
The structure 4 shown in FIG. 3A is a ceramic plate used for a precision instrument stage or the like. As shown in FIG. 3B, the structure 4 is made up of a ceramic top plate 2 and a box material. The ceramic structure 1 of the present invention can be obtained by dividing the structure into three and joining them as shown in FIG. Since the ceramic structure 1 is hollow compared to a solid body of the same shape, the weight can be reduced.
[0044]
The structure 4 shown in FIG. 4A is a table used for a precision instrument stage. As shown in FIGS. 4B and 4C, the structure 4 is attached to the top plate 2 and the grooved support 5. The ceramic structure 1 of the present invention can be obtained by dividing and manufacturing and joining. Thereby, a member with an additional function that incorporates the temperature adjustment pipe can be obtained.
[0045]
Next, a manufacturing method for obtaining the ceramic structure of the present invention will be described.
[0046]
First, a plurality of ceramic molded bodies of the same material to be joined are molded using various molding methods. In particular, when a large-sized compact is manufactured, it is more preferable to form the powder by a hydrostatic press (cold isostatic press, hereinafter referred to as CIP) molding device and then to form the powder into a predetermined shape by cutting or the like. is there.
[0047]
Here, the surface of the molded body is measured by a cutting process or the like to have a flatness measured by a three-dimensional measuring device of 50 to 100 μm and a surface roughness Ra measured by a surface roughness measuring device of 1.0 to 2.0 μm. It is preferred to do so.
[0048]
By doing so, a sufficient bonding strength can be obtained because the slurry can be more uniformly applied to the surface of the molded body.
[0049]
When measuring with the above-mentioned surface roughness measuring instrument, it is more preferable that the stylus diameter of the stylus is 0.3 mm so as not to damage the molded body.
[0050]
Next, a slurry is prepared. The slurry is prepared by charging a binder and a powder made of the same material as the above-mentioned ceramic molded body into a solvent, and stirring and mixing the mixture while vacuum defoaming with a universal mixer.
[0051]
Here, the powder is preferably mixed at a ratio of 20 to 55% by volume with respect to the slurry. The reason why the above-mentioned powder is set to 20% by volume or more with respect to the slurry is that if it is less than 20% by volume, the absolute amount of the powder is small and the density of the bonding portion after firing is reduced, so that the bonding strength is reduced. This is because it cannot be used as a ceramic structure depending on the use. In addition, the reason why the above powder is set to 55% by volume or less with respect to the slurry is that if it exceeds 55% by volume, the viscosity of the slurry becomes too high, so that the slurry cannot be uniformly applied to the joint, and the This is because a strong joint cannot be obtained, so that the joining strength is reduced, and it cannot be used as a ceramic structure in some applications.
[0052]
The viscosity representing the viscosity of the slurry is preferably from 10 to 100 Pa · s. If the viscosity is within this range, it is possible to apply the slurry well, and to obtain a joint having sufficient joint strength after firing.
[0053]
Further, as the binder, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyvinyl butyral, polyethylene oxide, polyvinyl acetal, acrylic resin, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, wax emulsion and the like can be used. Etc. may be used.
[0054]
Next, the slurry is applied to the joint surface of the molded body, and the ceramic molded bodies are brought into contact with each other at the joint surface to be joined, and then pressed and dried.
[0055]
Here, the slurry may be applied to both joining surfaces of the two ceramic molded bodies to be joined, or may be applied to the joining surface of one of the ceramic molded bodies.
[0056]
The above pressure is 1.0 g / mm ² It is preferable to set the above load, and if the load is lower than this, it is not preferable because a difference in density occurs in the joint after drying and firing because the adhesion of the joint is poor. If the applied pressure is high, it may be broken, and more preferably 1.0 to 5.0 g / mm. ² It is good to set the pressure.
[0057]
The drying is preferably carried out at room temperature for 10 hours or more. If the drying time is shorter than 10 hours, the solvent in the slurry is not completely evaporated, and they are rapidly vaporized at the time of firing, so that the joint portion and the ceramics are dried. It is not preferable because defects such as cracks occur at the joint due to a difference in shrinkage of the molded body.
[0058]
Then, the ceramic structure joined by the above-described manufacturing method is fired at a temperature of 1300 to 2000 ° C. in the air or vacuum to obtain the ceramic structure of the present invention.
[0059]
The ceramic structure of the present invention obtained as described above can be used as a member for precision equipment, such as a stage member, a support column, a table, a guide rail, a slider, and a member for measurement. It is possible to suitably use a stage whose driving source is a servomotor, a linear motor, an ultrasonic motor, or the like, a fiber guide material, a jig, or the like.
[0060]
Furthermore, it can be used as various members for a liquid crystal manufacturing device and a semiconductor manufacturing device. Particularly, it has a hollow structure and can be suitably used as a stage member or a guide member that requires lighter weight.
[0061]
【Example】
Hereinafter, examples of the ceramic structure of the present invention will be described.
[0062]
Example 1
Hereinafter, embodiments of the ceramic structure of the present invention will be described with reference to FIG.
[0063]
First, after sintering, a ceramic molded body serving as the top plate 11 of the ceramic structure 1 and a ceramic molded

body having ribs

122 and 123 arranged on a substrate in the shape of a cross are cut after forming powder with a CIP molding apparatus. It was processed and prepared for each material.
[0064]
Here, the ceramic molded body is made of alumina ceramics, cordierite ceramics and SiO 2 having Young's moduli of 300 GPa, 130 GPa and 80 GPa, respectively. ₂ Three types of glass ceramics were used.
[0065]
Next, three kinds of powders of the same material as the ceramic molded body are prepared, and these powders and polyvinyl alcohol are put into water as a solvent and mixed with a universal mixing stirrer to have a viscosity of 15 to 70 Pa · s. Slurry.
[0066]
This slurry was applied to the end faces of the

ribs

122 and 123 facing the ceramic molded body serving as the top plate 11, and the

ribs

122 and 123 were brought into contact with the ceramic molded body, pressed and dried. By performing heat treatment under the heat treatment conditions shown, the ceramic molded bodies were joined to each other, and the top plate 11 and the substrate 121 were each obtained with a length of 500 mm, a width of 500 mm, and the other dimensions as shown in Table 1. Was.
[0067]
In addition, as a comparative example, a solid body having the same outer shape as the ceramic structure 1, and a hollow ceramic structure (hereinafter referred to as a hollow structure) obtained by removing the solid from the solid body by cutting into a cross section and firing the solid body. And prepared. FIG. 5 shows this lightened structure.
[0068]
Then, the natural frequency of the structure is measured using an FFT servo analyzer (Model R9211E, manufactured by ADVANTEST), and a frequency of 200 to 300 Hz is measured by a vibration tester (manufactured by Emic, model F-500-BN-E04). The presence or absence of resonance in the band was also examined.
[0069]
Table 1 shows the measurement results of the natural frequency and the resonance of the structure.
[0070]
[Table 1]

[0071]
As can be seen from Table 1, the ceramic structure No. of the present invention. The natural frequencies of Nos. 3 to 6, 11 to 14, and 19 to 22 are solid body Nos. The natural frequencies of 1, 9, and 17 are equal to or greater than each other for each material, and are excellent without occurrence of resonance.
[0072]
On the other hand, the lightened structure body No. which is out of the scope of the present invention. The natural frequencies of Nos. 2, 10, and 18 are solid body Nos. It is lower than the natural frequencies of 1, 9, and 17, and resonance also occurs.
[0073]
In addition, ceramic structure Nos. The natural frequencies of the solid body Nos. 7, 8, 15, and 16 are less than 50% of the width of the

ribs

122 and 123 for both the substrate 121 and the top plate 11. It is lower than the natural frequencies of 1, 9 and resonance occurs.
[0074]
In the present embodiment, as the material of the ceramic molded body, alumina ceramic, cordierite ceramic, SiO 2 ₂ Although the three materials of the system glass ceramics have been described, other materials such as silicon carbide ceramics and silicon nitride ceramics may be used.
[0075]
Example 2
Hereinafter, the joining state of the ceramic joined body of the present invention will be described with reference to FIG.
[0076]
First, using a CIP molding method, a disc-shaped molded body 8 having an outer diameter of 70 mm, a height of 15 mm and a circle having an outer diameter of 70 mm, an inner diameter of 50 mm, and a height of 75 mm were cut from a cordierite ceramic molded body obtained at a molding pressure of 80 MPa by cutting. A tubular molded body 9 was obtained.
[0077]
In addition, powders of the same material as the cordierite-based ceramic molded body were prepared, and in various amounts, together with polyvinyl alcohol, were poured into water as a solvent, and sufficiently dispersed using a universal mixing stirrer to form a slurry. .
[0078]
Further, the slurry was defoamed by a vacuum defoaming device until the bubbles disappeared, and then the slurry was applied to both end surfaces of the tubular molded body 9. In addition, the said powder was made into the ratio of 15-60 volume% with respect to a slurry.
[0079]
Next, after two disk-shaped molded bodies 8 are brought into contact with the slurry on both end surfaces of the cylindrical molded body 9 in the height direction, and fired at 1400 ° C. for 5 hours in the air atmosphere, FIG. The ceramic structure 7 for bonding condition evaluation shown in FIG.
[0080]
The bonding state was evaluated by calculating a bonding area ratio (= bonding area / total bonding area) from a bonding layer map obtained by the ultrasonic flaw detection method. Here, the total bonding area refers to the sum of the areas of the portions where the disc-shaped molded body 8 and the tubular molded body 9 are in contact with each other.
[0081]
In addition, the ultrasonic flaw detector (HIS-2, manufactured by Nippon Clout Kramer Co., Ltd.) was used for the bonding layer map measurement by the above ultrasonic flaw detection method.
[0082]
The bonding area refers to the area of the portion where the echo intensity of the ultrasonic wave reflected at the bonding portion is less than 10% with respect to the input intensity of the ultrasonic wave incident on the ceramic structure 7, and the area of this portion. Is larger, the bonding area ratio is higher. When the echo intensity of the ultrasonic wave is less than 10%, it means that there is no internal defect of 40 μm or more in the thickness direction at the joint between the disc-shaped molded body 8 and the tubular molded body 9.
[0083]
Table 2 shows the measurement results of the bonding area ratio.
[0084]
Further, a bending test piece of 3 mm × 4 mm × 40 mm was cut out from the ceramic structure 7 with the joint therebetween, and the bending strength was measured in accordance with the four-point bending strength method of JIS R 1601 (1995). Was defined as the bonding strength.
[0085]
Table 2 shows the measurement results.
[0086]
[Table 2]

[0087]
From Table 2, it can be seen that the ceramic structure No. in which the powder was mixed with the slurry at a ratio of 20 to 55% by volume. 42 to 45, the bonding area ratio is as high as 70% or more, and the bonding strength is as high as 146 MPa or more. On the other hand, the ceramic structure No. 1 in which the powder was mixed with the slurry at a ratio deviating from 20 to 55% by volume. 41 and 46 show that the bonding area ratio is as low as less than 70% and the bonding strength is as low as 80 MPa or less.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a ceramic structure composed of a plurality of ceramic members having a Young's modulus of 80 GPa or more, the substantial volume is 84% or less of the volume of a solid body having the same outer shape. By having a hollow portion, and having a natural frequency equal to or higher than the natural frequency of the solid body, the occurrence of resonance of the ceramic structure itself can be suppressed, and the ceramic structure can be used in equipment such as precision equipment. When attached, the entire device can be reduced in weight and vibration of the device can be suppressed.
[0089]
Further, one ceramic member is formed of a substrate and a rib on the substrate, and a hollow portion is easily formed by forming a ceramic structure in which the rib is joined to the other ceramic member serving as a top plate. And a safety region against resonance can be expanded.
[0090]
Further, by using a ceramic structure in which the thickness of the substrate and the top plate is 50% or more of the width of the rib, a safe area against resonance can be further expanded.
[0091]
Further, a plurality of ceramic members include a substrate, a top plate facing the substrate, and a rib disposed between the substrate and the top plate, and the ceramic structure is formed by joining the ribs to the substrate and the top plate. Thus, the hollow portion can be formed more easily, and the safe area against resonance can be expanded. In addition, when the substrate, the top plate, and the rib have a simple shape, it is not necessary to newly form a hollow portion by cutting, so that the material cost can be reduced.
[0092]
Further, the internal defect interposed at the joint between the ceramic members is less than 40 μm in the thickness direction of the joint, and the area of the joint is 70% of the total area of the portions where the ceramic members are in contact with each other. % Or more, the joining strength between the ceramic members can be increased, so that a highly reliable ceramic structure can be obtained.
[0093]
Also, by mixing a resin and a powder of the same material as the ceramic member with a solvent, applying the slurry as a slurry to the joining surface of the ceramic molded body, bringing the ceramic molded bodies into contact with each other, and then firing. Thus, a ceramic structure having a uniform composition, mechanical properties, and thermal properties can be obtained.
[0094]
Further, by mixing a powder made of the same material as the ceramic member with the slurry at a ratio of 20 to 55% by volume, the bonding strength between the ceramic members after firing can be increased. It is possible to obtain a ceramic structure having high properties.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing a ceramic structure of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA.
2A is a perspective view showing a ceramic structure according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB.
FIGS. 3A to 3C are perspective views showing a ceramic structure of the present invention and a method for manufacturing the same.
4A to 4C are perspective views showing a ceramic structure of the present invention and a method for manufacturing the same.
FIG. 5 is a perspective view showing a hollow ceramic structure as a comparative example.
FIG. 6 is a perspective view in which a disc-shaped molded body and a tubular molded body are joined.
[Explanation of symbols]
1: Ceramic structure
11 and 12: Ceramics members
121: substrate
122, 123: rib
13: Hollow part
2: Top plate
3: Box material
4: Structure
5: Grooved support base
6: Lightening structure
7: Ceramic structure
8: Disc shaped body
9: tubular molded body

Claims

A ceramic structure composed of a plurality of ceramic members having a Young's modulus of 80 GPa or more, has a hollow portion so that its substantial volume is 84% or less of the volume of a solid body of the same outer shape, and A ceramic structure having a frequency equal to or higher than the natural frequency of the solid body.

The ceramic structure according to claim 1, wherein one of the ceramic members is formed of a substrate and a rib on a surface thereof, and the rib is joined to the other ceramic member forming a top plate.

A plurality of ceramic members are composed of a substrate, a top plate facing the substrate, and ribs arranged between the substrate and the top plate, wherein the ribs are joined to the substrate and the top plate. 3. The ceramic structure according to 1 or 2.

4. The ceramic structure according to claim 2, wherein the thickness of the substrate and the top plate is 50% or more of the width of the rib.

The internal defect interposed at the joint between the ceramic members is less than 40 μm in the thickness direction of the joint, and the area of the joint is 70% or more with respect to the total area of the portions where the ceramic members are in contact with each other. The ceramic structure according to any one of claims 2 to 4, wherein

Resin and powder made of the same material as the ceramic member are mixed with a solvent to form a slurry, and the slurry is applied to a bonding surface of a ceramic molded body that is a precursor of the ceramic member, and the ceramic molded bodies are brought into contact with each other. The ceramic structure according to claim 2, wherein the ceramic structure is obtained by firing after firing.

The ceramic structure according to claim 6, wherein a powder made of the same material as the ceramic member is mixed with the slurry at a ratio of 20 to 55% by volume.