JP2010173873A - Ceramic joined body and supporting member using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミックスを接合することによって、腐食性の高いガスや加熱または冷却された液体等の流体を通す流路を形成したセラミック接合体およびこれを用いた支持部材に関する。 The present invention relates to a ceramic joined body in which a flow path for passing a fluid such as highly corrosive gas or heated or cooled liquid is formed by joining ceramics, and a support member using the ceramic joined body.
従来、腐食性の高いガスや加熱または冷却された液体等の流体を通す用途の部材には、セラミックスが用いられている。このセラミックスは優れた機械的特性を有しているが故に加工が困難であり、セラミックスからなる基材中に流体を流す流路を形成することは容易でないことから、セラミックスからなる溝を形成した基材と別のセラミックスからなる基材とを接合し、溝を覆うことによって流路を形成したセラミック接合体が用いられている。 Conventionally, ceramics have been used for members that pass fluids such as highly corrosive gases and heated or cooled liquids. Since this ceramic has excellent mechanical properties, it is difficult to process, and it is not easy to form a flow channel for flowing a fluid in a ceramic substrate, so a groove made of ceramic was formed. A ceramic joined body in which a flow path is formed by joining a base material and a base material made of another ceramic and covering a groove is used.
図4は、従来のセラミック接合体を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のX−X’線での断面図である。 4A and 4B show a conventional ceramic joined body, in which FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG.
図4に示すように、従来のセラミック接合体10は、溝状の流路15が形成された第1のセラミックス基材12と、中央に流体の出入口16を有する第2のセラミックス基材14とが、互いの接合面に樹脂系やガラス系等の接合剤を塗布して熱処理することによって、接合層17で接合されている(例えば、特許文献1を参照。)。
As shown in FIG. 4, a conventional ceramic joined
また、特許文献1には、第1のセラミックス基材の第1の接合面と第2のセラミックス基材の第2の接合面とを接合する方法であって、接合前の第1の接合面および第2の接合面の中心線平均表面粗さRaが1.0μm以下であり、接合前の第1の接合面および第2の接合面の平面度が50μm以下であり、第1の接合面と第2の接合面とを接触させたときの接触面積が200cm2以上であり、第1の接合面に対して略垂直な方向に向かって圧力を加えつつ第1のセラミックス基材および第2のセラミックス基材を加熱し、再焼結させることによって、第1のセラミックス基材と第2のセラミックス基材との接合体を得るセラミックス基材の接合方法が提案されている。また、第1の接合面と第2の接合面との間に接合剤としてセラミックス基材に有効な焼結助剤を含む溶液を介在させた後に熱処理を行なうことが記載されており、一例として、セラミックス基材が窒化アルミニウムや窒化珪素からなる場合には、イットリア化合物、イッテルビウム化合物およびアルカリ土類元素の化合物からなる群より選ばれた一種以上の接合助剤を用いることが好ましいことが記載されている。 Patent Document 1 discloses a method for joining a first joint surface of a first ceramic base material and a second joint surface of a second ceramic base material, the first joint surface before joining. And the center line average surface roughness Ra of the second bonding surface is 1.0 μm or less, and the flatness of the first bonding surface and the second bonding surface before bonding is 50 μm or less, The contact area when contacting the second bonding surface is 200 cm 2 or more, and the first ceramic substrate and the second ceramic substrate are applied while applying pressure in a direction substantially perpendicular to the first bonding surface. There has been proposed a method for joining ceramic substrates, in which a ceramic substrate is heated and re-sintered to obtain a joined body of a first ceramic substrate and a second ceramic substrate. Further, it is described that a heat treatment is performed after interposing a solution containing an effective sintering aid as a bonding agent between the first bonding surface and the second bonding surface, as an example. In the case where the ceramic substrate is made of aluminum nitride or silicon nitride, it is described that it is preferable to use one or more joining aids selected from the group consisting of yttria compounds, ytterbium compounds and alkaline earth element compounds. ing.
しかしながら、従来のセラミック接合体や特許文献1に記載された構造のセラミック接合体は、接合に用いる接合剤が、塗布時や熱処理時に溶融して溝に流れ込んで固化するため、流路の内壁に接合剤の固化したものが存在して流体の良好な流れが妨げられるという問題があった。 However, in the conventional ceramic joined body and the ceramic joined body having the structure described in Patent Document 1, the bonding agent used for joining melts during application and heat treatment and flows into the groove and solidifies, so that the inner wall of the flow path is solidified. There is a problem in that solidified bonding agent is present to prevent a good flow of fluid.
また、接合剤が樹脂系のときには、加熱された流体の温度が樹脂系の接合剤の溶融温度を超えると、樹脂系の接着剤が溶けて、流体が流路から漏洩するという問題があった。 In addition, when the bonding agent is resin-based, if the temperature of the heated fluid exceeds the melting temperature of the resin-based bonding agent, the resin-based adhesive melts and the fluid leaks from the flow path. .
また、セラミックス基材と接合層とが異なる材質のものであるときには、流路に流す流体の温度によって、セラミックス基材と接合層との熱膨張および収縮が異なり、接合層が次第に劣化して、流体が流路から漏洩するという問題があった。 Further, when the ceramic base material and the bonding layer are of different materials, the thermal expansion and contraction of the ceramic base material and the bonding layer differ depending on the temperature of the fluid flowing through the flow path, and the bonding layer gradually deteriorates, There was a problem that fluid leaked from the flow path.
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、流路において加熱または冷却された流体の流れが妨げられることがなく、また流体が流路から漏洩することのないセラミック接合体およびこれを用いた支持部材を提供することを目的とする。 The present invention has been devised to solve the above problem, and the ceramic joined body in which the flow of the fluid heated or cooled in the flow path is not hindered and the fluid does not leak from the flow path. And it aims at providing a supporting member using the same.
本発明のセラミック接合体は、それぞれ同じセラミックスからなる、上面に溝状に形成された流体を流す流路を備えた基体と、前記流路と合った形状で前記流路を覆う内蓋と、該内蓋および前記基体の前記上面を覆う外蓋とが、前記セラミックスと同質の接合層で接合されており、前記流路から前記基体または前記外蓋を通る前記流体の出入口が設けられていることを特徴とするものである。 The ceramic joined body of the present invention, each made of the same ceramic, a base provided with a flow path for flowing a fluid formed in a groove shape on the upper surface, an inner lid that covers the flow path in a shape that matches the flow path, The inner lid and an outer lid that covers the upper surface of the base are joined by a joining layer that is the same as the ceramic, and an inlet / outlet for the fluid that passes through the base or the outer lid from the flow path is provided. It is characterized by this.
また、本発明のセラミック接合体は、上記構成において、前記内蓋は、幅が前記流路の開口の幅より小さく、少なくとも一部が前記流路内に配置されていることを特徴とするものである。 Further, the ceramic joined body of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the inner lid has a width smaller than a width of the opening of the flow path and at least a part thereof is disposed in the flow path. It is.
また、本発明のセラミック接合体は、上記いずれかの構成において、前記流路の開口の縁に設けられた段差に前記内蓋が嵌め込まれていることを特徴とするものである。 Moreover, the ceramic joined body of the present invention is characterized in that, in any one of the above-described structures, the inner lid is fitted into a step provided at an edge of the opening of the flow path.
また、本発明のセラミック接合体は、上記構成において、前記内蓋の側面と前記段差とが接合されていることを特徴とするものである。 Moreover, the ceramic joined body of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the side surface of the inner lid and the step are joined.
また、本発明のセラミック接合体は、上記いずれかの構成において、前記基体,前記内蓋および前記外蓋が高純度のアルミナ質焼結体からなることを特徴とするものである。 Moreover, the ceramic joined body of the present invention is characterized in that, in any one of the above structures, the base body, the inner lid, and the outer lid are made of a high-purity alumina sintered body.
また、本発明のセラミック接合体の製造方法は、上記構成のセラミック接合体の製造方法であって、セラミック原料,バインダおよび溶媒を混合したスラリーを噴霧乾燥して造粒した2次原料を用いて、基体,内蓋および外蓋の成形体を得る工程と、前記基体の成形体の上面に、溝状の流路を形成する工程と、前記基体の成形体および前記外蓋の成形体の少なくとも一方に、前記流路に前記流体を通す出入口を形成する工程と、前記セラミック原料,バインダおよび溶媒を混合したスラリーからなる接合剤を前記基体の成形体および前記内蓋の成形体の少なくとも一方の接合部に塗布し、前記基体の成形体と前記内蓋の成形体とを一体化して前記接合剤を乾燥させて、前記基体と前記内蓋とが一体化した第1の接合成形体を得る工程と、該第1の接合成形体および前記外蓋の成形体の少なくとも一方の接合面に前記接合剤を塗布し、前記第1の接合成形体と前記外蓋の成形体とを前記内蓋の成形体を内部に配置して一体化して前記接合剤を乾燥させて、前記基体と前記内蓋と前記外蓋とが一体化した第2の接合成形体を得る工程と、該第2の接合成形体を焼成する工程とを含むことを特徴とするものである。 The method for producing a ceramic joined body according to the present invention is a method for producing a ceramic joined body having the above-described configuration, and uses a secondary raw material that is granulated by spray drying a slurry in which a ceramic raw material, a binder and a solvent are mixed. A step of obtaining a molded body of the base body, the inner lid and the outer lid; a step of forming a groove-like channel on the upper surface of the molded body of the base body; and at least one of the molded body of the base body and the molded body of the outer lid. On the other hand, a step of forming an inlet / outlet through which the fluid passes through the flow path, and a bonding agent made of a slurry in which the ceramic raw material, a binder and a solvent are mixed, are used as at least one of the molded body of the base and the molded body of the inner lid. It is applied to the joint, and the molded body of the base body and the molded body of the inner lid are integrated to dry the bonding agent, thereby obtaining a first bonded molded body in which the base body and the inner lid are integrated. And the process The bonding agent is applied to at least one of the joint surfaces of the joint molded body and the outer lid molded body, and the first joint molded body and the outer lid molded body are placed inside the molded body of the inner lid. Arranging and integrating to dry the bonding agent to obtain a second bonded molded body in which the base body, the inner lid and the outer lid are integrated; and firing the second bonded molded body. And a process.
また、本発明のセラミック接合体の製造方法は、上記構成において、前記基体の成形体に形成する流路の開口の縁に段差を形成し、該段差に前記内蓋の成形体を嵌め込んで、前記段差と前記内蓋の成形体の側面との隙間に前記接合剤を入れ、該接合剤を乾燥させて前記第1の接合成形体を得る工程を含むことを特徴とするものである。 In the method for manufacturing a ceramic joined body according to the present invention, in the above configuration, a step is formed at an edge of an opening of a flow path formed in the molded body of the base body, and the molded body of the inner lid is fitted into the step. The method further comprises the step of putting the bonding agent into a gap between the step and the side surface of the molded body of the inner lid, and drying the bonding agent to obtain the first bonded molded body.
本発明の支持部材は、上記いずれかの構成のセラミック接合体を載置物の支持に用いることを特徴とするものである。 The support member according to the present invention is characterized in that the ceramic joined body having any one of the above-described structures is used for supporting a placement object.
本発明のセラミック接合体によれば、それぞれ同じセラミックスからなる、上面に溝状に形成された流体を流す流路を備えた基体と、流路と合った形状で流路を覆う内蓋と、内蓋および基体の上面を覆う外蓋とが、セラミックスと同質の接合層で接合されており、流路から基体または外蓋を通って流体の出入口が設けられていることにより、流体の出入口から流路に高温に加熱された流体や冷却された流体を通したとしても、基体,内蓋,外蓋および接合層の特性は同じであり、熱膨張や収縮に差を生じることは少ないため、接合層が劣化して亀裂等の不具合が生じるのを少なくすることができる。また、従来よりも接合剤が流路に流れ込むことが少ないので、流路の内壁に異物が付着したようになることを抑制でき、流路を通して流体を長期間にわたって良好に流すことができる。 According to the ceramic joined body of the present invention, each of the same ceramics, the base having a flow path for flowing the fluid formed in a groove shape on the upper surface, an inner lid that covers the flow path in a shape that matches the flow path, The inner lid and the outer lid that covers the upper surface of the base are joined by a bonding layer of the same quality as the ceramic, and the fluid inlet / outlet is provided from the flow path through the base or the outer lid. Even if a fluid heated to high temperature or a cooled fluid is passed through the flow path, the characteristics of the base, inner lid, outer lid, and bonding layer are the same, and there is little difference in thermal expansion and contraction. It is possible to reduce the occurrence of defects such as cracks due to deterioration of the bonding layer. In addition, since the bonding agent is less likely to flow into the flow channel than in the past, it is possible to prevent foreign matter from adhering to the inner wall of the flow channel, and the fluid can flow well through the flow channel over a long period of time.
また、本発明のセラミック接合体によれば、内蓋の幅が流路の開口の幅より小さく、内蓋の少なくとも一部が流路内に配置されているときには、内蓋と、基体と内蓋とを接合している接合層と、基体および内蓋の上面と外蓋とを接合している接合層とで流路がシールされるので、流体が流路から漏洩することは少なく、流体の流路からの漏洩に対するシール性に優れたセラミック接合体とすることができる。 Further, according to the ceramic joined body of the present invention, when the width of the inner lid is smaller than the width of the opening of the flow path and at least a part of the inner lid is disposed in the flow path, Since the flow path is sealed by the bonding layer bonding the lid and the bonding layer bonding the upper surface of the base body and the inner lid and the outer lid, the fluid is less likely to leak from the flow path. It is possible to obtain a ceramic joined body excellent in sealing performance against leakage from the flow path.
また、本発明のセラミック接合体によれば、流路の開口の縁に設けられた段差に内蓋が嵌め込まれているときには、内蓋の下面および側面が接合部となり、基体と内蓋との接合強度を高めることができるとともに、流体の流路からの漏洩に対するシール性をより向上させることができる。 Further, according to the ceramic joined body of the present invention, when the inner lid is fitted in the step provided at the edge of the opening of the flow path, the lower surface and the side surface of the inner lid serve as a joined portion, and the base and the inner lid The bonding strength can be increased and the sealing performance against leakage from the fluid flow path can be further improved.
また、本発明のセラミック接合体によれば、内蓋の側面と段差とが接合されているときには、流路への接合剤への流れ込みを確実に防止することができて、流路における流体の良好な流れを確保することができる。 Moreover, according to the ceramic joined body of the present invention, when the side surface of the inner lid and the step are joined, it is possible to reliably prevent the flow of the fluid in the flow path into the flow path. Good flow can be ensured.
また、本発明のセラミック接合体によれば、基体,内蓋および外蓋が高純度のアルミナ質焼結体からなるときには、基体,内蓋,外蓋および接合層の腐食性の高い流体に対する耐食性を向上させることが可能となるため、腐食性を有する各種流体を流路に流す半導体製造プロセス等の用途に好適に用いることができる。 Further, according to the ceramic joined body of the present invention, when the base body, the inner lid and the outer lid are made of a high-purity alumina sintered body, the corrosion resistance against the highly corrosive fluid of the base body, the inner lid, the outer lid and the joining layer. Therefore, it can be suitably used for applications such as a semiconductor manufacturing process in which various corrosive fluids are passed through the flow path.
また、本発明のセラミック接合体の製造方法によれば、セラミック原料,バインダおよび溶媒を混合したスラリーを噴霧乾燥して造粒した2次原料を用いて、基体,内蓋および外蓋の成形体を得る工程と、基体の成形体の上面に、溝状の流路を形成する工程と、基体の成形体および外蓋の成形体の少なくとも一方に、流路に流体を通す出入口を形成する工程と、セラミック原料,バインダおよび溶媒を混合したスラリーからなる接合剤を基体の成形体および内蓋の成形体の少なくとも一方の接合部に塗布し、基体の成形体と内蓋の成形体とを一体化して接合剤を乾燥させて、基体と内蓋とが一体化した第1の接合成形体を得る工程と、第1の接合成形体および外蓋の成形体の少なくとも一方の接合面に接合剤を塗布し、第1の接合成形体と外蓋の成形体とを内蓋の成形体を内部に配置して一体化して接合剤を乾燥させて、基体と内蓋と外蓋とが一体化した第2の接合成形体を得る工程と、第2の接合成形体を焼成する工程とを含むときには、接合層と基体,内蓋および外蓋との境界がわからないほどに一体化し、十分に緻密化させることができるセラミック接合体を得ることができる。 Further, according to the method for producing a ceramic joined body of the present invention, a molded body of a base body, an inner lid, and an outer lid using a secondary raw material obtained by spray drying and granulating a slurry in which a ceramic raw material, a binder and a solvent are mixed. A step of forming a groove-like channel on the upper surface of the molded body of the substrate, and a step of forming an inlet / outlet through which the fluid flows in at least one of the molded body of the substrate and the molded body of the outer lid And a bonding agent comprising a slurry in which a ceramic raw material, a binder and a solvent are mixed, is applied to at least one joint portion of the base molded body and the inner lid molded body, and the base molded body and the inner lid molded body are integrated. And drying the bonding agent to obtain a first bonded molded body in which the base body and the inner lid are integrated, and a bonding agent on at least one bonding surface of the first bonded molded body and the outer lid molded body Apply the first bonded molded body and the outside A step of obtaining a second bonded molded body in which the base, the inner lid, and the outer lid are integrated, by integrating the molded body of the inner lid with the molded body of the inner lid disposed therein and drying the bonding agent; And a step of firing the bonded molded body of 2 can be obtained such that a ceramic bonded body that can be integrated and sufficiently densified so that the boundary between the bonding layer and the substrate, the inner lid, and the outer lid is not known. .
また、本発明のセラミック接合体の製造方法によれば、基体の成形体に形成する流路の開口の縁に段差を形成し、段差に内蓋の成形体を嵌め込んで、段差と内蓋の成形体の側面との隙間に接合剤を入れ、接合剤を乾燥させて第1の接合成形体を得る工程を含むときには、接合剤の流路内への流れ込みが少なく、流体の流れの良好な流路を有するセラミック接合体を得ることができる。 Further, according to the method for manufacturing a ceramic joined body of the present invention, a step is formed at the edge of the opening of the flow path formed in the base body, and the step of the inner lid is fitted into the step. When a bonding agent is put into the gap between the side surface of the molded body and the bonding agent is dried to obtain the first bonded molded body, the flow of the bonding agent into the flow path is small and the fluid flow is good. A ceramic joined body having a simple flow path can be obtained.
本発明の支持部材によれば、本発明のセラミック接合体を載置物の支持に用いているので、流路への接合剤の流れ込みが少なく流体が流路を良好に流れるとともに、流体の流路からの漏洩に対するシール性に優れていることから、加熱または冷却された流体を好適に流路に流すことができるので、載置物の加熱または冷却を良好に行なうことができる。また、載置物の重量に十分に耐える強度を有しているので、支持部材として好適に用いることができる。 According to the support member of the present invention, since the ceramic joined body of the present invention is used for supporting the object to be placed, the flow of the bonding agent into the flow path is small, and the fluid flows well in the flow path. Since it is excellent in the sealing performance against leakage from the fluid, the heated or cooled fluid can be suitably flowed through the flow path, so that the mounted object can be heated or cooled satisfactorily. Moreover, since it has the intensity | strength which can fully bear the weight of a mounted article, it can be used suitably as a supporting member.
以下、本発明のセラミック接合体の実施の形態の例について図面を用いて説明する。 Hereinafter, examples of embodiments of the ceramic joined body of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明のセラミック接合体の実施の形態の一例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のA−A’線での断面図である。 1A and 1B show an example of an embodiment of a ceramic joined body of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG.
本発明のセラミック接合体1は、それぞれ同じセラミックスからなる、上面に溝状に形成された流体を流す流路5を備えた基体2と、流路5と合った形状で流路5を覆う内蓋3と、内蓋3および基体2の上面を覆う外蓋4とが、セラミックスと同質の接合層7で接合されており、流路5から基体2または外蓋4を通る流体の出入口6が設けられている。このように、基体2,内蓋3および外蓋4が同じセラミックスからなり、これらが同質の接合層7で接合されていることにより、流体の出入口6から流路5に高温に加熱された流体や冷却された流体を通したとしても、基体2,内蓋3,外蓋4および接合層7の特性は同じであり、熱膨張や収縮に差を生じることは少ないため、接合層7が劣化して亀裂等の不具合を生じることが少ない。
The ceramic joined body 1 of the present invention includes a
また、図1に示すように、基体2に溝状に形成された流路5を、流路5と合った形状の内蓋3で覆い、これらを内蓋3および基体2の上面を外蓋4で覆う構造としており、さらに、接合層7を基体2の上面までに留めて、流路5の内部に接合層7を設けないようにしたので、従来のように流路5を1枚の蓋のみで塞ぐ構造のセラミック接合体と比較して、接合剤が流路5に流れ込むことが少なく、流体を長期間にわたって良好に流路5を通して流すことができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
ここで、本発明のセラミック接合体1の流路5に流す流体としては、各種液体あるいは気体として用いられる熱媒体であれば、いずれも使用可能である。加熱用熱媒体としては、例えば、水,油,シリコン油などの液体や水蒸気が使用可能である。また、冷却用熱媒体としては、例えば、水,アセトン,液体窒素,ブライン(不凍液),ガルデン(登録商標)などの液体やアンモニア,フロン,二酸化炭素などの気体が使用可能である。
Here, any fluid can be used as the fluid flowing through the
図2は、本発明のセラミック接合体の実施の形態の他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のB−B’線での断面図である。 2A and 2B show another example of the embodiment of the ceramic joined body of the present invention. FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a sectional view taken along line B-B ′ in FIG.
このように、本発明のセラミック接合体1は、内蓋3の幅が流路5の開口の幅より小さく、内蓋3の少なくとも一部が流路5内に配置されていることが好ましい。これにより、内蓋3と、基体2と内蓋3とを接合している接合層7と、基体2および内蓋3の上面と外蓋4とを接合している接合層7とで流路5がシールされるので、流体が流路5の内蓋3側から漏洩することは少なく、流体の流路5からの漏洩に対するシール性に優れたセラミック接合体1とすることができる。
Thus, in the ceramic joined body 1 of the present invention, it is preferable that the width of the
また、図2に示す例では、内蓋3の形状を平板状としている。このような内蓋3であれば、図1に示す本発明のセラミック接合体1を構成する内蓋3よりも単純な形状であるので作製が容易となり、さらに、図2(b)に示すように、基体2の上面と内蓋3の上面とが面一となっているものとすることにより、基体2の上面よりも突出した内蓋3に対応する凹部を形成するための加工を外蓋4に施す必要が無くなるので、加工コストを少なくすることができる。また、基体2の上面と内蓋3の上面とが面一となっていることにより、接合剤を塗布しやすく、基体2と外蓋7との間に均等な厚みの接合層7を形成することができるので、本発明のセラミック接合体1を載置物の支持部材として用いた際にかかる荷重による応力の集中が生じにくい。また、接合層7の厚みを薄くすることができるので、接合強度が高くなり好適である。
In the example shown in FIG. 2, the shape of the
図3は、本発明のセラミック接合体の実施の形態のさらに他の例を示す、(a)は平面図であり、(b)は(a)のC−C’線での断面図である。 3A and 3B show still another example of the embodiment of the ceramic joined body of the present invention. FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. .
このように、本発明のセラミック接合体1は、基体2の上面に溝状に形成した流路5の開口の縁に設けられた段差8に内蓋3が嵌め込まれていることが好ましい。特に、段差8と内蓋3との接する部分が平坦に加工されていれば、図2に示す例のように傾斜面に内蓋3を配置するときよりも、基体2の上面と内蓋3の上面とを面一とすることが容易となり、接合剤を塗布しやすく、基体2と外蓋7との間に均等な厚みの接合層7を形成することができる。
Thus, in the ceramic joined body 1 of the present invention, it is preferable that the
また、本発明のセラミック接合体1は、内蓋2の側面と、流路5の開口の縁に設けた段差8とが接合されていることが好ましい。これにより、図1(b)に示す本発明のセラミック接合体1のように、内蓋3の下面に接合層7が存在しないので、流路5への接合剤への流れ込みを確実に防止することができて、流体の良好な流れを確保することができる。
In the ceramic joined body 1 of the present invention, the side surface of the
また、本発明のセラミック接合体1は、基体2,内蓋3および外蓋4が高純度のアルミナ質焼結体からなることが好ましい。それぞれ同じセラミックスからなる基体2,内蓋3および外蓋4としては、アルミナ,ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化珪素,炭化珪素などの非酸化物セラミックスを適用することが可能であるが、この中でも特に、純度が95%以上の高純度のアルミナ質焼結体を用いることにより、基体2,内蓋3,外蓋4および接合層7の腐食性の高い流体に対する耐食性を向上させることが可能となるため、腐食性を有する各種流体を流路5に流す半導体製造プロセス等の用途に好適に用いることができる。
In the ceramic joined body 1 of the present invention, the
次に、本発明のセラミック接合体1の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the ceramic joined body 1 of this invention is demonstrated.
まず、基体2,内蓋3および外蓋4の成形体を得る工程について説明する。純度が90%以上であり平均粒径が1μm程度のセラミック原料を用意し、これに焼結助剤,バインダ,溶媒および分散剤等を所定量添加して混合したスラリーを噴霧造粒法(スプレードライ法)により噴霧乾燥して造粒し、2次原料とする。このときに用いるセラミック原料としては、アルミナ,ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化珪素,炭化珪素などの非酸化物セラミックスを適用することが可能であるが、腐食性の高い流体を流路5に通す用途に用いるときには、純度が95%以上であり、平均粒径が1μm以下の高純度のアルミナセラミック原料を用いることが好適である。これにより、耐食性に優れるセラミック接合体1とすることができる。次に、噴霧乾燥して造粒した2次原料を所定形状のゴム型内へ投入し、静水圧プレス成形法(ラバープレス法)により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外し、所定形状の基体2,内蓋3および外蓋4の成形体となるように切削加工を施す。
First, the process of obtaining the molded body of the
また、基体2の成形体については、一方の主面(上面)に溝状の流路5を形成する。そして、基体2の成形体および外蓋4の成形体の少なくとも一方に、流路5に流体を通す出入口6を形成する。ここで、流路5に流体を通す出入口6を形成するのを基体2の成形体および外蓋4の成形体の少なくとも一方としたのは、セラミック接合体1の用途に応じて、出入口6は基体2および外蓋4にそれぞれ設けても、基体2のみに設けても、外蓋4のみに設けてもよいからである。例えば、流体を基体2側から入れて流路5を通して基体2側から出すのであれば、少なくとも2箇所の出入口6を基体2の成形体のみに設ければよく、外蓋4側から入れて流路5を通して外蓋4側から出すのであれば、少なくとも2箇所の出入口6を外蓋4の成形体のみに設ければよい。また、流体の入口側と出口側とが基体2と外蓋4との異なる側にあるのであれば、基体2の成形体および外蓋4の成形体のそれぞれに出入口6を設ければよい。さらに、流路5の全てを覆う大きさとなる内蓋3であれば、接合したときに基体2の成形体または外蓋4の成形体に形成する出入口6と重なる位置の内蓋3にも流体の出入口6を設ければよい。また、基体2の成形体と内蓋3の成形体とを接合したときに、内蓋3の成形体が基体2の成形体の上面から突出するのであれば、外蓋4の成形体に内蓋3の成形体の突出する部分に対応する凹部を形成する切削加工を施せばよい。
Moreover, about the molded object of the base |
次に、基体2,内蓋3および外蓋4の成形体を接合する工程について説明する。まず、基体2の成形体と内蓋3の成形体とを接合する。接合に用いる接合剤としては、基体2,内蓋3および外蓋4の成形体の作製に用いたセラミック原料,焼結助剤,バインダ,分散剤および溶媒を所定量秤量して混合したスラリーからなる接合剤を用いる。そして、この接合剤を基体2の成形体および内蓋3の成形体の少なくとも一方の接合部に塗布し、基体2の成形体と内蓋3の成形体とを一体化して接合剤を乾燥させて、基体2と内蓋3とが一体化した第1の接合成形体を得る。
Next, the process of joining the molded body of the
次に、第1の接合成形体および外蓋4の成形体の少なくとも一方の接合面に接合剤を塗布し、第1の接合成形体と外蓋4の成形体とを内蓋3の成形体を内部に配置して一体化して接合剤を乾燥させて、基体2と内蓋3と外蓋4とが一体化した第2の接合成形体を得る。その後、第2の接合成形体を大気雰囲気中において1500℃以上1700℃以下の温度で焼成することにより、全体の気孔率が1%以下であり、接合剤を焼成してなる接合層7と基体2,内蓋3および外蓋4との境界がわからないほどに一体化し、十分に緻密化された本発明のセラミック接合体1を得ることができる。なお、焼成後のセラミック接合体1については、必要に応じて研削加工を施してもよい。
Next, a bonding agent is applied to at least one joint surface of the first bonded molded body and the molded body of the
このとき、接合剤の粉体充填率が20%以上50%以下であることが好適である。接合剤の粉体充填率がこの範囲内であれば、基体2,内蓋3および外蓋4の成形体の接合面に塗布しやすい粘度とすることができるとともに、接合面に塗布した接合剤中に緻密化に必要なセラミックスの粒子が十分に存在しているので、接合剤を乾燥させてから焼成することにより、接合層7と、基体2,内蓋3および外蓋4との境界がわからないほどに一体化し、十分に緻密化させることができる。また、接合剤を塗布し、基体2の成形体と内蓋3の成形体とを一体化するときや第1の接合成形体と外蓋4の成形体とを内蓋3の成形体を内部に配置して一体化するときに、20kg/cm2以上の圧力が接合部に加わるように荷重を掛けてもよい。なお、接合剤の粉体充填率は、接合剤に用いたセラミック原料の粉体の体積を接合剤の体積で除し、この値を100倍することによって算出するものである。
At this time, the powder filling rate of the bonding agent is preferably 20% or more and 50% or less. If the powder filling rate of the bonding agent is within this range, the viscosity can be easily applied to the bonding surfaces of the molded bodies of the
また、本発明のセラミック接合体1の製造方法としては、基体2の成形体に切削加工を施して流路5を形成するときに、流路5の開口の縁に内蓋3の成形体が収まる大きさの段差8を形成し、段差8に内蓋3の成形体を嵌め込んで、段差8と内蓋3の成形体の側面との間に接合剤を入れ、基体2の成形体と内蓋3の成形体とを一体化して接合剤を乾燥させて、基体2と内蓋3とが一体化した第1の接合成形体を得ることも可能である。
Moreover, as a manufacturing method of the ceramic joined body 1 of the present invention, when the
特に、外蓋4の成形体との接合面となる基体2の成形体の上面から、内蓋3の成形体が突出せず、平坦化していることが好ましい。これにより、第1の接合成形体に接合剤を塗布するときに均一に塗布しやすくなり、外蓋4の成形体とともにより良好に一体化した第2の接合成形体となるので、この第2の接合成形体を焼成することによって、より強固に接合したセラミック接合体1を得ることができる。
In particular, it is preferable that the molded body of the
そして、本発明のセラミック接合体1を構成する基体2および外蓋4を板状とすることにより、載置物の支持に用いる支持部材に好適なものとすることができる。この支持部材によれば、基体2または外蓋4の主面を上面として載置物を支持し、内部の流路5に加熱または冷却された流体を流すことにより、本発明のセラミック接合体1である支持部材を介して載置物を安定して加熱または冷却することができる。
And by making the base |
本発明のセラミック接合体1の実施例について以下に示す。 Examples of the ceramic joined body 1 of the present invention are shown below.
図1に示す本発明のセラミック接合体1の製造を実施し、接合後、セラミック接合体1の流路5に長期間にわたって100〜200℃に加熱された流体を流し、接合部から流体の漏洩がないかどうか確認する試験を実施した。
The ceramic joined body 1 of the present invention shown in FIG. 1 is manufactured, and after joining, a fluid heated to 100 to 200 ° C. for a long time is passed through the
まず、セラミック原料として、純度が99%であり、平均粒径が1μmのアルミナを用意し、これに焼結助剤,バインダ,溶媒および分散剤を所定量添加して混合したスラリーを噴霧造粒法(スプレードライ法)により噴霧乾燥して造粒し、2次原料を得た。そしてこのアルミナ2次原料を所定形状のゴム型内へ投入し、静水圧プレス成形法(ラバープレス法)により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外した。 First, alumina having a purity of 99% and an average particle size of 1 μm is prepared as a ceramic raw material, and a slurry obtained by adding a predetermined amount of a sintering aid, a binder, a solvent and a dispersant to the mixture is spray granulated. Spray drying was performed by the method (spray drying method) and granulated to obtain a secondary raw material. The alumina secondary raw material was put into a rubber mold having a predetermined shape and molded by an isostatic press molding method (rubber press method). Thereafter, the molded body was removed from the rubber mold.
そして、基体2の成形体を形成するため、ゴム型から取り外した成形体に、所定の外形状となるように切削加工を施した。また、その一方の主面(上面)に溝状の流路5および流路5の一端から他方の主面までを貫く流体の出入口6を形成する切削加工を施した。
And in order to form the molded object of the base |
次に、外蓋4の成形体を形成するため、ゴム型から取り外した成形体に、所定の外形状となるように切削加工を施した。また、基体2の成形体の流路5の他端となる位置に流体の出入口6を形成する切削加工を施した。
Next, in order to form a molded body of the
さらに、内蓋3の成形体を形成するために、ゴム型から取り外した成形体に、所定の外形状となるように切削加工を施した。また、外蓋4の成形体に形成した流体の出入口6と重なる位置に、流体の出入口6を形成する切削加工を施した。
Further, in order to form a molded body of the
またさらに、外蓋4の成形体については、基体2の成形体に接合する側の主面に、基体2の成形体と内蓋3の成形体とを接合した際に内蓋3の成形体の突出する部分に対応する凹部を形成する切削加工を施した。なお、これらの切削加工は、フライス盤あるいは万能研削盤を用いて行なった。
Further, regarding the molded body of the
次に、基体2および内蓋3の成形体を接合した。この接合に用いる接合剤としては、基体2,内蓋3および外蓋4の成形体の作製に用いたセラミック原料であるアルミナと、焼結助剤,バインダ,分散剤および溶媒とを所定量秤量して混合した、粉体充填率が50%のスラリーからなる接合剤を用いた。そして、内蓋3の成形体の接合部に100μm以下の厚さで接合剤を塗布し、基体2の成形体と内蓋3の成形体とを一体化して100℃前後の温度で接合剤を乾燥させて、基体2と内蓋3とが一体化した第1の接合成形体を得た。
Next, the molded body of the
次に、第1の接合成形体の接合面に100μm以下の厚さで接合剤を塗布し、第1の接合成形体と外蓋4の成形体とを内蓋3の成形体を内部に配置して、100℃前後の温度で乾燥させて一体化して、基体2と内蓋3と外蓋4とが一体化した第2の接合成形体を得た。その後、第2の接合成形体を焼成炉に入れて、大気雰囲気中において1600℃の温度で焼成し、全体の気孔率が1%以下であり、接合剤を焼成してなる接合層7と基体2,内蓋3および外蓋4との境界がわからないほどに一体化し、十分に緻密化した、図1に示す本発明のセラミック接合体1を得た。
Next, a bonding agent is applied to the bonding surface of the first bonded molded body with a thickness of 100 μm or less, and the molded body of the
また、比較例として、本発明の実施例と同様の基体の成形体と外蓋の成形体とを焼成炉に入れて、大気雰囲気中1600℃の温度で焼成し、基体および外蓋それぞれの焼結体を得た。そして、これらの接合面にイットリア系の接合剤を塗布し、基体と外蓋とを接合した後に熱処理することにより、比較例のセラミック接合体を得た。 Further, as a comparative example, a base molded body and an outer lid molded body similar to those of the examples of the present invention are placed in a firing furnace and fired at a temperature of 1600 ° C. in an air atmosphere. A ligature was obtained. And the yttria-type bonding agent was apply | coated to these joining surfaces, the base material and the outer cover were joined, and it heat-processed, and the ceramic joined body of the comparative example was obtained.
そして、本発明のセラミック接合体1および比較例のセラミック接合体の流体の出入口6に流体を通すための配管を出入口6に接続し、20℃,100℃および200℃のシリコン油を3時間毎に自動制御により切り替えて流路5内へ流す試験を1週間連続して実施した。その後、着色した流体を本発明のセラミック接合体1および比較例のセラミック接合体を流路5に通した後に切断し、ぞれぞれの流路5および接合層7について確認を行なった。
Then, a pipe for passing a fluid through the fluid inlet /
その結果、比較例のセラミック接合体は、温度差のある流体を通したために、基体および外蓋と接合層との熱膨張差により、接合層に亀裂が生じ、着色した流体が流路から接合層に向かって滲み拡がっていた。また、焼結時に溶融したと思われる接合剤が流路に流れ込んでいることが確認された。これに対し、本発明のセラミック接合体1は、流路5から接合層7に向かっての滲み拡がりが少なく、流路5のシール性が高いことが確認できた。また、流路5に接合剤の流れ込みはほとんど無く、好適に流体を流すことができることが確認できた。
As a result, the ceramic joined body of the comparative example passed a fluid having a temperature difference, so that the joining layer cracked due to the difference in thermal expansion between the base body and the outer lid and the joining layer, and the colored fluid joined from the flow path. It spreads toward the layer. Moreover, it was confirmed that the bonding agent that seems to have melted during the sintering flowed into the flow path. On the other hand, it was confirmed that the ceramic joined body 1 of the present invention hardly spreads from the
図1,図2および図3に示す本発明のセラミック接合体1を作製した。まず、実施例1と同様の方法で図1に示す本発明のセラミック接合体1を得た。 A ceramic joined body 1 of the present invention shown in FIGS. 1, 2 and 3 was produced. First, the ceramic joined body 1 of the present invention shown in FIG. 1 was obtained in the same manner as in Example 1.
次に、実施例1と同様の方法で作製してゴム型から取り外した成形体に、図2に示す基体2の成形体として、所定の外形状となるように切削加工を施した。また、その一方の主面(上面)に、傾斜面を有する溝状の流路5および流路5の一端から他方の主面までを貫く流体の出入口6を形成する切削加工を施した。
Next, the molded body manufactured by the same method as in Example 1 and removed from the rubber mold was cut to have a predetermined outer shape as the molded body of the
次に、外蓋4の成形体として、所定の外形状となるように、ゴム型から取り外した成形体に切削加工を施した。また、基体2の成形体の流路5の他端となる位置に、流体の出入口6を形成する切削加工を施した。
Next, the molded body removed from the rubber mold was cut so as to have a predetermined outer shape as the molded body of the
さらに、内蓋3の成形体として、ゴム型から取り外した成形体に、流路5を覆い、基体2の成形体に形成した流路5の傾斜面に接し、接合後に基体2の成形体の上面と面一となる厚みを有する形状に切削加工を施した。また、外蓋4の成形体に形成した流体の出入口6と重なる位置に、流体の出入口6を形成する切削加工を施した。
Further, as a molded body of the
また、図3に示す基体2の成形体として、ゴム型から取り外した成形体に、所定の外形状となるように切削加工を施した。また、その一方の主面(上面)に、段差8を有する溝状の流路5および流路5の一端から他方の主面までを貫く流体の出入口6を形成する切削加工を施した。
Further, as the molded body of the
次に、外蓋4の成形体として、所定の外形状となるように、ゴム型から取り外した成形体に切削加工を施した。また、基体2の成形体の流路5の他端となる位置に、流体の出入口6を形成する切削加工を施した。
Next, the molded body removed from the rubber mold was cut so as to have a predetermined outer shape as the molded body of the
さらに、内蓋3の成形体として、ゴム型から取り外した成形体に、流路5を覆い、基体2の成形体に形成した段差8に嵌め込んだ際に基体2の成形体の上面と面一となる厚みを有し、内蓋3の成形体の側面と段差8との間に接合可能な大きさとなる形状に切削加工を施した。また、外蓋4の成形体に形成した流体の出入口6と重なる位置に、流体の出入口6を形成する切削加工を施した。
Further, as the molded body of the
これらの接合や焼成については、実施例1と同様の方法で行なって、図2および図3に示す本発明のセラミック接合体1を得た。 About these joining and baking, it carried out by the method similar to Example 1, and obtained the ceramic joined body 1 of this invention shown in FIG. 2 and FIG.
そして、図1,図2および図3に示す本発明のセラミック接合体1について超音波探傷試験を行ない、接合状態の確認を行なった。なお、超音波探傷試験では、セラミック接合体1を超音波探傷装置の水槽中に浸漬し、探触子から超音波を発して、反射エコーから接合部の状態を確認した。その結果、図2および図3に示す本発明のセラミック接合体1は、基体2と内蓋3との上面が面一となっており、接合剤を塗布しやすいので、図1に示す本発明のセラミック接合体1よりも接合状態が良好であった。また、実施例1と同様の試験および確認を行なった結果、図1,図2および図3に示す本発明のセラミック接合体1は、流路5から接合層7に向かっての滲み拡がりが少なく、流路5のシール性が高いことが確認できた。また、図3に示す本発明のセラミック接合体1は、流路5に対する接合剤の流れ込みが最も少なく、より好適に流体を流路5に流すことができることが確認できた。
And the ultrasonic flaw test was done about the ceramic joined body 1 of this invention shown in FIG.1, FIG.2 and FIG.3, and the joining state was confirmed. In the ultrasonic flaw detection test, the ceramic joined body 1 was immersed in a water tank of an ultrasonic flaw detector, an ultrasonic wave was emitted from the probe, and the state of the joint was confirmed from the reflected echo. As a result, the ceramic joined body 1 of the present invention shown in FIG. 2 and FIG. 3 has the upper surface of the
また、図1,図2および図3に示す本発明のセラミック接合体1の外蓋4の上面で載置物を支持したところ、接合剤を焼成してなる接合層7と、基体2,内蓋3および外蓋4との境界がわからないほどに一体化しており、基体2,内蓋3および外蓋4が同じセラミックスからなり、これらが同質の接合層7で接合されていることにより、流路5に加熱または冷却された流体を通しても、基体2,内蓋3および外蓋4と接合層7との熱膨張や収縮は同じであり、熱膨張や収縮に差を生じることは少ないため、接合層7が劣化して亀裂等の不具合を生じて流体が流路5から漏れることが、ほとんど確認できないほど少なかった。また、流路5に接合剤の流れ込みがほとんどなく、加熱または冷却された流体を流路5に好適に流すことができるので、載置物の加熱または冷却を良好に行なうことができた。また、載置物の重量に十分に耐える強度を有しているので、支持部材として好適に用いることができることが確認できた。
1, 2 and 3, the placed object is supported on the upper surface of the
1:セラミック接合体
2:基体
3:内蓋
4:外蓋
5:流路
6:出入口
7:接合層
8:段差
1: Ceramic joined body 2: Substrate 3: Inner lid 4: Outer lid 5: Channel 6: Entrance / exit 7: Joining layer 8: Step
Claims (8)
セラミック原料,バインダおよび溶媒を混合したスラリーを噴霧乾燥して造粒した2次原料を用いて、基体,内蓋および外蓋の成形体を得る工程と、
前記基体の成形体の上面に、溝状の流路を形成する工程と、
前記基体の成形体および前記外蓋の成形体の少なくとも一方に、前記流路に前記流体を通す出入口を形成する工程と、
前記セラミック原料,バインダおよび溶媒を混合したスラリーからなる接合剤を前記基体の成形体および前記内蓋の成形体の少なくとも一方の接合部に塗布し、前記基体の成形体と前記内蓋の成形体とを一体化して前記接合剤を乾燥させて、前記基体と前記内蓋とが一体化した第1の接合成形体を得る工程と、
該第1の接合成形体および前記外蓋の成形体の少なくとも一方の接合面に前記接合剤を塗布し、前記第1の接合成形体と前記外蓋の成形体とを前記内蓋の成形体を内部に配置して一体化して前記接合剤を乾燥させて、前記基体と前記内蓋と前記外蓋とが一体化した第2の接合成形体を得る工程と、
該第2の接合成形体を焼成する工程とを含むことを特徴とするセラミック接合体の製造方法。 A method for producing a ceramic joined body according to claim 1,
Using a secondary raw material granulated by spray drying a slurry in which a ceramic raw material, a binder and a solvent are mixed, and obtaining a molded body of a base, an inner lid and an outer lid;
Forming a groove-like channel on the upper surface of the molded body of the base;
Forming an inlet / outlet for passing the fluid through the flow path in at least one of the molded body of the base and the molded body of the outer lid;
A bonding agent comprising a slurry in which the ceramic raw material, a binder and a solvent are mixed is applied to at least one joint portion of the molded body of the base and the molded body of the inner lid, and the molded body of the base and the molded body of the inner lid. And drying the bonding agent to obtain a first bonded molded body in which the base and the inner lid are integrated;
The bonding agent is applied to at least one joint surface of the first bonded molded body and the outer lid molded body, and the first bonded molded body and the outer lid molded body are combined with the inner lid molded body. A second bonding molded body in which the base, the inner lid, and the outer lid are integrated to obtain a second bonded molded body by integrating and drying the bonding agent;
And a step of firing the second bonded molded body.
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