JP2863055B2 - セラミックス接合体の製造方法 - Google Patents
セラミックス接合体の製造方法Info
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- JP2863055B2 JP2863055B2 JP7053193A JP7053193A JP2863055B2 JP 2863055 B2 JP2863055 B2 JP 2863055B2 JP 7053193 A JP7053193 A JP 7053193A JP 7053193 A JP7053193 A JP 7053193A JP 2863055 B2 JP2863055 B2 JP 2863055B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス多孔板と
セラミックス管状体との接合体の製造方法に関する。
セラミックス管状体との接合体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは、その成分組成が酸化
物、非酸化物に拘らず、高度の耐熱・断熱性が有り、絶
縁性、導電性、磁気的・誘電的性質等の電気的・電子的
機能を有し、また、耐摩耗性等の機械的性質も優れ、各
種構造物の材料として既に使用され、研究開発されてい
る。セラミックスを機械部品材料や構造物材料として使
用する場合、種々の形状の機械部品や構造部材が要求さ
れ、また各部品や部材の組み合わせも求められることに
なり、一体成形により製造されるものは別として、あら
ゆる部分においてセラミックスを接合固定する必要が生
じる。
物、非酸化物に拘らず、高度の耐熱・断熱性が有り、絶
縁性、導電性、磁気的・誘電的性質等の電気的・電子的
機能を有し、また、耐摩耗性等の機械的性質も優れ、各
種構造物の材料として既に使用され、研究開発されてい
る。セラミックスを機械部品材料や構造物材料として使
用する場合、種々の形状の機械部品や構造部材が要求さ
れ、また各部品や部材の組み合わせも求められることに
なり、一体成形により製造されるものは別として、あら
ゆる部分においてセラミックスを接合固定する必要が生
じる。
【０００３】各種の部品・部材の中でも平板状部材と他
形状の部材とを組み合わせた接合体は、機械部品や構造
部材として多く使用され、平板に複数の孔を穿ち管状体
を貫通固定して使う例も多い。例えば、出願人が特開昭
６０−６２５９２号公報で示したような工業用炉のセラ
ミック熱交換器には多数のセラミック管状体を板状体に
固定した部材が使用されている。
形状の部材とを組み合わせた接合体は、機械部品や構造
部材として多く使用され、平板に複数の孔を穿ち管状体
を貫通固定して使う例も多い。例えば、出願人が特開昭
６０−６２５９２号公報で示したような工業用炉のセラ
ミック熱交換器には多数のセラミック管状体を板状体に
固定した部材が使用されている。
【０００４】上記したように、熱交換器の部品・部材と
してセラミックスを適用しようとする試みも多くなさ
れ、セラミック管状体をセラミック板状体に形成された
孔部に挿入し固定させる方法として、複数の穿設孔を有
するセラミックス未焼結体である多孔板と、セラミック
ス焼結体である管状体とを、多孔板の各穿設孔に管状体
を挿入した状態で加熱焼成し、両者の焼成収縮率の差を
利用して一体的に接合する方法が知られている。この方
法においては、焼成収縮率が小さくほとんど焼成収縮し
ない焼結体からなる管状体が、焼成収縮率の大きい未焼
結体からなる多孔板に形成された穿設孔の焼成収縮によ
って抱持され、両者が一体化することになる。
してセラミックスを適用しようとする試みも多くなさ
れ、セラミック管状体をセラミック板状体に形成された
孔部に挿入し固定させる方法として、複数の穿設孔を有
するセラミックス未焼結体である多孔板と、セラミック
ス焼結体である管状体とを、多孔板の各穿設孔に管状体
を挿入した状態で加熱焼成し、両者の焼成収縮率の差を
利用して一体的に接合する方法が知られている。この方
法においては、焼成収縮率が小さくほとんど焼成収縮し
ない焼結体からなる管状体が、焼成収縮率の大きい未焼
結体からなる多孔板に形成された穿設孔の焼成収縮によ
って抱持され、両者が一体化することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法においては、図５に示すような多孔板１の複数の穿設
孔３が形成された中央部と、その周囲の穿設孔が形成さ
れていないツバ部４とで焼成収縮率に差が生じ、これに
よって、多孔板に割れが発生するという問題があった。
すなわち、多孔板に形成された穿設孔の焼成収縮は、穿
設孔に挿入された管状体によって、一部妨げられること
になるため、穿設孔形成部分の焼成収縮率は、その周囲
のツバ部よりも小さいものとなり、この焼成収縮率差に
起因して多孔板内部に発生する応力によって、多孔板の
割れや接合部の気密性劣化が生じるのである。
法においては、図５に示すような多孔板１の複数の穿設
孔３が形成された中央部と、その周囲の穿設孔が形成さ
れていないツバ部４とで焼成収縮率に差が生じ、これに
よって、多孔板に割れが発生するという問題があった。
すなわち、多孔板に形成された穿設孔の焼成収縮は、穿
設孔に挿入された管状体によって、一部妨げられること
になるため、穿設孔形成部分の焼成収縮率は、その周囲
のツバ部よりも小さいものとなり、この焼成収縮率差に
起因して多孔板内部に発生する応力によって、多孔板の
割れや接合部の気密性劣化が生じるのである。
【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
焼成収縮率差を利用したセラミックス多孔板とセラミッ
クス管状体の接合体の製造において、多孔板の割れや接
合部の気密性劣化の無い優れたセラミックス接合体を製
造する方法を提供することにある。
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
焼成収縮率差を利用したセラミックス多孔板とセラミッ
クス管状体の接合体の製造において、多孔板の割れや接
合部の気密性劣化の無い優れたセラミックス接合体を製
造する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題解決するための手段】上記目的を達成するため、
本発明によれば、まず第１の製造方法として、複数の穿
設孔を有するセラミックス未焼結体である多孔板と、セ
ラミックス焼結体である管状体とを、該多孔板の各穿設
孔に該管状体を挿入した状態で加熱焼成し、両者の焼成
収縮率の差を利用して一体的に接合するセラミックス接
合体の製造方法において、前記多孔板の穿設孔形成部分
周囲のツバ部の中央に肉増し部を設けることを特徴とす
るセラミックス接合体の製造方法が提供される。
本発明によれば、まず第１の製造方法として、複数の穿
設孔を有するセラミックス未焼結体である多孔板と、セ
ラミックス焼結体である管状体とを、該多孔板の各穿設
孔に該管状体を挿入した状態で加熱焼成し、両者の焼成
収縮率の差を利用して一体的に接合するセラミックス接
合体の製造方法において、前記多孔板の穿設孔形成部分
周囲のツバ部の中央に肉増し部を設けることを特徴とす
るセラミックス接合体の製造方法が提供される。
【０００８】更に、本発明によれば、第２の製造方法と
して、複数の穿設孔を有するセラミックス未焼結体であ
る多孔板と、セラミックス焼結体である管状体とを、該
多孔板の各穿設孔に該管状体を挿入した状態で加熱焼成
し、両者の焼成収縮率の差を利用して一体的に接合する
セラミックス接合体の製造方法において、前記多孔板の
穿設孔形成部分周囲のツバ部の中央に切り込みを設ける
ことを特徴とするセラミックス接合体の製造方法が提供
される。
して、複数の穿設孔を有するセラミックス未焼結体であ
る多孔板と、セラミックス焼結体である管状体とを、該
多孔板の各穿設孔に該管状体を挿入した状態で加熱焼成
し、両者の焼成収縮率の差を利用して一体的に接合する
セラミックス接合体の製造方法において、前記多孔板の
穿設孔形成部分周囲のツバ部の中央に切り込みを設ける
ことを特徴とするセラミックス接合体の製造方法が提供
される。
【０００９】
【作用】本発明は上記のように構成され、まず第１の製
造方法においては、図１に示すように、多孔板１のツバ
部４の中央に肉増し部５を設けることにより、穿設孔形
成部分とツバ部の焼成収縮率差に起因する多孔板内部の
応力が最も大きくなるツバ部中央の強度が向上し、これ
によって多孔板の割れや接合部の気密性劣化を防止する
ことができる。また、第２の製造方法においては、図２
に示すように、多孔板１のツバ部４の中央に切り込み６
を設けることにより、上記応力が最も大きくなるツバ部
中央の図中矢印方向への変形の自由度が大きくなり、こ
れによって応力が緩和されて、多孔板の割れや接合部の
気密性劣化を防止することができる。
造方法においては、図１に示すように、多孔板１のツバ
部４の中央に肉増し部５を設けることにより、穿設孔形
成部分とツバ部の焼成収縮率差に起因する多孔板内部の
応力が最も大きくなるツバ部中央の強度が向上し、これ
によって多孔板の割れや接合部の気密性劣化を防止する
ことができる。また、第２の製造方法においては、図２
に示すように、多孔板１のツバ部４の中央に切り込み６
を設けることにより、上記応力が最も大きくなるツバ部
中央の図中矢印方向への変形の自由度が大きくなり、こ
れによって応力が緩和されて、多孔板の割れや接合部の
気密性劣化を防止することができる。
【００１０】本発明に使用されるセラミックスとして
は、酸化物及び非酸化物化合物等のいずれのセラミック
スを用いてもよく、接合体が使用される構造部材の種
類、機械的強度等必要な使用条件に応じ適宜選択すれば
よい。例えば、エンジン、産業機械及び熱交換器等に使
用する場合は、高強度・高耐熱性の窒化珪素や炭化珪素
が用いられる。多孔板と管状体とは、通常同種のセラミ
ックスで構成される。また、多孔板の形状、厚み及び大
きさは特に制限されず、使用目的、条件にあわせて選択
すればよい。多孔板に穿設される穿設孔の孔数、孔形及
び孔の配置も特に制限されず、挿入する管状体の形状、
大きさ及び挿入数に応じて定めればよい。
は、酸化物及び非酸化物化合物等のいずれのセラミック
スを用いてもよく、接合体が使用される構造部材の種
類、機械的強度等必要な使用条件に応じ適宜選択すれば
よい。例えば、エンジン、産業機械及び熱交換器等に使
用する場合は、高強度・高耐熱性の窒化珪素や炭化珪素
が用いられる。多孔板と管状体とは、通常同種のセラミ
ックスで構成される。また、多孔板の形状、厚み及び大
きさは特に制限されず、使用目的、条件にあわせて選択
すればよい。多孔板に穿設される穿設孔の孔数、孔形及
び孔の配置も特に制限されず、挿入する管状体の形状、
大きさ及び挿入数に応じて定めればよい。
【００１１】多孔板の穿設孔は、多孔板の基本形状とな
る板状体の成形時に同時に設けてもよいし、成形後に押
し抜きや超音波加工等の手段により穿つようにしてもよ
い。同様に、肉増し部や切り込みも、板状体の成形時あ
るいは成形後のどちらの時点で設けてもよい。肉増し部
を成形後に設ける方法としては、板状体を所要寸法より
大きめに成形し、肉増し部を残して不要部分を切除する
等の方法が挙げられる。肉増し部の形状は四角形が望ま
しく、寸法は発生する応力に応じて変化するが、通常は
ツバ部と同等の幅で多孔板寸法の１／３程度の長さであ
ればよい。また、切込部の形状は半円形状が望ましく、
寸法はツバ部と同等の直径であればよい。
る板状体の成形時に同時に設けてもよいし、成形後に押
し抜きや超音波加工等の手段により穿つようにしてもよ
い。同様に、肉増し部や切り込みも、板状体の成形時あ
るいは成形後のどちらの時点で設けてもよい。肉増し部
を成形後に設ける方法としては、板状体を所要寸法より
大きめに成形し、肉増し部を残して不要部分を切除する
等の方法が挙げられる。肉増し部の形状は四角形が望ま
しく、寸法は発生する応力に応じて変化するが、通常は
ツバ部と同等の幅で多孔板寸法の１／３程度の長さであ
ればよい。また、切込部の形状は半円形状が望ましく、
寸法はツバ部と同等の直径であればよい。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
【００１３】（実施例）窒化珪素粉末１０００ｇに、焼
結助剤としてＹ2Ｏ3１０ｇ、ＭｇＯ１０ｇ、ＺｒＯ3５
ｇ、有機バインダーとしてポリビニルアルコール１ｇを
添加し、更に水１０００ｇを加え、窒化珪素玉石（φ５
mm）を用いてアトライタにより４時間粉砕・混合を行っ
た。得られた微粉砕混合物を、スプレードライヤーによ
って乾燥・造粒して得た粉末を原料として、押出成形に
より管状の成形体を作製し、１１０℃で１０時間乾燥さ
せた。乾燥後５００℃で５時間バインダー仮焼を行い、
更に１６５０℃で１時間焼成して、外径８mm、内径６m
m、長さ３００mmの管状体を得た。
結助剤としてＹ2Ｏ3１０ｇ、ＭｇＯ１０ｇ、ＺｒＯ3５
ｇ、有機バインダーとしてポリビニルアルコール１ｇを
添加し、更に水１０００ｇを加え、窒化珪素玉石（φ５
mm）を用いてアトライタにより４時間粉砕・混合を行っ
た。得られた微粉砕混合物を、スプレードライヤーによ
って乾燥・造粒して得た粉末を原料として、押出成形に
より管状の成形体を作製し、１１０℃で１０時間乾燥さ
せた。乾燥後５００℃で５時間バインダー仮焼を行い、
更に１６５０℃で１時間焼成して、外径８mm、内径６m
m、長さ３００mmの管状体を得た。
【００１４】また、管状体の作製に用いたものと同じ原
料を用いて、静水圧プレス成形により７ton/cm2の圧力
を加えて、ツバ部中央に肉増し部を有する板状の成形体
を作製した。これを上記管状体の作製におけると同様の
条件で乾燥及びバインダー仮焼し、更に窒素雰囲気中１
３５０℃で３時間仮焼を行った。得られた３５０×１７
０mm、肉増し部１００×３０mm、厚さ２０mmの仮焼体
に、超音波加工により、管状体を挿入し接合するための
孔径９．３mmの複数の穿設孔を形成し、図１に示すよう
な肉増し部５付きの多孔板１を得た。
料を用いて、静水圧プレス成形により７ton/cm2の圧力
を加えて、ツバ部中央に肉増し部を有する板状の成形体
を作製した。これを上記管状体の作製におけると同様の
条件で乾燥及びバインダー仮焼し、更に窒素雰囲気中１
３５０℃で３時間仮焼を行った。得られた３５０×１７
０mm、肉増し部１００×３０mm、厚さ２０mmの仮焼体
に、超音波加工により、管状体を挿入し接合するための
孔径９．３mmの複数の穿設孔を形成し、図１に示すよう
な肉増し部５付きの多孔板１を得た。
【００１５】次いで、多孔板１の穿設孔３に、それぞれ
管状体をその端部が多孔板１の一表面に合致するよう挿
入して、窒素雰囲気中１６５０℃で３時間加熱焼成し、
接合一体化して、図３に示すような管状体２の上下端部
に多孔板１が接合されたセラミックス接合体を得た。な
お、焼成接合の締め代は０．２mmとした。
管状体をその端部が多孔板１の一表面に合致するよう挿
入して、窒素雰囲気中１６５０℃で３時間加熱焼成し、
接合一体化して、図３に示すような管状体２の上下端部
に多孔板１が接合されたセラミックス接合体を得た。な
お、焼成接合の締め代は０．２mmとした。
【００１６】得られたセラミックス接合体には、多孔板
の割れは認められなかった。また、このセラミックス接
合体から、１本の管状体に上端部又は下端部のどちらか
一方のみ多孔板が接合されたサンプルを切り出し、図４
に示す気密性試験装置を用いて接合部の気密性を調べ
た。図４においてサンプル１１は、水槽８に設置された
保持治具７により保持されており、保持治具７とサンプ
ル１１との間はＯリング９により封止されている。そし
て、この状態で７kg/cm2のエアを通気路１０を介して負
荷し接合部からのエアの漏出の有無を調べたところ、漏
出は認められなかった。
の割れは認められなかった。また、このセラミックス接
合体から、１本の管状体に上端部又は下端部のどちらか
一方のみ多孔板が接合されたサンプルを切り出し、図４
に示す気密性試験装置を用いて接合部の気密性を調べ
た。図４においてサンプル１１は、水槽８に設置された
保持治具７により保持されており、保持治具７とサンプ
ル１１との間はＯリング９により封止されている。そし
て、この状態で７kg/cm2のエアを通気路１０を介して負
荷し接合部からのエアの漏出の有無を調べたところ、漏
出は認められなかった。
【００１７】（実施例２）静水圧プレス成形の際に、ツ
バ部中央に切り込みを有する板状の成形体を作製した以
外は、実施例１と同様にして、図２に示すような半円状
（Ｒ１５mm）の切込部６を有する多孔板１を得、これを
用いて実施例１と同様にセラミックス接合体を作製した
ところ、得られたセラミックス接合体には、多孔板の割
れは認められなかった。また、実施例１と同様にして接
合部の気密性を調べたところ、エアの漏出は認められな
かった。
バ部中央に切り込みを有する板状の成形体を作製した以
外は、実施例１と同様にして、図２に示すような半円状
（Ｒ１５mm）の切込部６を有する多孔板１を得、これを
用いて実施例１と同様にセラミックス接合体を作製した
ところ、得られたセラミックス接合体には、多孔板の割
れは認められなかった。また、実施例１と同様にして接
合部の気密性を調べたところ、エアの漏出は認められな
かった。
【００１８】（比較例）肉増し部も切り込みも設けず、
図５に示すような、管状体を挿入し接合するための穿設
孔３のみを形成した多孔板１を用いて、実施例１と同様
にセラミックス接合体を作製したところ、多孔板に割れ
が発生した。また、この接合体について、実施例１と同
様にして接合部の気密性を調べた結果、かなりの量のエ
ア漏れが認められた。
図５に示すような、管状体を挿入し接合するための穿設
孔３のみを形成した多孔板１を用いて、実施例１と同様
にセラミックス接合体を作製したところ、多孔板に割れ
が発生した。また、この接合体について、実施例１と同
様にして接合部の気密性を調べた結果、かなりの量のエ
ア漏れが認められた。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
穿設孔形成部分とツバ部の焼成収縮率差に起因する多孔
板内部の応力が最も大きくなるツバ部中央に、肉増し部
を設けてツバ部中央の強度を向上することにより、ある
いはツバ部中央に切込部を設けて変形の自由度を大きく
し、上記応力を緩和することにより、多孔板の割れや接
合部の気密性劣化を防止でき、優れたセラミックス接合
体を製造することができる。
穿設孔形成部分とツバ部の焼成収縮率差に起因する多孔
板内部の応力が最も大きくなるツバ部中央に、肉増し部
を設けてツバ部中央の強度を向上することにより、ある
いはツバ部中央に切込部を設けて変形の自由度を大きく
し、上記応力を緩和することにより、多孔板の割れや接
合部の気密性劣化を防止でき、優れたセラミックス接合
体を製造することができる。
【図１】本発明の製造方法において用いられる肉増し部
を設けた多孔板の平面説明図である。
を設けた多孔板の平面説明図である。
【図２】本発明の製造方法において用いられる切り込み
を設けた多孔板の平面説明図である。
を設けた多孔板の平面説明図である。
【図３】本発明の製造方法により得られるセラミックス
接合体の一例を示す側面説明図である。
接合体の一例を示す側面説明図である。
【図４】気密性試験装置を示す説明図である。
【図５】従来法において用いられる多孔板の平面説明図
である。
である。
１ 多孔板 ２ 管状体 ３ 穿設孔 ４ ツバ部 ５ 肉増し部 ６ 切り込み ７ 保持治具 ８ 水槽 ９ Ｏリング １０ 通気路 １１ サンプル
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の穿設孔を有するセラミックス未焼
結体である多孔板と、セラミックス焼結体である管状体
とを、該多孔板の各穿設孔に該管状体を挿入した状態で
加熱焼成し、両者の焼成収縮率の差を利用して一体的に
接合するセラミックス接合体の製造方法において、前記
多孔板の穿設孔形成部分周囲のツバ部の中央に肉増し部
を設けることを特徴とするセラミックス接合体の製造方
法。 - 【請求項２】 複数の穿設孔を有するセラミックス未焼
結体である多孔板と、セラミックス焼結体である管状体
とを、該多孔板の各穿設孔に該管状体を挿入した状態で
加熱焼成し、両者の焼成収縮率の差を利用して一体的に
接合するセラミックス接合体の製造方法において、前記
多孔板の穿設孔形成部分周囲のツバ部の中央に切り込み
を設けることを特徴とするセラミックス接合体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7053193A JP2863055B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | セラミックス接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7053193A JP2863055B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | セラミックス接合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06279130A JPH06279130A (ja) | 1994-10-04 |
| JP2863055B2 true JP2863055B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=13434217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7053193A Expired - Fee Related JP2863055B2 (ja) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | セラミックス接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2863055B2 (ja) |
-
1993
- 1993-03-29 JP JP7053193A patent/JP2863055B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06279130A (ja) | 1994-10-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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