JP2508157B2 - 炭化珪素系セラミックスの接合方法 - Google Patents
炭化珪素系セラミックスの接合方法Info
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- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/61—Joining two substrates of which at least one is porous by infiltrating the porous substrate with a liquid, such as a molten metal, causing bonding of the two substrates, e.g. joining two porous carbon substrates by infiltrating with molten silicon
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は炭化珪素（SiC）系セラミックスの接合方法
に関するものである。
に関するものである。
＜従来の技術＞ 炭化珪素系セラミックスは耐熱性に優れ、高い硬度を
有しているのでエンジン部品やタービン部品などの高温
構造材料としての用途が期待されている。セラミックス
製部品の製造は、SiC粒子等から成形体を得、焼成する
ことによって製造される（特開昭61−163167合参照）
が、例えばガスタービン羽根のような一体成形が困難な
構造部品の製造においては、各部分ごとに成形したもの
を接合して本来の形状の部品としなければならない。こ
の場合、接合強度が非常に重要視されることは勿論であ
る。
有しているのでエンジン部品やタービン部品などの高温
構造材料としての用途が期待されている。セラミックス
製部品の製造は、SiC粒子等から成形体を得、焼成する
ことによって製造される（特開昭61−163167合参照）
が、例えばガスタービン羽根のような一体成形が困難な
構造部品の製造においては、各部分ごとに成形したもの
を接合して本来の形状の部品としなければならない。こ
の場合、接合強度が非常に重要視されることは勿論であ
る。
従来、同種のセラミックスどうしを接合する一般的な
方法として、次の方法が知られている。
方法として、次の方法が知られている。
スリップキャスティング成形で脱型直後の２つの未
乾燥成形体にスリップ（セラミックス原料粒子を含むス
ラリー）を塗布して塗布面を合わせ、乾燥後焼結して一
体セラミック部分とする方法、 上記とは本質的に異なり、メタル層やガラス相等
の接合材を介して接合する方法（特開昭61−21982号参
照）。
乾燥成形体にスリップ（セラミックス原料粒子を含むス
ラリー）を塗布して塗布面を合わせ、乾燥後焼結して一
体セラミック部分とする方法、 上記とは本質的に異なり、メタル層やガラス相等
の接合材を介して接合する方法（特開昭61−21982号参
照）。
＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、これら両方法にはいずれも以下のよう
な問題があった。
な問題があった。
の方法は、接合は良好に行なうことができるが、脱
型直後の成形体にしか適用できないので機械加工により
形状を整えた高強度のセラミックス接合品を得ることが
できないという問題があった。なお機械加工による整形
が容易な圧縮成形体（乾燥体）や仮焼結体を上記の方
法に準じて接合しようとしても極めて接合力の弱いもの
しか得られない。
型直後の成形体にしか適用できないので機械加工により
形状を整えた高強度のセラミックス接合品を得ることが
できないという問題があった。なお機械加工による整形
が容易な圧縮成形体（乾燥体）や仮焼結体を上記の方
法に準じて接合しようとしても極めて接合力の弱いもの
しか得られない。
一方、上記の方法は接合操作が繁雑であることに加
え、得られる接合強度は上記の方法に比べ明らかに劣
るという問題があった。
え、得られる接合強度は上記の方法に比べ明らかに劣
るという問題があった。
本発明は以上のような事情に鑑みなされたもので、機
械加工により形状を整えた圧縮成形体ないし仮焼結体を
設計時に定めた面で接合し、所定の強度を確保した最終
形状部品を製造するための炭化珪素系セラミックスの接
合方法を提供することを目的とする。
械加工により形状を整えた圧縮成形体ないし仮焼結体を
設計時に定めた面で接合し、所定の強度を確保した最終
形状部品を製造するための炭化珪素系セラミックスの接
合方法を提供することを目的とする。
＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は上記目的を達成するためのものである。
すなわち、本第一の発明の炭化珪素系セラミックスの
接合方法は、ホウ素と炭素とを焼結助剤として加えた炭
化珪素系粉末で圧縮成形体又は仮焼結体を製造し、それ
らの接合面間に、上記焼結助剤、炭化珪素系粉末、解膠
剤としてのジエチルアミンとポリカルボン酸塩、及び媒
液としての水から成るスリップを充填してから焼結させ
ることを特徴とする。
接合方法は、ホウ素と炭素とを焼結助剤として加えた炭
化珪素系粉末で圧縮成形体又は仮焼結体を製造し、それ
らの接合面間に、上記焼結助剤、炭化珪素系粉末、解膠
剤としてのジエチルアミンとポリカルボン酸塩、及び媒
液としての水から成るスリップを充填してから焼結させ
ることを特徴とする。
また、本第二の発明の炭化珪素系セラミックスの接合
方法は、ホウ素と炭素とを焼結助剤として加えた炭化珪
素系粉末で圧縮成形体又は仮焼結体を製造し、それらの
接合面間に、上記焼結助剤、炭化珪素系粉末、解膠剤と
しての有機リン酸エステル塩とポリオキシエチレンアル
キルアミンとポリカルボン酸塩、及び媒液としてのベン
ゼンから成るスリップを充填してから焼結させることを
特徴とする。
方法は、ホウ素と炭素とを焼結助剤として加えた炭化珪
素系粉末で圧縮成形体又は仮焼結体を製造し、それらの
接合面間に、上記焼結助剤、炭化珪素系粉末、解膠剤と
しての有機リン酸エステル塩とポリオキシエチレンアル
キルアミンとポリカルボン酸塩、及び媒液としてのベン
ゼンから成るスリップを充填してから焼結させることを
特徴とする。
ここで「炭化珪素系粉末」とはSiCを主成分とする粉
末を指し、他の無機物質が多くない量で混入していても
よいが、SiCのみからなるものが望ましい。また上記の
「仮焼結体」とは1600℃程度以下の温度で仮焼結させた
ものを好ましくは意味する。
末を指し、他の無機物質が多くない量で混入していても
よいが、SiCのみからなるものが望ましい。また上記の
「仮焼結体」とは1600℃程度以下の温度で仮焼結させた
ものを好ましくは意味する。
成形体を製造するための炭化珪素系粉末に加えられる
焼結助剤は、ホウ素及び炭素とも、0.1〜５重量％の量
を粉末の形態で加えるのが適当であり、また上記スリッ
プにおける焼結助剤と炭化珪素系粉末は、上記成形体に
等しい配合比であることが好ましい。
焼結助剤は、ホウ素及び炭素とも、0.1〜５重量％の量
を粉末の形態で加えるのが適当であり、また上記スリッ
プにおける焼結助剤と炭化珪素系粉末は、上記成形体に
等しい配合比であることが好ましい。
接合面間にスリップを充填するには、一方又は両方の
接合面にスリップを塗布した後、両接合面を合わせる
（接触させるようにする）のがよい。そうすることによ
って両被接合物間に介在することとなるスリップ層の厚
さは0.2〜1mmとなるのが好ましい。これは厚すぎるとス
リップ乾燥後の取扱い中に割れを生じ易く、また薄すぎ
るとスリップが不均一に塗布される傾向となり、所定の
温度の接合が達成できなくなるからである。
接合面にスリップを塗布した後、両接合面を合わせる
（接触させるようにする）のがよい。そうすることによ
って両被接合物間に介在することとなるスリップ層の厚
さは0.2〜1mmとなるのが好ましい。これは厚すぎるとス
リップ乾燥後の取扱い中に割れを生じ易く、また薄すぎ
るとスリップが不均一に塗布される傾向となり、所定の
温度の接合が達成できなくなるからである。
スリップを塗布して合わせた被接合物を、非酸化性雰
囲気中、1950〜2200℃の温度で焼結することにより、一
体化した炭化珪素系セラミック接合物が得られる。
囲気中、1950〜2200℃の温度で焼結することにより、一
体化した炭化珪素系セラミック接合物が得られる。
＜作用＞ 接合面間に充填されたスリップ中に含まれている解膠
剤の作用によって、スリップ中のSiC、炭素、ホウ素の
各粒子の一部が被接合物のそれら粒子間に拡散浸透し、
その状態で焼結されることにより、被接合物は一体化す
る。
剤の作用によって、スリップ中のSiC、炭素、ホウ素の
各粒子の一部が被接合物のそれら粒子間に拡散浸透し、
その状態で焼結されることにより、被接合物は一体化す
る。
＜実施例＞ 以下に実施例を試験例と併せて掲げ、本発明を更に詳
しく説明する。
しく説明する。
実施例 ａ） 被接合試料の作製 下記の原料から、まずA,B二種類の被接合試料（成形
体）を作製した。
体）を作製した。
Ａ）β型SiC（平均粒径0.3μｍ） 98.5wt％ 非晶質ホウ素（平均粒径0.6μｍ） 0.5wt％ カーボンブラック（平均粒径0.02μｍ） 1.0wt％ Ｂ）α型SiC（平均粒径0.4μｍ） 98.0wt％ 非晶質ホウ素（平均粒径0.6μｍ） 1.0wt％ カーボンブラック（平均粒径0.02μｍ） 1.0wt％ 各試料は、上記原料をプラスチック製ボールミルで、
媒液としてエチルアルコールを用いて48時間混合し、乾
燥して得た粉末を200Kg/cm2圧で一次成形し、該一次成
形体をゴム袋に密封して水中で3000Kg/cm2圧で静水圧縮
成形することにより巾30mm×長さ150mm×厚さ6mmの板状
試料として作製した。成形体の嵩密度は、Ａが理論密度
の53％、Ｂが理論密度の58％であった。
媒液としてエチルアルコールを用いて48時間混合し、乾
燥して得た粉末を200Kg/cm2圧で一次成形し、該一次成
形体をゴム袋に密封して水中で3000Kg/cm2圧で静水圧縮
成形することにより巾30mm×長さ150mm×厚さ6mmの板状
試料として作製した。成形体の嵩密度は、Ａが理論密度
の53％、Ｂが理論密度の58％であった。
また上記の試料A,B（成形体）を各々アルゴン中、150
0℃で仮焼結させた試料Ａ′,B′（仮焼結体）も作製し
た。
0℃で仮焼結させた試料Ａ′,B′（仮焼結体）も作製し
た。
ｂ） スリップの調製 下記組成でなる３種類のスリップI,II及びIIIを常法
により調製した。なおこれらスリップは上記試料A,Bの
それぞれの原料混合物に解膠剤及び水を加えたものであ
る。
により調製した。なおこれらスリップは上記試料A,Bの
それぞれの原料混合物に解膠剤及び水を加えたものであ
る。
スリップＩ スリップII スリップIII 上記スリップI,II及びIIIの粘性はそれぞれ390cp、48
0cp及び360cpであった。
0cp及び360cpであった。
ｃ） 接合 前記試料A,A′,B及びＢ′の150mm×6mmの面を予め使
用するスリップの媒液で漏らしてから直ちにスリップを
塗布し、塗布したスリップを挾むようにして２枚の板状
試料を合わせ、第１図に示すように黒鉛製治具４に立て
かけて配置する。板状試料1,2間のスリップ層３の厚さ
は約1mmとなるよう塗布されている。第１図で示される
ように配置した状態で加熱炉に入れ、アルゴンガス中、
2050℃ないし2100℃の温度で１時間焼結させることによ
り、接合部分が判らないほど一体化した焼結接合物が得
られた。
用するスリップの媒液で漏らしてから直ちにスリップを
塗布し、塗布したスリップを挾むようにして２枚の板状
試料を合わせ、第１図に示すように黒鉛製治具４に立て
かけて配置する。板状試料1,2間のスリップ層３の厚さ
は約1mmとなるよう塗布されている。第１図で示される
ように配置した状態で加熱炉に入れ、アルゴンガス中、
2050℃ないし2100℃の温度で１時間焼結させることによ
り、接合部分が判らないほど一体化した焼結接合物が得
られた。
試験例 上記実施例で得られた、種々の試料、スリップを組合
わせて焼結接合された様々な接合物の接合強さを試験し
た。試験は、第２図に示すような、接合部６を中心にし
て切出したテストピース５を用いて行なった。該テスト
ピースの大きさは、縦3mm×横4mm×高さ50mmであり、JI
S R1601試験法に準じて、上スパン10、下スパン30mmの
４点曲げ強度試験を行なった。その結果を次表に示す。
わせて焼結接合された様々な接合物の接合強さを試験し
た。試験は、第２図に示すような、接合部６を中心にし
て切出したテストピース５を用いて行なった。該テスト
ピースの大きさは、縦3mm×横4mm×高さ50mmであり、JI
S R1601試験法に準じて、上スパン10、下スパン30mmの
４点曲げ強度試験を行なった。その結果を次表に示す。
本試験により、曲げ強度はスリップの種類に依らず、
また同一寸法の被接合試料自身の曲げ強度と殆んど変わ
らないことが確かめられた。
また同一寸法の被接合試料自身の曲げ強度と殆んど変わ
らないことが確かめられた。
＜発明の効果＞ 以上の説明から明らかなように、本発明の炭化ケイ素
系セラミックスの接合方法によれば、機械加工により形
状を整えた成形体ないし仮焼結体から、接合部の強度が
非接合部の強度に匹敵するほど高強度となったセラミッ
ク接合製品を提供できるようになった。従って、例えば
ガスタービン部品のような大型で一体成形困難な複雑構
造の炭化珪素系セラミックス部品を、各部分ごとに成形
したものを接合して最終形状とすることによって製造す
ることができるようになった。
系セラミックスの接合方法によれば、機械加工により形
状を整えた成形体ないし仮焼結体から、接合部の強度が
非接合部の強度に匹敵するほど高強度となったセラミッ
ク接合製品を提供できるようになった。従って、例えば
ガスタービン部品のような大型で一体成形困難な複雑構
造の炭化珪素系セラミックス部品を、各部分ごとに成形
したものを接合して最終形状とすることによって製造す
ることができるようになった。
また小部分ごとに分けて製造できるため、各部分の信
頼性が大型一体成形品より格段と高まったセラミックス
製品を得ることができるようになった。
頼性が大型一体成形品より格段と高まったセラミックス
製品を得ることができるようになった。
更に、金属等の他の接合材を用いる繁雑な接合方法に
代えて、より簡便で強力に接合できる本発明方法を適用
することができるようになったため炭化珪素系セラミッ
クス接合製品を低コストで提供できるようになった。
代えて、より簡便で強力に接合できる本発明方法を適用
することができるようになったため炭化珪素系セラミッ
クス接合製品を低コストで提供できるようになった。
第１図は本発明の炭化珪素系セラミックスの接合方法の
一実施例に係る、治具に配置された被接合物を示す斜視
図、 第２図は一実施例により接合されたセラミックスから切
り出されたテストピースを示す斜視図である。 図中： 1,2……試料（成形体）、３……スリップ層
一実施例に係る、治具に配置された被接合物を示す斜視
図、 第２図は一実施例により接合されたセラミックスから切
り出されたテストピースを示す斜視図である。 図中： 1,2……試料（成形体）、３……スリップ層
Claims (2)
- 【請求項１】ホウ素と炭素とを焼結助剤として加えた炭
化珪素系粉末で圧縮成形体又は仮焼結体を製造し、それ
らの接合面間に、上記焼結助剤、炭化珪素系粉末、解膠
剤としてのジエチルアミンとポリカルボン酸塩、及び媒
液としての水から成るスリップを充填してから焼結させ
ることを特徴とする炭化珪素系セラミックスの接合方
法。 - 【請求項２】ホウ素と炭素とを焼結助剤として加えた炭
化珪素系粉末で圧縮成形又は仮焼結体を製造し、それら
の接合面間に、上記焼結助剤、炭化珪素系粉末、解膠剤
としての有機リン酸エステル塩とポリオキシエチレンア
ルキルアミンとポリカルボン酸塩、及び媒液としてのベ
ンゼンから成るスリップを充填してから焼結させること
を特徴とする炭化珪素系セラミックスの接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62292912A JP2508157B2 (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | 炭化珪素系セラミックスの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62292912A JP2508157B2 (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | 炭化珪素系セラミックスの接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01133986A JPH01133986A (ja) | 1989-05-26 |
| JP2508157B2 true JP2508157B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=17788007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62292912A Expired - Lifetime JP2508157B2 (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | 炭化珪素系セラミックスの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2508157B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100379743B1 (ko) * | 2000-06-12 | 2003-04-11 | (주)글로벌코센테크 | 다공성 탄화규소체의 접합방법 |
| KR101960264B1 (ko) * | 2017-03-10 | 2019-03-20 | 서울시립대학교 산학협력단 | 잔류응력이 없는 탄화규소 접합체 및 그 제조방법 |
| CN114478043B (zh) * | 2022-01-12 | 2023-05-09 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种基于液相烧结的碳化硅陶瓷的连接方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6054984A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-03-29 | 日立化成工業株式会社 | 炭化珪素焼結体の製造方法 |
-
1987
- 1987-11-19 JP JP62292912A patent/JP2508157B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01133986A (ja) | 1989-05-26 |
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