JP2015515438A - 焼結結合されたセラミック物品 - Google Patents
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Abstract
Description
式中、IDf,FSは完全焼結したフランジの内径(ID)であり、ODtは予備焼結チューブの外径(OD)であり、Δは干渉(フランジとの寸法差)である。例えば、予備焼結チューブが2.0”の結合面、すなわち外径を有する(すなわち、ODt=2.0)。第2の本体の5%の干渉結合(すなわち、Δ=5%)を得るには、完全焼結フランジがODtよりも0.10”小さい(すなわち、2.0×5%=0.10)、つまり1.90”であることが必要である(すなわち、IDf,FS=ODt−Δ、又は1.90”=2.0”−0.10”)であることが必要である。したがって、予備焼結チューブ上の完全焼結フランジで5%干渉を達成するには、未焼結のフランジは、1.90”の理論的に完全焼結した内径(単体で焼結された場合)を有するように作成される。
式中、IDfは、未焼結の第2コンポーネント、又はフランジの内径であり、Rsは第2コンポーネントの収縮率である(小数として表記)。したがって、上記の例に従い、第2コンポーネントの収縮率を17.0%と仮定すると、未焼結のフランジの内径(IDf)の内径は1.9÷(1−.170)=2.289”と算出できる。
Claims (42)
- 焼結セラミック物品であって:
a)炭化ケイ素を含む第1コンポーネントと;
b)炭化ケイ素を含む第2コンポーネントであって、前記第1コンポーネントの少なくとも一部を包囲する第2コンポーネントと;
c)前記第1コンポーネントと前記第2コンポーネントとの間の境界面であって:
i)約25Mpa以上の剪断強度;
ii)10%以下の窒素封止性能;
iii)10%以下のヘリウム封止性能;
iv)10%以下の減圧封止性能
からなる群から選択される少なくとも1つの性能的特徴を有する焼結結合である境界面と、
を含む、焼結セラミック物品。 - 前記剪断強度が、約40Mpa以上、例えば約50Mpa以上、約75Mpa以上である、請求項1に記載の焼結セラミック物品。
- 前記第1コンポーネントと前記第2コンポーネントとからの結晶粒が境界面を超えて延出及び架橋する、請求項1に記載の焼結セラミック物品。
- 前記第1コンポーネントがチューブを含む、請求項1に記載の焼結セラミック物品。
- 前記第1コンポーネントが外径(OD)及び長さ(L)、並びに約10:1以上、例えば約20:1以上、約30:1以上、約40:1以上、及び約300:1以下のL:ODのアスペクト比を有する、請求項4に記載の焼結セラミック物品。
- 前記第1コンポーネント及び前記第2コンポーネントが:
少なくとも約91重量%〜約99.85重量%以下の量の炭化ケイ素を含み、前記炭化ケイ素の少なくとも約95重量%がα相である、請求項1に記載の焼結セラミック物品。 - 前記炭化ケイ素が、
約5.0重量%以下の量の炭化有機材料;
少なくとも約0.15重量%〜約3.0重量%以下の量のホウ素;及び
約1.0重量%以下の量の追加の炭素;及び
大部分が等軸である微細組織
をさらに含む、請求項6に記載の焼結セラミック物品。 - 前記第2コンポーネントが、キャップ、フランジ、円筒体、又は管板である、請求項1に記載の焼結セラミック物品。
- 前記第2コンポーネントがフランジであり、前記第1コンポーネントがチューブであり、前記フランジが前記チューブの外径の周囲でチューブを包囲し、前記フランジがフランジの外径を画定する位置で終端する放射状に突出する壁を有する、請求項8に記載の焼結セラミック物品。
- 前記フランジが円形の外部輪郭を有し、外部寸法が外径であり、前記外径が約1.2×(チューブの外径)以上、例えば1.3×(チューブの外径)、又は1.4×(チューブの外径)以上である、請求項9に記載の焼結セラミック物品。
- 前記放射状に突出する壁が少なくとも1つの平面状の表面を有する、請求項9に記載の焼結セラミック物品。
- 前記少なくとも1つの平面状の表面が、チューブの長手方向軸線に垂直な平面に沿って延在する、請求項11に記載の焼結セラミック物品。
- 前記境界面が気密封止である、請求項1に記載の焼結セラミック物品。
- 前記境界面が、約9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1.9%、1.8%、1.7%、1.6%、1.5%、1.4%、1.3%、1.2%、1.1%、1.0%、0.9%、0.8%、0.7%、0.6%、0.5%、0.4%、0.3%、0.2%、又は0.1%以下の窒素封止性能、ヘリウム封止性能、又は減圧封止性能を有する、請求項1に記載の焼結セラミック物品。
- 前記境界面が、4%以下のヘリウム封止性能を有する、請求項1に記載の焼結セラミック物品。
- 第3コンポーネントをさらに含み、前記第2コンポーネント及び前記第3コンポーネントがチューブの向かい合う軸方向端部に配置され、前記第2及び第3コンポーネントは、チューブの外径の周囲でチューブを囲むフランジであり、各フランジは前記フランジの外部寸法を画定する位置で終端する放射状に突出する壁を有する、請求項4に記載の焼結セラミック物品。
- 焼結セラミック物品であって:
複数のセラミックチューブ;
孔を有する管板、
を含み、前記複数のセラミックチューブの各チューブが前記管板のそれぞれの孔の内面で境界面に沿って管板に焼結結合しており、複数のセラミックチューブの各セラミックチューブ間の境界面が結合材料を含まず、
各境界面が:
i)約25Mpa未満の剪断強度;
ii)10%以下の窒素封止性能;
iii)10%以下のヘリウム封止性能;
iv)10%以下の減圧封止性能、
からなる群から選択される少なくとも1つの性能的特徴を有する、焼結セラミック物品。 - 複数のセラミックチューブ及び管板を収容するハウジングをさらに含み、前記ハウジングが流体入口及び流体出口を含む、請求項17に記載の焼結セラミック物品。
- 焼結セラミック物品の形成方法であって:
未焼結の第1コンポーネントを形成する工程と;
前記未焼結の第1コンポーネントを予備焼結して焼結第1コンポーネントを形成する工程と;
前記焼結第1コンポーネントの外面の少なくとも一部を表面洗浄して、そこから表面汚 染物質を除去する工程と;
前記焼結第1コンポーネントの周囲を表面洗浄処理した部分に沿って囲むように第2コンポーネントを配置する工程であって、前記第2コンポーネントが未焼結状態又は部分焼結状態である、工程と;
前記第1コンポーネントを前記第2コンポーネントと一緒に焼結し、第1コンポーネントと第2コンポーネントとの間に焼結結合を形成する工程と、
を含む、方法。 - 前記第1コンポーネント及び前記第2コンポーネントのうち少なくとも1つが炭化ケイ素を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記炭化ケイ素が:
少なくとも約91重量%〜約99.85重量%以下の炭化ケイ素含有量を有し、前記炭化ケイ素の少なくとも約95重量%がα相である、請求項20に記載の方法。 - 前記炭化ケイ素が、約5.0重量%以下の量の炭化有機材料;
少なくとも約0.15重量%〜約3.0重量%以下の量のホウ素;及び
約1.0重量%以下の量の追加の炭素;及び
大部分が等軸である微細組織
をさらに含む、請求項21に記載の方法。 - 第1コンポーネントを第2コンポーネントと共に焼結して焼結結合を形成する工程が、第1及び第2コンポーネントのそれぞれから結晶粒の形成を生じ、前記結晶粒が第1コンポーネントと第2コンポーネントとの間の焼結結合境界面を超えて延出及び架橋する、請求項19に記載の方法。
- 焼結が、焼結された前記第1コンポーネントと前記第2コンポーネントとの間に化学的及び機械的結合を形成し、前記結合が約40MPa以上、例えば約50MPa以上、約75MPa以上の剪断強度を有する、請求項19に記載の方法。
- 前記第1コンポーネントが押出成形によって形成される、請求項19に記載の方法。
- 予備焼結の前に前記第1コンポーネントの外面を周囲方向に機械加工する工程をさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 押出成形が、前記第1コンポーネントの外面に沿って長手方向の折り目を形成し、前記周囲方向の機械加工が、前記長手方向折り目を少なくとも部分的に除去するのに有効である、請求項25に記載の方法。
- 前記表面洗浄が、遊離研磨剤、被覆研磨剤、又は固定研磨剤の使用を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記表面洗浄が、炭化ケイ素又は超研磨剤の使用を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記超研磨剤が、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、又はこれらの組み合わせを含む、請求29に記載の方法。
- 前記第1コンポーネントが長さL及び外径ODを有し、約10:1以上、例えば約20:1以上、約30:1以上、約40:1以上、及び約300:1以下のL:ODのアスペクト比を有する、請求項19に記載の方法。
- 前記表面洗浄が機械研磨によって実施される、請求項19に記載の方法。
- 機械研磨が、遊離研磨剤、被覆研磨剤、又は固定研磨剤を使用して実施される、請求項32に記載の方法。
- 機械研磨が炭化ケイ素研磨剤又は超研磨剤を用いて実施される、請求項33に記載の方法。
- 前記超研磨剤が、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、又はこれらの組み合わせを含む、請求34に記載の方法。
- 前記表面汚染物質が遊離炭素を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記第1コンポーネントがセラミックチューブであり、前記第2コンポーネントがキャップ、フランジ、円筒体、チューブ、又は管板である、請求項19に記載の方法。
- 前記第2コンポーネントがフランジである、請求項37に記載の方法。
- 前記第2コンポーネントが、複数のセラミックチューブを受けるための複数の孔を有する管板である、請求項37に記載の方法。
- 前記第1コンポーネントと前記第2コンポーネントとの間の境界面に結合材料がない、請求項1に記載の焼結セラミック物品。
- 前記第1コンポーネントが押出成形されたチューブを含む、請求項4に記載の焼結セラミック物品。
- 各フランジが、焼結セラミック物品の各末端部を導管構造体と流体密封係合させるための把持力を受け取るように適応されている、請求項16に記載の焼結セラミック物品。
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