JP2584259B2 - セラミックスの接合方法 - Google Patents
セラミックスの接合方法Info
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- JP2584259B2 JP2584259B2 JP62303714A JP30371487A JP2584259B2 JP 2584259 B2 JP2584259 B2 JP 2584259B2 JP 62303714 A JP62303714 A JP 62303714A JP 30371487 A JP30371487 A JP 30371487A JP 2584259 B2 JP2584259 B2 JP 2584259B2
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- Japan
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- zirconia
- ceramics
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- yttria
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Description
【発明の詳細な説明】 a. 産業上の利用分野 本発明はイットリアで部分安定化されたジルコニアセ
ラミックスと、それ以外のジルコニアセラミックスもし
くはジルコニアを含むセラミックスとを接合する方法に
関する。
ラミックスと、それ以外のジルコニアセラミックスもし
くはジルコニアを含むセラミックスとを接合する方法に
関する。
b. 従来の技術 イットリアで部分安定化されたジルコニアセラミック
スは、室温で正方晶ジルコニアが安定に存在し、正方晶
が単斜晶に応力誘起変態するため高強度，高靭性セラミ
ックスとして構造材料への適用が期待されている。
スは、室温で正方晶ジルコニアが安定に存在し、正方晶
が単斜晶に応力誘起変態するため高強度，高靭性セラミ
ックスとして構造材料への適用が期待されている。
またセラミックス同志の拡散による接合は従来から行
われている。
われている。
c. 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、イットリアで部分安定化されたジルコ
ニアセラミックスは、200〜300℃という比較的低い温度
で大気中にさらされると表面の正方晶が単斜晶に変態し
てしまい、その強度及び靭性は著しく低下する。この劣
化現象は表面から生じ、徐々に内部に進行するため大気
中の成分が関係しているものと考えられている。そのた
め、イットリアで部分安定化されたジルコニアセラミッ
クスの構造材料としての応用範囲はかなり限定されてい
る。
ニアセラミックスは、200〜300℃という比較的低い温度
で大気中にさらされると表面の正方晶が単斜晶に変態し
てしまい、その強度及び靭性は著しく低下する。この劣
化現象は表面から生じ、徐々に内部に進行するため大気
中の成分が関係しているものと考えられている。そのた
め、イットリアで部分安定化されたジルコニアセラミッ
クスの構造材料としての応用範囲はかなり限定されてい
る。
また、セラミックス同志の拡散による接合は従来から
行われているが、従来の技術では接合面における接触面
積を大きくするために平滑な接合面と大きな圧力を必要
とし、迅速な接合が行えないという問題点があった。
行われているが、従来の技術では接合面における接触面
積を大きくするために平滑な接合面と大きな圧力を必要
とし、迅速な接合が行えないという問題点があった。
d. 問題点を解決するための手段 本発明は前記事情に鑑み、従来の問題点を解決しよう
とするもので、イットリアで部分安定化されたジルコニ
アセラミックスの表面に対して200〜300℃の温度での熱
劣化が著しくない、その他のジルコニアセラミックスも
しくはジルコニアを含むセラミックスを容易かつ確実に
接合することができる方法を提供しようとするものであ
り、イットリアで部分安定化されたジルコニアセラミッ
クスが1000℃以上の温度において容易に塑性変形するこ
とを利用し、該温度で塑性変形させて接合面での接触面
積を増大させるとともに拡散によりそれ以外の前記ジル
コニアセラミックスもしくはジルコニアを含むセラミッ
クスと接合する接合方法を提供するものである。
とするもので、イットリアで部分安定化されたジルコニ
アセラミックスの表面に対して200〜300℃の温度での熱
劣化が著しくない、その他のジルコニアセラミックスも
しくはジルコニアを含むセラミックスを容易かつ確実に
接合することができる方法を提供しようとするものであ
り、イットリアで部分安定化されたジルコニアセラミッ
クスが1000℃以上の温度において容易に塑性変形するこ
とを利用し、該温度で塑性変形させて接合面での接触面
積を増大させるとともに拡散によりそれ以外の前記ジル
コニアセラミックスもしくはジルコニアを含むセラミッ
クスと接合する接合方法を提供するものである。
すなわち本発明は、イットリアで部分安定化されたジ
ルコニアセラミックスを温度1000℃以上1600℃以下、応
力15kg/mm2以下かつ歪速度10-3/sec以下の条件で塑性変
形させて、それ以外のジルコニアセラミックスもしくは
ジルコニアを含む複合セラミックスと拡散により接合す
ることを特徴とするセラミックスの接合方法である。
ルコニアセラミックスを温度1000℃以上1600℃以下、応
力15kg/mm2以下かつ歪速度10-3/sec以下の条件で塑性変
形させて、それ以外のジルコニアセラミックスもしくは
ジルコニアを含む複合セラミックスと拡散により接合す
ることを特徴とするセラミックスの接合方法である。
本発明の対象となるイットリア（Y2O3）で部分安定化
されたジルコニア（ZrO2）セラミックスは、イットリア
が６モル％未満で、２モル％以上のものを用いる。これ
らの範囲外のものでは好ましい強度，靭性がえられな
い。
されたジルコニア（ZrO2）セラミックスは、イットリア
が６モル％未満で、２モル％以上のものを用いる。これ
らの範囲外のものでは好ましい強度，靭性がえられな
い。
また、このセラミックスの結晶粒径は２μｍ以下であ
ることが好ましく、１μｍ以下であることがより好まし
い。結晶粒径が２μｍを超える場合は塑性変形に時間が
かゝり、加圧中にクラックが生じ易いからである。
ることが好ましく、１μｍ以下であることがより好まし
い。結晶粒径が２μｍを超える場合は塑性変形に時間が
かゝり、加圧中にクラックが生じ易いからである。
接合する温度は1000℃以上1600℃以下とする。接合温
度が1000℃未満である場合は容易に塑性変形せず、ま
た、1600℃を超える温度になると結晶の粒成長が著し
く、強くなるからである。
度が1000℃未満である場合は容易に塑性変形せず、ま
た、1600℃を超える温度になると結晶の粒成長が著し
く、強くなるからである。
加圧時の変形速度（歪速度）は１×10-3/sec以下とす
る。変形速度が１×10-3/secより速いと結晶粒界にキャ
ビティの生成及び成長が著しくなり強度が低下するから
である。
る。変形速度が１×10-3/secより速いと結晶粒界にキャ
ビティの生成及び成長が著しくなり強度が低下するから
である。
加圧時の変形応力は15kg/mm2以下とする。変形応力が
15kg/mm2より大きいと加圧中にクラックが生ずるからで
ある。
15kg/mm2より大きいと加圧中にクラックが生ずるからで
ある。
温度200〜300℃での熱劣化が著しくないジルコニアセ
ラミックスもしくはジルコニアを含むセラミックスとし
ては、マグネシア，カルシア，セリアをそれぞれ固溶し
たジルコニアセラミックスおよびジルコニア／アルミ
ナ，ジルコニア／ムライト，ジルコニア／窒化珪素など
の複合セラミックス、さらにこれらに炭化珪素粒子ある
いは炭化珪素ファイバー，ウィスカーを添加したもの等
が例示される。
ラミックスもしくはジルコニアを含むセラミックスとし
ては、マグネシア，カルシア，セリアをそれぞれ固溶し
たジルコニアセラミックスおよびジルコニア／アルミ
ナ，ジルコニア／ムライト，ジルコニア／窒化珪素など
の複合セラミックス、さらにこれらに炭化珪素粒子ある
いは炭化珪素ファイバー，ウィスカーを添加したもの等
が例示される。
前記各条件にもとずく接合方法によってイットリアで
部分安定化されたジルコニアセラミックスの表面に、そ
れ以外のジルコニアセラミックスもしくはジルコニアを
含む複合セラミックスが充分な接合強度をもって接合で
きた。
部分安定化されたジルコニアセラミックスの表面に、そ
れ以外のジルコニアセラミックスもしくはジルコニアを
含む複合セラミックスが充分な接合強度をもって接合で
きた。
e. 実施例 以下、実施例を示し本発明の特徴とするところをより
一層明らかにする。
一層明らかにする。
実施例１ 冷間静水圧プレスにより成形され、大気中1500℃で焼
結されたイットリア３モル％固溶部分安定化ジルコニア
（供試材寸法25×20×15mm）と、アルゴン中1500℃、10
0MPaで熱間静水圧プレスにより焼結されたアルミナを20
重量％含んだイットリア３モル％固溶ジルコニア／アル
ミナ複合セラミックス（同25×20×15mm）とを第１図に
示す要領で当接し接合した。
結されたイットリア３モル％固溶部分安定化ジルコニア
（供試材寸法25×20×15mm）と、アルゴン中1500℃、10
0MPaで熱間静水圧プレスにより焼結されたアルミナを20
重量％含んだイットリア３モル％固溶ジルコニア／アル
ミナ複合セラミックス（同25×20×15mm）とを第１図に
示す要領で当接し接合した。
接合条件は大気中1450℃、圧縮速度0.05mm/min、変形
量2mm（加圧方向）とした。また接合前の曲げ強度は部
分安定化ジルコニアが約1000kg/mm2、ジルコニア／アル
ミナ複合セラミックスか約220kg/mm2であった。
量2mm（加圧方向）とした。また接合前の曲げ強度は部
分安定化ジルコニアが約1000kg/mm2、ジルコニア／アル
ミナ複合セラミックスか約220kg/mm2であった。
接合強度を求めるため接合体を加工して３×４×40mm
の曲げ試験片を作りJISR1601に定める方法に従って４点
曲げ試験を行ったところ接合面からは破壊しなかった。
破壊荷重から接合面にかかった最大応力を計算すると約
70kg/mm2であり、接合強度はそれ以上と推定できる。し
たがって接合強度は部分安定化ジルコニア単味の曲げ強
度の70％以上という高い値が得られた。
の曲げ試験片を作りJISR1601に定める方法に従って４点
曲げ試験を行ったところ接合面からは破壊しなかった。
破壊荷重から接合面にかかった最大応力を計算すると約
70kg/mm2であり、接合強度はそれ以上と推定できる。し
たがって接合強度は部分安定化ジルコニア単味の曲げ強
度の70％以上という高い値が得られた。
実施例２ 冷間静水圧プレスにより成形され、大気中1500℃で焼
結されたイットリア３モル％固溶部分安定化ジルコニア
（供試材寸法25×20×15mm）と、冷間静水圧プレスによ
り成形され大気中1600℃で焼結されたセリア12モル％固
溶部分安定化ジルコニア（同25×20×15mm）とを接合し
た。
結されたイットリア３モル％固溶部分安定化ジルコニア
（供試材寸法25×20×15mm）と、冷間静水圧プレスによ
り成形され大気中1600℃で焼結されたセリア12モル％固
溶部分安定化ジルコニア（同25×20×15mm）とを接合し
た。
接合条件は大気中1450℃、圧縮速度0.05mm/min、変形
量2mm（加圧方向）とした。また接合前の曲げ強度はイ
ットリア固溶のものが約100kg/mm2、セリア固溶のもの
が約50kg/mm2であった。
量2mm（加圧方向）とした。また接合前の曲げ強度はイ
ットリア固溶のものが約100kg/mm2、セリア固溶のもの
が約50kg/mm2であった。
実施例１と同様な方法により接合強度を求めたところ
約40kg/mm2という高い接合強度が得られた。
約40kg/mm2という高い接合強度が得られた。
実施例３ 冷間静水圧プレスにより成形され、大気中1500℃で焼
結されたイットリア３モル％固溶部分安定化ジルコニア
（供試材寸法25×20×15mm）と、冷間静水圧プレスによ
り成形され大気中で1500℃で焼結されたマグネシア９モ
ル％固溶部分安定化ジルコニア（同25×20×15mm）とを
接合した。
結されたイットリア３モル％固溶部分安定化ジルコニア
（供試材寸法25×20×15mm）と、冷間静水圧プレスによ
り成形され大気中で1500℃で焼結されたマグネシア９モ
ル％固溶部分安定化ジルコニア（同25×20×15mm）とを
接合した。
接合条件は大気中1450℃、圧縮速度0.05mm/min、変形
量2mm（加圧方向）とした。接合前の曲げ強度はイット
リア固溶のものが約100kg/mm2、マグネシア固溶のもの
が約60kg/mm2であった。
量2mm（加圧方向）とした。接合前の曲げ強度はイット
リア固溶のものが約100kg/mm2、マグネシア固溶のもの
が約60kg/mm2であった。
実施例１と同様な方法により接合強度を求めたところ
約50kg/mm2という高い接合強度が得られた。
約50kg/mm2という高い接合強度が得られた。
f. 発明の効果 １） イットリアで部分安定化されたジルコニアセラミ
ックスは高強度，高靭性でありながら200〜300℃での劣
化現象のため構造材料として使用できる範囲がかなり限
定されていたが、前記本発明の方法によって熱劣化の著
しくない他のセラミックスを充分な強度をもって接合す
ることができ、したがってその表面からの劣化を少なく
することが可能となった。よって構造材料としての適用
範囲が大幅に拡大し、工業的価値は極めて大きい。
ックスは高強度，高靭性でありながら200〜300℃での劣
化現象のため構造材料として使用できる範囲がかなり限
定されていたが、前記本発明の方法によって熱劣化の著
しくない他のセラミックスを充分な強度をもって接合す
ることができ、したがってその表面からの劣化を少なく
することが可能となった。よって構造材料としての適用
範囲が大幅に拡大し、工業的価値は極めて大きい。
２） 本発明の方法においては、塑性変形により接触面
積が急速に増加するため、従来の拡散接合に比較してす
ばやく接合でき接合面の面粗さの影響も少ない。したが
って従来のように特に平滑な接合面を必要とせず、かつ
加工時間が短縮できる。しかも低い応力で容易に変形す
るため加工に要する圧力も小さくてすむ。
積が急速に増加するため、従来の拡散接合に比較してす
ばやく接合でき接合面の面粗さの影響も少ない。したが
って従来のように特に平滑な接合面を必要とせず、かつ
加工時間が短縮できる。しかも低い応力で容易に変形す
るため加工に要する圧力も小さくてすむ。
第１図は本発明に係るセラミックスの接合方法の実施例
における接合要領の説明図である。
における接合要領の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若井 史博 愛知県名古屋市北区名城２丁目２番 城 北住宅１―51号 審査官 近野 光知 (56)参考文献 特開 昭62−108779（ＪＰ，Ａ) 特公 昭43−4515（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (3)
- 【請求項１】イットリアで部分安定化されたジルコニア
セラミックスを温度1000℃以上1600℃以下、応力15kg/m
m2以下かつ歪速度10-3/sec以下の条件で塑性変形させ
て、それ以外のジルコニアセラミックスもしくはジルコ
ニアを含む複合セラミックスと拡散により接合すること
を特徴とするセラミックスの接合方法。 - 【請求項２】前記イットリアで部分安定化されたジルコ
ニアセラミックスはイットリアが６モル％未満で、結晶
粒径が２μｍ以下であることを特徴とする特許請求の範
囲第１）項に記載のセラミックスの接合方法。 - 【請求項３】前記ジルコニアセラミックスもしくはジル
コニアを含む複合セラミックスとして、マグネシア，カ
ルシア，セリアをそれぞれ固溶したジルコニアセラミッ
クスおよびシルコニア／アルミナ，ジルコニア／ムライ
ト，ジルコニア／窒化珪素の各複合セラミックス、並び
にこれらに炭化珪素粒子、あるいは炭化珪素ファイバ
ー，ウイスカーを添加したものであることを特徴とする
特許請求の範囲第１）項に記載のセラミックスの接合方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303714A JP2584259B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | セラミックスの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303714A JP2584259B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | セラミックスの接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01145382A JPH01145382A (ja) | 1989-06-07 |
| JP2584259B2 true JP2584259B2 (ja) | 1997-02-26 |
Family
ID=17924369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62303714A Expired - Lifetime JP2584259B2 (ja) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | セラミックスの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2584259B2 (ja) |
-
1987
- 1987-12-01 JP JP62303714A patent/JP2584259B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01145382A (ja) | 1989-06-07 |
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