JP2011505317A - 耐熱性セラミックと金属との結合方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明のセラミック材は、金属部品に結合するのに適したものであれば、何れの材料であってもよい。このセラミック材は、例えば、ZrO2,SiO2,CaO,MgO,Al2O3およびその他の耐熱性酸化物、ならびにこれらの組合せ等の耐熱性酸化物を含ませることができる。このセラミック材は、組成、粒子径、および相の異なる個々のまたは種々のセラミック材を含ませることができる。また、このセラミック材は、添加物および/または焼成助剤を含ませることができる。一つの態様において、上記セラミック材は、旧来のガラス形成および/または配送システムと相性が良い。種々の態様において、上記ガラス形成および/または配送システムにおいては一般的な、例えば約1400,1450,1500,1600,1650または1700℃以上の温度に耐えることができる。セラミック材は市販されており、当業者であれば、特定の物品および/または用途に用いるのに適したセラミック材を容易に選択することが可能であろう。一つの態様において、上記セラミック材は、米国コネチカット州エンフィールド所在のEmhartガラス製造会社が販売している高密度、高純度アルミナまたはジルコニア等のアルミナおよび/またはジルコニア材料を含む。
本発明の上記金属部品20は、セラミック材に機械的に結合するのに適してさえいれば如何なる部品であってもよい。ここで説明されている態様はガラス形成および/または配送システムに関するものであるが、本発明は、セラミック材に金属部品が機械的に結合されることができる何れの用途にも有用であり得、かつ本発明はガラス形成および/または配送システムに限定されるものではない。一つの態様において、上記金属部品は、一般的なガラス形成システムにおけるような高温に曝されると変形し得る金属部品である。一つの態様において、上記金属部品は、ガラス形成システムの一部分である。一つの具体的な態様において、上記金属部品は、ガラス配送パイプの金属部分である。別の態様において、上記金属部品は、ガラス形成および/または配送システムの一部分に組み付けることができるシート等の部品である。金属部品の具体的な寸法および/または幾何学的形状は、意図される用途に応じて変わり得る。一つの態様において、金属部品は、厚さが約0.010インチ(0.25mm)から約0.125インチ(3.18mm)まで、例えば、厚さ約0.01,0.015,0.02,0.025,0.03,0.035,0.04,0.05,0.06,0.08,0.09,0.1または0.125インチ(0.25,0.38,0.51,0.64,0.76,0.89,1.02,1.27,1.52,2.03,2.29,2.54または3.18mm)である。別の態様においては、金属部品が約0.04インチ(1.02mm)の厚さを有し得る。別の態様においては、金属部品が約0.010インチ(0.25mm)よりも薄く、または約0.125インチ(3.18mm)よりも厚くてもよいが、本発明は特定の厚さに限定されるものではない。1個または複数」の金属部品の厚さは変えることができ、かつ個々の金属部品の何れの厚さも、金属部品の種々の部位において変えることができることを理解すべきである。
本発明のアンカー材は、上記金属部品の少なくとも一部分に固着されることが可能であり、かつ結合剤の少なくとも一部分と機械的結合を形成することができる表面を提供することができる。本発明のアンカー材は、金属とセラミックが結合される用途に適し、かつ金属部品に固着可能な何れかの材料とすることができる。このアンカー材は、金属部品に固着可能でかつそれに固着される結合剤との機械的結合が可能であれば、如何なる幾何学的形状を有するものあってもよい。一つの態様において、このアンカー材は、結合剤60の少なくとも一部に埋め込まれ、および/または結合される。このアンカー材は、例えば金網34、複数の金属粒子、シート金属構造またそれらの組合せを含み得る。
一つの態様において、本発明の金属部品は、上述のように、その少なくとも一方の表面に固着された一つまたは複数のアンカー材を備えている。別の態様においては、上記金属部品がアンカー材を備えていないか、不十分なアンカー材しか備えておらず、その場合には、一つまたは複数のアンカー材が後に固着される。
本発明の結合剤は、アンカー材とセラミック材との間に機械的な、および/または組み合った結合部を形成することができるものであれば、如何なる適当な結合剤を用いてもよい。このような結合剤は、乾燥され、焼成され、および/または硬化された場合に、最終的には結合剤の一部分が上記アンカー材の少なくとも一部分内に埋め込まれ、またはほぼ埋め込まれるように、金網または金属粒子等のアンカー材を通過して、および/またはアンカー材の周りに流れる。
1個または複数ピースのセラミック材と金属部品との組付けに先立って、上記1個または複数ピースのセラミック材は、随意的にペーストセメント、キャスタブルセラミック、ガラスフリット材料等のシール剤のうちの少なくとも一つでシールされる。このようなシール工程は、もし実行されると、材料内への酸素の拡散を阻止することによって、セラミック材の動作寿命を改善することができる。図2および図3に示されているように、少なくとも一つのコンジットがアンカー材の少なくとも一部分と重なり合う位置関係をもって、1個または複数ピースのセラミック材を金属部品に組み付けた後、上記セラミック材の少なくとも一つのコンジットの少なくとも一部分内へ、本発明の結合剤が適当な技法を用いて注入される。一つの態様において、上記結合剤の少なくとも一部分が上記コンジットの対向する端部に配置されているアンカー材の少なくとも一部分を通過し、周囲に流れ、および/または表面上を流れるように、上記セラミック材の外表面から上記結合剤が注入される。上記金属部品上に位置決めされた上記アンカー材の少なくとも一部分と所望の組合い結合を提供するのに十分な量の結合剤が上記コンジット内に残存するならば、例えばセラミック材と金属部品との組付けに先立って、上記結合剤を流動性等の物理的特性に応じて複数回施すこともできる。
第1の実施例において、0.008インチ(0.203mm)の呼び径を有するワイヤからなる約10ピースの白金/ロジウム(90/10重量%)合金製20メッシュ金網が白金板へ固着されるようにしてもよい。上記約10ピースの金網は約1インチ×1インチ(25.4mm×25.4mm)の正方形に切断され、かつ上記白金板の上面上の離間した部位に位置決めされるようにしてもよい。これらの金網は、白金板にスポット溶接されてもよい。
第2の実施例においては、第1の実施例におけるアンカー材のピースとほぼ同一のパターンで孔が配列されている約10個の孔を備えたアルミナ板が提供されるようにしてもよい。各孔は、約0.75インチ(19.1mm)の直径を有し、かつ上記アルミナ板の両面上に、より大径の皿部分を備えているようにしてもよい。このアルミナ板は、アルミナ板の各孔の少なくとも一部分が、白金板に固着されている金網に重なり合う態様で、白金板の近傍に配置されるようにしてもよい。次に、上記金網の網目を通過して流れることが可能な粘度を有する鋳込み可能なアルミナが用意されてもよい。次に、上記アルミナ板内の各孔が上記鋳込み可能なアルミナで充たされようにしてもよい。次にこの鋳込み可能なアルミナが乾かされるようにしてもよい。
34 金網(アンカー材)
50 セラミック材
52 コンジット
54 座ぐり穴
60 結合剤
Claims (5)
- 金属部品をセラミック材に機械的に結合する方法であって、
a.前記金属部品の一表面の少なくとも第1部分に固着されたアンカー材を備えた金属部品を提供し、
b.第1表面および第2表面を有するセラミック材を提供し、この場合、該セラミック材は、前記第1表面から前記第2表面まで延びる少なくとも一つのコンジットを画成し、該少なくとも一つのコンジットは、前記第1表面によって画成された第1開口端と、前記第2表面によって画成された第2開口端と、連続する側壁と、断面積とを有しており、
c.前記少なくとも一つのコンジットの前記第1および/または第2開口端の少なくとも一方における少なくとも一部分が、前記アンカー材の少なくとも一部分上に重なり合う位置関係を有するように、前記セラミック材を位置決めし、かつ
d.前記少なくとも一つのコンジットの少なくとも一部分内へ結合剤を施す、
ことを含むことを特徴とする、金属部品をセラミック材に機械的に結合する方法。 - 前記金属部品が、複数のアンカー材を備えていることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記セラミック材が複数のコンジットを備え、各コンジットは、前記第1表面によって画成された第1開口端と、前記第2表面によって画成された第2開口端と、コンジット側壁と、断面積とを有することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記アンカー材の固着が、
a.前記金属部品の一表面の少なくとも一部分に前記アンカー材を接触させ、次いで
b.前記アンカー材の少なくとも一部分が前記金属部品に融着するのに十分な時間と温度において、前記接触せしめられた金属部品およびアンカー材を加熱することを特徴とする請求項1記載の方法。 - a.金属部品と、
b.該金属部品の少なくとも一部分に固着されたアンカー材と、
c.第1表面および第2表面を有するセラミック材とを備えた物品であって、この場合、前記第1表面および第2表面は、前記第1表面から前記第2表面まで延びる少なくとも一つのコンジットを画成し、該少なくとも一つのコンジットは、連続する側壁および断面積を有し、前記セラミック材は、前記金属部品の外表面の少なくとも一部分上に配置され、かつ前記前記アンカー材の少なくとも一部分上に重なり合う位置関係を有しており、
前記少なくとも一つのコンジットの少なくとも一部分に結合剤を備え、かつ前記アンカー材の少なくとも一部分が前記結合剤の少なくとも一部分内にほぼ埋め込まれていることを特徴とする物品。
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