JP3100295B2 - Joining method of solid electrolyte made of ceramic material - Google Patents

Joining method of solid electrolyte made of ceramic material

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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス材料からな
る固体電解質の接合方法に関する。該方法は、トリチウ
ム精製用電解セル、水素製造用電解セル、固体電解質型
酸素濃度測定用センサ、固体電池などに用いる固体電解
質に対して、各種の被接合物を接合する際に適用される
接合方法として有用である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for joining a solid electrolyte made of a ceramic material. The method is applied when joining various objects to a solid electrolyte used for an electrolytic cell for tritium purification, an electrolytic cell for hydrogen production, a solid electrolyte type oxygen concentration sensor, a solid battery, and the like. Useful as a method.

【0002】[0002]

【従来の技術】ある種のセラミックス材料の用途の一つ
として固体電解質としての用途がある。この固体電解質
とは、イオン伝導体であり、伝導キャリアであるイオン
の濃度勾配や電位差によってイオンが移動する性質を有
するものであり、トリチウム精製用電解セル、水素製造
用電解セル、固体電解質型酸素濃度測定用センサ、固体
電池などの各種の用途に用いられている。従来、固体電
解質に各種の被接合物を気密に接合する方法としては、
主として下記の方法が知られている。
2. Description of the Related Art One of the uses of certain ceramic materials is as a solid electrolyte. The solid electrolyte is an ionic conductor, which has the property that ions move due to the concentration gradient or potential difference of ions serving as conduction carriers. The solid electrolyte is an electrolytic cell for tritium purification, an electrolytic cell for hydrogen production, and a solid electrolyte type oxygen. It is used for various applications such as concentration measurement sensors and solid state batteries. Conventionally, as a method of hermetically joining various objects to be bonded to a solid electrolyte,
The following methods are mainly known.

【0003】(1)Ti−Ni、Zr−Ni、Be−N
i、TiH2 −Ni、ZrH2 −Ni系などの金属又は
金属水素化物を含有するろう材を固体電解質と被接合物
の間に入れ、非酸化性雰囲気中で加熱処理して接合する
金属ソルダー法。
(1) Ti-Ni, Zr-Ni, Be-N
i, TiH 2 -Ni, ZrH 2 placed a brazing material containing metal or a metal hydride such as -Ni system between the solid electrolyte and the object to be bonded, the metal solder to bond to a heat treatment in a non-oxidizing atmosphere Law.

【0004】(2)Mo、Mo−Mn、W、W−Mnな
どの微粉末に有機バインダーを混合してペースト状にし
たものを固体電解質表面に塗布し、加湿水素又は加湿フ
ォーミングガス(H2 /N2 )中で加熱して、Mo又は
Wの金属皮膜を形成した後、Niメッキを施し、ろう材
を使用して被接合物をろう付けする高融点金属法。
(2) A paste obtained by mixing an organic binder with a fine powder of Mo, Mo-Mn, W, W-Mn or the like is applied to the surface of a solid electrolyte, and humidified hydrogen or humidified forming gas (H 2 / N 2 ) A high melting point metal method in which a Mo or W metal film is formed by heating in Ni, then Ni plating is applied, and the object is brazed using a brazing material.

【0005】(3)Ag、Au、Ag−Cu、Pt、P
t合金などの微粉末にPbO、Bi 2 3 及びSiO2
などを主成分とする低融ガラスの微粉末を添加し、有機
バインダーを混合してペースト状にしたものを固体電解
質と被接合物の界面に塗布し、酸化雰囲気中で加熱処理
することにより接合を行なう方法、又は該方法で固体電
解質表面に金属皮膜を形成した後、Niメッキを施す
か、又はそのままろう材を使用して被接合物をろう付け
する、金属−酸化物混合ソルダー法。
(3) Ag, Au, Ag-Cu, Pt, P
PbO, Bi for fine powder such as t alloy TwoOThreeAnd SiOTwo
Add fine powder of low melting glass whose main component is
Solid electrolysis of paste made by mixing binder
Applied to the interface between the material and the workpiece and heat-treated in an oxidizing atmosphere
Bonding, or a solid-state
After forming a metal film on the degraded surface, apply Ni plating
Or brazing the workpiece using the brazing material as it is
A mixed metal-oxide solder method.

【0006】(4)固体電解質と被接合物との間にA
u、Ag、Pd、Ptなどの箔を挾み、圧着しながら酸
化雰囲気中で加熱して、金属箔の融点以下の温度で一度
に接合する圧着法。
(4) A between the solid electrolyte and the object
A pressure bonding method in which a foil of u, Ag, Pd, Pt or the like is sandwiched, heated in an oxidizing atmosphere while being pressed, and bonded at a time at a temperature equal to or lower than the melting point of the metal foil.

【0007】これらの接合方法では、いずれの場合に
も、固体電解質はろう材やペースト等の接合用材料によ
り形成される金属部分に接触することになるが、固体電
解質はイオン伝導体であり、例えば、固体電解質が酸素
イオン伝導性を示す場合には、金属と接触した界面が低
酸素雰囲気と同様に機能し、酸素イオンが金属に向かっ
て移動して金属を酸化するという現象が生じ、形成され
る酸化膜の厚さは時間の経過とともに増大するため、や
がて固体電解質と金属の界面が剥離するという問題があ
る。特に、接合用材料がTi、Mo等の酸化しやすい金
属元素を含有するものである場合には、金属の酸化によ
る剥離の問題が顕著となる。また、酸素イオンの移動速
度は絶対温度に対して指数関数的に増大するため、高温
になるほど酸化が速くなり、高温環境で用いる場合に
は、短時間で剥離するという問題がある。
In any of these joining methods, in any case, the solid electrolyte comes into contact with a metal portion formed by a joining material such as a brazing material or a paste, but the solid electrolyte is an ionic conductor. For example, when the solid electrolyte exhibits oxygen ion conductivity, the interface in contact with the metal functions in the same manner as in a low-oxygen atmosphere, and a phenomenon occurs in which oxygen ions move toward the metal and oxidize the metal. Since the thickness of the oxide film to be formed increases with the elapse of time, there is a problem that the interface between the solid electrolyte and the metal eventually peels off. In particular, when the bonding material contains an easily oxidizable metal element such as Ti or Mo, the problem of peeling due to oxidation of the metal becomes significant. In addition, since the moving speed of oxygen ions increases exponentially with respect to the absolute temperature, the higher the temperature, the faster the oxidation, and when used in a high-temperature environment, there is a problem that the oxygen ions are separated in a short time.

【0008】また、固体電解質における伝導イオンが、
酸素以外のものである場合にも、同様に伝導キャリアに
よって固体電解質との接触部分の金属が劣化するという
現象が生じる。
[0008] The conductive ions in the solid electrolyte are
Similarly, in the case of other than oxygen, a phenomenon occurs in which the metal at the contact portion with the solid electrolyte is deteriorated by the conductive carrier.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した如
き問題を解決するためになされたものであり、セラミッ
クス材料からなる固体電解質に各種の材料を接合した接
合体を高温で長時間使用する際に、接合強度の劣化の非
常に少ない信頼性に優れた接合体を得ることのできる固
体電解質の接合方法を提供することを主な目的とするも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and uses a joined body in which various materials are joined to a solid electrolyte made of a ceramic material at a high temperature for a long time. In this case, it is a main object of the present invention to provide a solid electrolyte bonding method capable of obtaining a highly reliable bonded body with very little deterioration in bonding strength.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は上記した如き
従来技術の課題を解決すべく鋭意研究を重ねてきた。そ
の結果、セラミックス材料からなる固体電解質の接合部
に絶縁性耐熱セラミックス層を形成した後、各種の気密
接合手段により、被接合物をこの絶縁性耐熱セラミック
ス層に接合する場合には、接合対象セラミックスが固体
電解質であっても、絶縁性耐熱セラミックス層の存在に
より、酸素イオン等の各種の伝導イオンの通過が有効に
防止され、得られる接合体は、高温で長時間使用した際
にも接合強度の劣化が少ない信頼性に優れたものとな
り、更に、該固体電解質と絶縁性耐熱セラミックス層の
間に、固体電解質用原料と絶縁性耐熱セラミックス用原
料とを混合して得た混合セラミックス層を形成すること
によって、熱応力を大幅に緩和することができ、高温で
長時間使用する場合にも劣化の少ない耐久性に優れた接
合体が得られることを見出し、ここに本発明を完成する
に至った。
The inventor of the present invention has made intensive studies to solve the above-mentioned problems of the prior art. As a result, when an insulating heat-resistant ceramic layer is formed at the joint of a solid electrolyte made of a ceramic material and then an object to be bonded is bonded to the insulating heat-resistant ceramic layer by various airtight bonding means, the ceramic to be bonded is required. Even if is a solid electrolyte, the presence of the insulating heat-resistant ceramic layer effectively prevents the passage of various conductive ions such as oxygen ions, and the resulting bonded body has a bonding strength even when used at high temperatures for a long time. Deterioration is excellent and reliability is excellent, and a mixed ceramic layer obtained by mixing a raw material for a solid electrolyte and a raw material for an insulating heat-resistant ceramic is formed between the solid electrolyte and the insulating heat-resistant ceramic layer. By doing so, thermal stress can be greatly reduced, and a bonded body with less deterioration and excellent durability can be obtained even when used at high temperatures for a long time. The heading, has led to the completion of the present invention here.

【0011】即ち、本発明は、セラミックス材料からな
る固体電解質に被接合物を接合するに際して、該固体電
解質の接合部に該固体電解質用原料と絶縁性耐熱セラミ
ックス用原料とを混合して得た混合セラミックス層を介
して絶縁性耐熱セラミックス層を形成した後、該絶縁性
耐熱セラミックス層に被接合物を加熱接合することを特
徴とするセラミックス材料からなる固体電解質の接合方
法に係る。
That is, according to the present invention, when joining an object to be joined to a solid electrolyte made of a ceramic material, the solid electrolyte material and the insulating heat-resistant ceramic material are mixed at the joint of the solid electrolyte. The present invention relates to a method for bonding a solid electrolyte made of a ceramic material, comprising forming an insulating heat-resistant ceramic layer via a mixed ceramic layer, and then heating and bonding an object to be bonded to the insulating heat-resistant ceramic layer.

【0012】本発明方法は、セラミックス材料からなる
固体電解質に対して、各種の被接合物を機密に接合する
ための方法として適用されるものである。該固体電解質
としては、酸素イオン、水素イオン、Liイオン、Na
イオン、Agイオン等を伝導キャリアとする公知の各種
のセラミックス材料からなるものを使用できる。本発明
方法は、これらの固体電解質の内で、特に、酸素イオン
伝導性を有する固体電解質を用いる場合に、接合部分の
金属材料の酸化を防止できる点で非常に有用性が高い方
法である。この様な酸素イオン伝導性を有する固体電解
質としては、ZrO2 、HfO2 、CeO2 及びThO
2 から選ばれた酸化物に、2価又は3価の金属酸化物を
少なくとも1種固溶させた蛍石型結晶構造の酸化物から
なるセラミックス材料を挙げることができる。この内
で、特に、ZrO2 に、CaO、Y2 3 及び希土類酸
化物の少なくとも1種を安定化剤として配合した安定化
ジルコニアは、酸素イオン伝導性の固体電解質として広
く使用されており、本発明方法の対象物として有用であ
る。この様な安定化ジルコニアでは、イオン伝導の割合
は酸素イオンの空格子濃度に依存するが、安定化剤の種
類によって空格子の最大濃度を示す添加量が異なるため
に、安定化ジルコニアの好ましい組成は、安定化剤の種
類によって異なる。例えば、CaOを安定化剤とする場
合には8〜15モル%の添加量で安定化ジルコニアのイ
オン輸率が最大になり、Y2 3 を安定化剤とする場合
には4〜10モル%の添加量で安定化ジルコニアのイオ
ン輸率が最大になるので、これらの組成の場合が固体電
解質として好ましいが、CaOを安定化剤とする場合に
は6モル%程度添加量、Y2 3 を安定化剤とする場合
には2モル%程度の添加量まで許容できる。
The method of the present invention is applied as a method for secretly bonding various objects to a solid electrolyte made of a ceramic material. Examples of the solid electrolyte include oxygen ions, hydrogen ions, Li ions, and Na ions.
Those made of various known ceramic materials using ions, Ag ions or the like as a conductive carrier can be used. The method of the present invention is a highly useful method in that, when a solid electrolyte having oxygen ion conductivity is used among these solid electrolytes, oxidation of a metal material at a bonding portion can be prevented. Such solid electrolytes having oxygen ion conductivity include ZrO 2 , HfO 2 , CeO 2 and ThO.
Examples of the oxide selected from 2 include a ceramic material composed of an oxide having a fluorite-type crystal structure in which at least one divalent or trivalent metal oxide is dissolved. Among them, in particular, stabilized zirconia in which at least one of CaO, Y 2 O 3 and a rare earth oxide is blended with ZrO 2 as a stabilizer is widely used as an oxygen ion conductive solid electrolyte, It is useful as an object of the method of the present invention. In such stabilized zirconia, the ratio of ion conduction depends on the vacancy concentration of oxygen ions. However, since the amount of addition indicating the maximum vacancy concentration varies depending on the type of the stabilizer, the preferred composition of the stabilized zirconia is Depends on the type of stabilizer. For example, when CaO is used as the stabilizer, the ion transport number of the stabilized zirconia is maximized with an addition amount of 8 to 15 mol%, and when Y 2 O 3 is used as the stabilizer, 4 to 10 mol% is used. %, The ion transport number of the stabilized zirconia is maximized. Therefore, these compositions are preferable as a solid electrolyte. However, when CaO is used as a stabilizer, about 6 mol% of Y 2 O is added. When 3 is used as a stabilizer, it can be added up to about 2 mol%.

【0013】また、その他のイオンを伝導キャリアとす
るセラミックス材料からなる固体電解質としては、HU
2 PO4 ・4H2 O(水素イオン伝導体)、SrCe
0.95Yb0.053 (水素イオン伝導体)、LiI−Al
2 3 (Liイオン伝導体)、Na2 O・11Al2
3 (β−アルミナ、Naイオン伝導体)、Na3 Zr2
Si2 PO12(ナシコン、Naイオン伝導体)、AgI
(Agイオン伝導体)、RbAg4 5 (Agイオン伝
導体)などがあり、本発明においては、これらの固体電
解質をいずれも用いることができる。
Other solid electrolytes made of ceramic materials using ions as conduction carriers include HU.
O 2 PO 4 · 4H 2 O ( hydrogen ion conductor), SrCe
0.95 Yb 0.05 O 3 (hydrogen ion conductor), LiI-Al
2 O 3 (Li ion conductor), Na 2 O · 11Al 2 O
3 (β-alumina, Na ion conductor), Na 3 Zr 2
Si 2 PO 12 (Nasicon, Na ion conductor), AgI
(Ag ion conductor) and RbAg 4 I 5 (Ag ion conductor). In the present invention, any of these solid electrolytes can be used.

【0014】本発明の対象とする被接合物は特に限定は
なく、用途に応じて、各種の金属材料や後述するような
絶縁性耐熱セラミックス等を用いることができる。ま
た、被接合物として固体電解質を用いることもでき、こ
の場合には、被接合物である固体電解質にも後述する方
法に従って混合セラミックス層及び絶縁性耐熱セラミッ
クス層を形成し、固体電解質上の絶縁性耐熱セラミック
ス層同士を接合することによって、固体電解質同士の接
合方法とすることもできる。
The object to be joined according to the present invention is not particularly limited, and various metal materials and insulating heat-resistant ceramics as described later can be used according to the application. In addition, a solid electrolyte can be used as an object to be joined. In this case, a mixed ceramic layer and an insulating heat-resistant ceramic layer are also formed on the solid electrolyte as an object to be joined according to a method described later, and an insulating material on the solid electrolyte is formed. By joining the heat-resistant ceramic layers to each other, a method for joining the solid electrolytes can also be used.

【0015】本発明方法では、まず、固体電解質の接合
部に、該固体電解質用原料と絶縁性耐熱セラミックス用
原料とを混合して得た混合セラミックス層を介して絶縁
性耐熱セラミックス層を形成する。絶縁性耐熱セラミッ
クス層を形成する材料としては、2価以上の高原子価を
有する遷移元素以外の元素の酸化物を使用できる。この
様な絶縁性耐熱セラミックスの具体例としては、Al2
3 、MgO、SiO2 、ZrO2 等の酸化物のセラミ
ックス、これらの酸化物の2成分系であるMgO・Al
2 3 (スピネル)、MgO・SiO2 (ステアタイ
ト)、2MgO・SiO2 (フォルステライト)、Zr
2 ・SiO2 (ジルコン)等のセラミックス等を挙げ
ることができる。絶縁性耐熱セラミックス層では、これ
らの酸化物成分の含有量はできるだけ多いことが好まし
いが、60体積%程度以上、好ましくは70体積%程度
以上の含有量とすれば、高温で使用した場合において
も、伝導キャリアの通過を有効に防止できる。本発明で
は、絶縁性耐熱セラミックス用原料に固体電解質用原料
を混合して得た混合セラミックス層についても、絶縁性
耐熱セラミックス用原料としての上記酸化物成分が60
体積%程度以上、好ましくは70体積%程度以上含まれ
ていれば、絶縁性耐熱セラミックス層として機能するこ
とができる。
In the method of the present invention, first, an insulating heat-resistant ceramic layer is formed at a joint portion of a solid electrolyte via a mixed ceramic layer obtained by mixing the solid electrolyte material and the insulating heat-resistant ceramic material. . As a material for forming the insulating heat-resistant ceramic layer, an oxide of an element other than a transition element having a high valency of 2 or more can be used. Specific examples of such insulating heat-resistant ceramics include Al 2
Ceramics of oxides such as O 3 , MgO, SiO 2 and ZrO 2 , and MgO · Al which is a two-component system of these oxides
2 O 3 (spinel), MgO · SiO 2 (steatite), 2MgO · SiO 2 (forsterite), Zr
Ceramics such as O 2 · SiO 2 (zircon) can be used. In the insulating heat-resistant ceramic layer, the content of these oxide components is preferably as large as possible, but if the content is about 60% by volume or more, preferably about 70% by volume or more, even when used at a high temperature, In addition, the passage of conduction carriers can be effectively prevented. In the present invention, the mixed ceramic layer obtained by mixing the raw material for the insulating heat-resistant ceramic with the raw material for the solid electrolyte also contains 60% of the oxide component as the raw material for the insulating heat-resistant ceramic.
When the content is at least about volume%, preferably at least about 70 volume%, it can function as an insulating heat-resistant ceramic layer.

【0016】本発明では、固体電解質と絶縁性耐熱セラ
ミックス層との間に、該固体電解質用原料と該絶縁性耐
熱セラミックス用原料とを混合して得た混合セラミック
ス層を形成するが、この混合セラミックス層の存在によ
って、加熱、冷却等によって、接合体に熱応力が加わる
場合にも、熱応力を緩和することができる。特に、固体
電解質と絶縁性耐熱セラミックス層との接合体におい
て、両材料の熱膨脹係数や焼成収縮率に大きな差がある
場合には、加熱、冷却時や焼成時に、引張り応力がかか
り、脆性のために固体電解質や絶縁性耐熱セラミックス
に割れが発生しやすいが、混合セラミックス層の存在に
よって、熱応力を大幅に緩和して、材料の割れを防止す
ることができる。
In the present invention, a mixed ceramic layer obtained by mixing the raw material for the solid electrolyte and the raw material for the insulating heat-resistant ceramic is formed between the solid electrolyte and the insulating heat-resistant ceramic layer. Due to the presence of the ceramic layer, even when thermal stress is applied to the joined body by heating, cooling, or the like, the thermal stress can be reduced. In particular, when there is a large difference between the thermal expansion coefficient and the firing shrinkage ratio of the two materials in the joined body of the solid electrolyte and the insulating heat-resistant ceramic layer, a tensile stress is applied during heating, cooling or firing, resulting in brittleness. Cracks are likely to occur in the solid electrolyte and insulating heat-resistant ceramics, but the presence of the mixed ceramics layer can significantly reduce thermal stress and prevent cracking of the material.

【0017】該混合セラミックス層は、通常1〜20層
程度形成すればよいが、熱応力緩和の信頼性及び作業の
手間を考慮すると、3〜10層程度形成することが好ま
しい。該混合セラミックス層を2層以上形成する場合に
は、絶縁性耐熱セラミックス層に近い部分の混合セラミ
ックス層ほど絶縁性耐熱セラミックス用の原料成分の量
を多くし、固体電解質に近い部分の混合セラミックス層
ほど固体電解質用の原料成分の量を多くして、いわゆる
傾斜組成を有するものとし、固体電解質から絶縁性耐熱
セラミックスにかけて熱膨脹係数や焼成収縮率がほぼ均
等に変化するようにすることが好ましい。この様に熱膨
脹係数や焼成収縮率がほぼ均等に変化するように複数の
混合セラミックス層を形成することによって、熱応力を
大幅に緩和して、セラミックスの割れをより有効に防止
できる。
The mixed ceramics layer may be usually formed in about 1 to 20 layers, but it is preferable to form about 3 to 10 layers in consideration of the reliability of relaxation of thermal stress and the labor of work. When two or more mixed ceramic layers are formed, the amount of the raw material component for the insulating heat-resistant ceramic is increased in the portion closer to the insulating heat-resistant ceramic layer, and the mixed ceramic layer in the portion closer to the solid electrolyte is increased. It is preferable to increase the amount of the raw material component for the solid electrolyte so as to have a so-called gradient composition, so that the coefficient of thermal expansion and the firing shrinkage change almost uniformly from the solid electrolyte to the insulating heat-resistant ceramic. By forming a plurality of mixed ceramic layers so that the thermal expansion coefficient and the firing shrinkage change almost uniformly in this manner, thermal stress is greatly reduced, and cracking of the ceramics can be more effectively prevented.

【0018】本発明において、固体電解質の接合部に、
混合セラミックス層を介して絶縁性耐熱セラミックス層
を形成する方法としては、特に限定はなく、公知の各種
のセラミックス層の形成方法を採用できるが、特に、い
わゆる粉末積層法によって、粉末原料を積層し焼成する
方法は、装置が簡易であり、特に高価な装置が不要なた
め、低コストで製品を得ることができる点で有利であ
る。
In the present invention, at the junction of the solid electrolyte,
The method for forming the insulating heat-resistant ceramic layer via the mixed ceramic layer is not particularly limited, and various known methods for forming a ceramic layer can be adopted. The firing method is advantageous in that a simple apparatus is used, and in particular, an expensive apparatus is not required, so that a product can be obtained at low cost.

【0019】粉末積層法によって、固体電解質に、混合
セラミックス層及び絶縁性耐熱セラミックス層を形成す
る方法としては、例えば、下記の方法を示すことができ
る。即ち、固体電解質を構成する原料微粉末と絶縁性耐
熱セラミックスを構成する原料微粉末について、それぞ
れ粉末粒径、成形用顆粒粒径がほぼ同一となるように原
料を湿式粉砕し、スプレードライヤーで整粒する。混合
セラミックス層の原料については、固体電解質用原料粉
末と絶縁性耐熱セラミックス用原料粉末のそれぞれの湿
式粉砕したスラリーを所定の配合比になるよう混合した
後、同様にスプレードライヤーで固体電解質用の原料粉
末及び絶縁性耐熱セラミックス用の原料粉末とほぼ同一
の粒度に整粒する。粉砕粒度は0.2〜2μm程度とす
ることが望ましく、顆粒粒径は30〜150μm程度と
することが望ましい。
As a method for forming the mixed ceramics layer and the insulating heat-resistant ceramics layer on the solid electrolyte by the powder lamination method, for example, the following method can be shown. That is, for the raw material powder constituting the solid electrolyte and the raw material powder constituting the insulating heat-resistant ceramic, the raw materials are wet-pulverized so that the powder particle diameter and the forming granule particle diameter are substantially the same, and are adjusted by a spray dryer. Granulate. Regarding the raw materials for the mixed ceramic layer, the respective wet-milled slurries of the raw material powder for the solid electrolyte and the raw material powder for the insulating heat-resistant ceramic are mixed at a predetermined mixing ratio, and then the raw materials for the solid electrolyte are similarly spray-dried. The powder and the raw material powder for insulating heat-resistant ceramics are sized to have substantially the same particle size. The pulverized particle size is desirably about 0.2 to 2 μm, and the granule particle diameter is desirably about 30 to 150 μm.

【0020】次いで、上記した各成形用顆粒を用いて、
固体電解質成形用顆粒の充填体と絶縁性耐熱セラミック
ス成形用顆粒の充填体の間に、所定の層数の混合セラミ
ックス層成形用顆粒をはさんでセラミックス成形の常法
により一体成形する。成形圧力は、通常、500〜20
00kgf/cm2 程度とすることが好ましい。成形法
としては、CIP法、メカプレス法、鋳込み法、HP法
などの各種の方法を採用できる。この場合、それぞれの
成形体の相対密度がほぼ同一となるようにバインダーな
どの成形助剤を適宜選択する。また、各層の原料の焼結
がほぼ同じ速度で進行するように焼結助剤を選ぶことが
望ましい。例えば、固体電解質として安定化ジルコニア
を用いる場合には、Al2 3 、SiO2 、安定化剤等
の量を変えることによって焼結速度を調整でき、絶縁性
耐熱セラミックスとしてAl2 3 を用いる場合には、
MgO、CaO、SiO2 等を微量添加することによっ
て焼結速度を調整できる。
Next, using each of the molding granules described above,
A predetermined number of granules for forming a mixed ceramics layer are sandwiched between a packing of granules for forming a solid electrolyte and a packing for granules for forming an insulating heat-resistant ceramic, and are integrally formed by a conventional method of forming a ceramic. The molding pressure is usually 500 to 20
It is preferable to be about 00 kgf / cm 2 . As a molding method, various methods such as a CIP method, a mechanical press method, a casting method, and an HP method can be adopted. In this case, a molding aid such as a binder is appropriately selected so that the relative densities of the respective molded bodies are substantially the same. It is also desirable to select a sintering aid so that the sintering of the raw materials of each layer proceeds at approximately the same rate. For example, when using stabilized zirconia as a solid electrolyte, the sintering speed can be adjusted by changing the amount of Al 2 O 3 , SiO 2 , a stabilizer, and the like, and Al 2 O 3 is used as an insulating heat-resistant ceramic. in case of,
The sintering speed can be adjusted by adding a small amount of MgO, CaO, SiO 2 or the like.

【0021】次いで、固体電解質、混合セラミックス層
及び絶縁性耐熱セラミックス層の全てが相対密度95%
程度以上に焼結する温度で焼成する。この際各層の間で
焼結速度に差異がある温度域では他に比し昇温速度を遅
くすることが好ましい。このようにして、固体電解質の
接合部に、混合セラミックス層を介して絶縁性耐熱セラ
ミックス層を形成した構造体を得ることができる。
Next, the solid electrolyte, the mixed ceramic layer and the insulating heat-resistant ceramic layer all have a relative density of 95%.
It is fired at a temperature that sinters to a degree or higher. In this case, it is preferable to lower the heating rate in the temperature range where the sintering rate is different between the layers. In this way, it is possible to obtain a structure in which the insulating heat-resistant ceramic layer is formed at the joint of the solid electrolyte via the mixed ceramic layer.

【0022】この様な粉末積層法によって得られる構造
体において、絶縁性耐熱セラミックス層の厚さは0.1
〜50mm程度とすればよく、0.5〜20mm程度と
することが好ましい。また、混合セラミックス層につい
ては、熱応力を極力小さくするためには厚い方がよい
が、通常、一層の厚さは0.1〜50mm程度とすれば
よく、0.5〜20mm程度とすることが好ましい。ま
た、混合セラミックス層を二層以上形成する場合には、
混合セラミックス層全体の厚さは1〜80mm程度とす
ることが好ましい。
In the structure obtained by such a powder lamination method, the thickness of the insulating heat-resistant ceramic layer is 0.1%.
The thickness may be about 50 mm, preferably about 0.5 to 20 mm. In addition, the mixed ceramic layer is preferably thick to minimize the thermal stress, but usually, the thickness of one layer may be about 0.1 to 50 mm, and about 0.5 to 20 mm. Is preferred. When two or more mixed ceramic layers are formed,
The thickness of the entire mixed ceramics layer is preferably about 1 to 80 mm.

【0023】また、混合セラミックス層及び絶縁性耐熱
セラミックス層は、予め形成した固体電解質の接合部
に、CVD法、溶射法などの方法によって形成してもよ
い。この場合には、CVD法、溶射法などの条件は、常
法に従えばよく、混合セラミックス層の一層の厚さは、
CVD法で10〜100μm程度、溶射法では0.1〜
1mm程度とすることが望ましい。また、絶縁性耐熱セ
ラミックス層の厚さは、CVD法で10〜100μm程
度、溶射法では0.1〜1mm程度とすることが好まし
く、混合セラミックス層と絶縁性耐熱セラミックス層の
合計厚さは、CVD法では0.1〜1mm程度、溶射法
では1〜5mm程度とすることが望ましい。
The mixed ceramics layer and the insulating heat-resistant ceramics layer may be formed at the joint of the solid electrolyte formed in advance by a method such as a CVD method or a thermal spraying method. In this case, the conditions such as the CVD method and the thermal spraying method may be in accordance with a conventional method.
About 10 to 100 μm by CVD, 0.1 to 100 μm by thermal spraying
It is desirable to set it to about 1 mm. The thickness of the insulating heat-resistant ceramic layer is preferably about 10 to 100 μm by the CVD method and about 0.1 to 1 mm by the thermal spraying method. The total thickness of the mixed ceramic layer and the insulating heat-resistant ceramic layer is as follows: It is desirable that the thickness be about 0.1 to 1 mm in the CVD method and about 1 to 5 mm in the thermal spraying method.

【0024】本発明では、この様にして絶縁性耐熱セラ
ミックス層を形成した固体電解質を用いて、該絶縁性耐
熱セラミックス層に被接合物を接合する。接合方法とし
ては、従来公知の各種のいわゆる気密接合方法を適用で
き、具体的な接合方法に応じて、ろう材、ペースト、金
属箔等の接合用材料を適宜選択し、常法に従って加熱接
合すればよい。この様な接合方法を具体的に説明すれば
下記の通りであり、それぞれの方法における具体的な条
件は、常法に従って適宜決定すればよい。
In the present invention, an object to be joined is joined to the insulating heat-resistant ceramic layer using the solid electrolyte on which the insulating heat-resistant ceramic layer is formed. As the joining method, various known so-called hermetic joining methods can be applied. According to the specific joining method, a joining material such as a brazing material, a paste, or a metal foil is appropriately selected, and heat joining is performed according to a conventional method. I just need. The following is a detailed description of such a bonding method. Specific conditions in each method may be appropriately determined according to a conventional method.

【0025】(1)金属ソルダー法:Ti−Ni、Zr
−Ni、Be−Ni、TiH2 −Ni及びZrH2 −N
i系などの金属又は金属水素化物を含有するろう材を絶
縁性耐熱セラミックス層と被接合物の間に挾み、真空中
又は不活性ガス中でろう材の融点より少し高い温度まで
上げ、5〜10分程度加熱処理して、両材料を一度に接
合する。
(1) Metal soldering method: Ti-Ni, Zr
-Ni, Be-Ni, TiH 2 -Ni and ZrH 2 -N
A brazing material containing a metal or metal hydride such as i-type is sandwiched between the insulating heat-resistant ceramic layer and the article to be joined, and the temperature is raised to a temperature slightly higher than the melting point of the brazing material in a vacuum or an inert gas. Heat treatment is performed for about 10 minutes to join both materials at once.

【0026】(2)高融点金属法:Mo、Mo−Mn、
W、W−Mnなどの微粉末に有機バインダーを混合して
ペースト状にしたものを絶縁性耐熱セラミックス層表面
に塗布し、加湿水素又は加湿フォーミングガス(H2
2 )中において1300〜1700℃に加熱し、Mo
又はWの金属皮膜を形成した後、Niメッキを施し、2
8%Cu−72%Ag、25%Ni−75%Cuなどの
ろう材を使用して被接合物とろう付けする。この際、被
接合物がセラミックス材料である場合には、被接合物の
接合部にも上記した方法と同様にして、ろう付の前にM
o又はWの金属皮膜を形成した後Niメッキ皮膜を形成
しておく。
(2) Refractory metal method: Mo, Mo-Mn,
A paste obtained by mixing an organic binder with fine powder of W, W-Mn or the like is applied to the surface of the insulating heat-resistant ceramic layer, and humidified hydrogen or humidified forming gas (H 2 /
Heated to 1300-1700 ° C. in N 2 )
Alternatively, after forming a metal film of W, Ni plating is performed and 2
A brazing material such as 8% Cu-72% Ag and 25% Ni-75% Cu is used to braze the workpiece. At this time, when the object to be joined is a ceramic material, the joint portion of the object to be joined may be subjected to M
After forming a metal film of o or W, a Ni plating film is formed in advance.

【0027】(3)金属−酸化物混合ソルダー法:A
g、Au、Ag−Cu、Pt、Pt合金などの微粉末に
PbO、Bi2 3 及びSiO2 などを主成分とする低
融ガラスの微粉末を1%程度添加し、これに有機バイン
ダーを混合してペースト状にしたものを、絶縁性耐熱セ
ラミックス層と被接合物の界面に塗布し、酸化雰囲気中
で450〜900℃で加熱処理することにより一度に接
合を行う。または、該方法で絶縁性耐熱セラミックス層
表面に金属皮膜を形成した後、Niメッキを施すか、又
はそのままろう材を使用して被接合物とろう付けする。
ろう材を用いて接合する方法では、被接合物がセラミッ
クス材料である場合には、被接合物の接合部にも絶縁性
耐熱セラミックス層と同様に金属皮膜を形成し、必要に
応じてその後Niメッキ皮膜を形成しておく。
(3) Metal-oxide mixed solder method: A
g, Au, Ag-Cu, Pt, PbO to a fine powder such as Pt alloy, adding about 1% of fine powder of low-melting glass mainly containing such Bi 2 O 3 and SiO 2, it to organic binder The paste obtained by mixing is applied to the interface between the insulating heat-resistant ceramic layer and the object to be joined, and is heated at 450 to 900 ° C. in an oxidizing atmosphere to perform joining at one time. Alternatively, after a metal film is formed on the surface of the insulating heat-resistant ceramic layer by this method, Ni plating is performed, or the brazing material is brazed to the workpiece using a brazing material as it is.
In the joining method using a brazing material, when the object to be joined is a ceramic material, a metal film is formed also on the joint portion of the object to be joined in the same manner as the insulating heat-resistant ceramic layer, and then Ni A plating film is formed in advance.

【0028】(4)圧着法:絶縁性耐熱セラミックス層
と被接合物との間にAu、Ag、Pd、Ptなどの箔を
挾み、1kgf/cm2 程度の圧力で圧着しながら酸化
雰囲気中、800〜1200℃で10〜20時間程度加
熱し、金属箔の融点以下の温度で一度に接合する。
(4) Crimping method: A foil of Au, Ag, Pd, Pt or the like is sandwiched between the insulating heat-resistant ceramic layer and the object to be bonded, and is pressed in an oxidizing atmosphere at a pressure of about 1 kgf / cm 2. , 800 to 1200 ° C. for about 10 to 20 hours, and bonding at a time at a temperature equal to or lower than the melting point of the metal foil.

【0029】尚、被接合物として固体電解質を用いる場
合、即ち、固体電解質同士を接合する場合には、両方の
固体電解質に前述した方法で混合セラミックス層及び絶
縁性耐熱セラミックス層を形成し、この絶縁性耐熱セラ
ミックス層同士を上記した各種の接合方法で接合すれば
よい。
When a solid electrolyte is used as an object to be joined, that is, when solid electrolytes are joined together, a mixed ceramic layer and an insulating heat-resistant ceramic layer are formed on both solid electrolytes by the method described above. What is necessary is just to join the insulating heat-resistant ceramic layers by the various joining methods mentioned above.

【0030】以上の方法によって得られる接合体では、
絶縁性耐熱セラミックス層は、酸素イオン等の各種のイ
オンを通す性質がないため、固体電解質中を移動する酸
素イオン等の各種伝導イオンが金属との接触面まで到達
するのを妨げて、金属の劣化を防ぐ働きをする。
In the joined body obtained by the above method,
Since the insulating heat-resistant ceramic layer does not have the property of passing various ions such as oxygen ions, it prevents various conductive ions such as oxygen ions traveling in the solid electrolyte from reaching the contact surface with the metal, and the It works to prevent deterioration.

【0031】また、固体電解質と絶縁性耐熱セラミック
ス層の間に、固体電解質用原料と絶縁性耐熱セラミック
ス用原料を混合して得た混合セラミックス層を形成する
ことによって、焼成時の収縮率や熱膨張率が緩やかに変
化することとなり、固体電解質と絶縁性耐熱セラミック
ス層との間での焼成時の収縮率や熱膨張率の相違に基づ
いて発生する熱応力を大幅に緩和することができ、焼成
時や加熱、冷却時に生じることのある固体電解質や耐熱
セラミックスの割れを防止することができる。
Further, by forming a mixed ceramic layer obtained by mixing a raw material for a solid electrolyte and a raw material for an insulating heat-resistant ceramic between the solid electrolyte and the insulating heat-resistant ceramic layer, the shrinkage ratio during firing and the heat resistance can be reduced. The expansion coefficient will gradually change, and the thermal stress generated based on the difference in the contraction rate and the thermal expansion coefficient during firing between the solid electrolyte and the insulating heat-resistant ceramic layer can be significantly reduced, It is possible to prevent cracking of the solid electrolyte or heat-resistant ceramic which may occur during firing, heating, or cooling.

【0032】本発明の接合方法の一つの態様として、固
体電解質がZrO2 を主成分とするセラミックスであ
り、絶縁性耐熱セラミックスがAl2 3 を主成分とす
るセラミックスである場合の接合方法の一例について説
明する。
One embodiment of the bonding method of the present invention is a bonding method in which the solid electrolyte is a ceramic mainly composed of ZrO 2 and the insulating heat-resistant ceramic is a ceramic mainly composed of Al 2 O 3 . An example will be described.

【0033】まず、一端がZrO2 を主成分とするセラ
ミックスであり、他端がAl2 3を主成分とするセラ
ミックスであって、かつ一端側から他端にかけてZrO
2 濃度が順次減少するにつれてAl2 3 濃度が順次増
加するZrO2 −Al2 3の傾斜組成になったセラミ
ックスを一体で焼結して製作する。そして、この様にし
て得られた焼結体のAl2 3 を主成分とするセラミッ
クスの側に、各種の被接合物を上記した各種の方法で接
合すればよい。この様な方法で一体焼結して得られる焼
結体では、Al2 3 は酸素イオンを通す性質がないの
で、ZrO2 中を移動する酸素イオンが接合面まで到達
するのを防ぐ役割をなす。また、ZrO2 とAl2 3
を濃度を順次変化して傾斜組成にしているのは、ZrO
2 とAl2 3 では、焼結時の収縮や熱膨脹率が異なる
ので、これらに急激な変化を与えると発生する熱応力で
セラミックスが割れるのを防止するためである。即ち、
焼結時や高温に加熱時に、収縮率や熱膨脹率がゆるやか
に変化して発生する熱応力を緩和するためである。
First, one end is made of a ceramic mainly composed of ZrO 2 , the other end is made of a ceramic mainly composed of Al 2 O 3 , and ZrO 2 extends from one end to the other end.
2 A ceramic having a gradient composition of ZrO 2 -Al 2 O 3 , in which the Al 2 O 3 concentration increases gradually as the concentration decreases sequentially, is manufactured by integrally sintering. Then, various objects to be bonded may be bonded to the ceramics containing Al 2 O 3 as a main component of the thus obtained sintered body by the various methods described above. In a sintered body obtained by integrally sintering in this manner, Al 2 O 3 does not have a property of passing oxygen ions, and therefore has a role of preventing oxygen ions traveling in ZrO 2 from reaching the bonding surface. Eggplant ZrO 2 and Al 2 O 3
Is changed to a gradient composition by sequentially changing the concentration.
2 and Al 2 O 3 are different in shrinkage and thermal expansion coefficient during sintering, so that if they are suddenly changed, it is to prevent ceramics from being cracked by thermal stress generated. That is,
This is because, during sintering or heating to a high temperature, the thermal stress generated due to a gradual change in the shrinkage or thermal expansion coefficient is reduced.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明のセラミックス材料からなる固体
電解質の接合方法によれば、固体電解質と金属又は絶縁
性耐熱セラミックスとの接合体、固体電解質同士の接合
体等の各種の接合体を高温で長時間使用する場合にも、
接合強度の劣化が非常に少ない信頼性に優れた接合体を
得ることができる。
According to the method for bonding a solid electrolyte made of a ceramic material of the present invention, various types of bonded bodies such as a bonded body of a solid electrolyte and a metal or an insulating heat-resistant ceramic, a bonded body of solid electrolytes, etc. Even if you use it for a long time,
It is possible to obtain a highly reliable bonded body with very little deterioration in bonding strength.

【0035】この様な本発明の接合方法は、トリチウム
精製用電解セル、水素製造用電解セル、固体電解質型酸
素濃度測定用センサ、固体電池などに用いる固体電解質
と被接合物の接合方法として特に有用である。
The joining method of the present invention is particularly useful for joining a solid electrolyte and an object to be joined to an electrolytic cell for purifying tritium, an electrolytic cell for producing hydrogen, a sensor for measuring the oxygen concentration of a solid electrolyte, and a solid battery. Useful.

【0036】[0036]

【実施例】以下に、実施例及び比較例を示して、本発明
の特徴とするところを更に明確にする。
EXAMPLES Hereinafter, the features of the present invention will be further clarified by showing Examples and Comparative Examples.

【0037】実施例1 以下、図1に基づいて、本発明の実施例を説明する。Embodiment 1 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0038】図1は、固体電解質と絶縁性耐熱セラミッ
クスの間に傾斜組成を有する複数の混合セラミックス層
形成し、これに金属を接合した状態を表わす説明図であ
る。図1において、セラミックスの一端は、8モル%の
イットリア(Y2 3 )を含む安定化ZrO2 (YS
Z)からなる固体電解質1であり、反対側の他端は純度
が99%以上のAl2 3 からなる絶縁性耐熱セラミッ
クス2である。前記固体電解質1と絶縁性耐熱セラミッ
クス2の間は、YSZとAl2 3 の複合化された混合
セラミックス3になっており、全体としてYSZ−Al
2 3 の傾斜組成材4になっている。このような材料の
絶縁性耐熱セラミックス2側に、Tiを2%含むAgろ
う6を用いて金属5を真空ろう付した。
FIG. 1 is an explanatory view showing a state in which a plurality of mixed ceramic layers having a gradient composition are formed between a solid electrolyte and an insulating heat-resistant ceramic, and a metal is bonded to the mixed ceramic layers. In FIG. 1, one end of the ceramic has a stabilized ZrO 2 (YS) containing 8 mol% of yttria (Y 2 O 3 ).
Z), and the other end on the opposite side is an insulating heat-resistant ceramic 2 made of Al 2 O 3 having a purity of 99% or more. Between the solid electrolyte 1 and the insulating heat-resistant ceramics 2 is a mixed ceramics 3 in which YSZ and Al 2 O 3 are compounded.
This is a gradient composition material 4 of 2 O 3 . The metal 5 was vacuum-brazed on the insulating heat-resistant ceramic 2 side of such a material using an Ag braze 6 containing 2% of Ti.

【0039】図2は、傾斜組成材4の詳細な組成分布を
示す説明図である。前記YSZからなる固体電解質1の
長さは、14mm(L1 )であり、これに次いで順番に
12.5体積%Al2 3 /87.5体積%YSZの組
成比の混合セラミックス7が7.5mm(L2 )、25
体積%Al2 3 /75体積%YSZの組成比の混合セ
ラミックス8が14mm、37.5体積%Al2 3
62.5体積%YSZの組成比の混合セラミックス9が
7.5mm、50体積%Al2 3 /50体積%YSZ
の組成比の混合セラミックス10が14mm、65体積
%Al2 3 /35体積%YSZの組成比の混合セラミ
ックス11が7.5mm、80体積%Al2 3 /20
体積%YSZの組成比の混合セラミックス12が14m
m、90体積%Al2 3 /10体積%YSZの組成比
の混合セラミックス13が7.5mmあり、もう一方の
端のAl2 3 からなる絶縁性耐熱セラミックス2が1
4mmの長さとなっており、全長(L)は100mmで
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a detailed composition distribution of the gradient composition material 4. The length of the solid electrolyte 1 made of YSZ is 14 mm (L 1 ), followed by 7 mixed ceramics 7 having a composition ratio of 12.5 vol% Al 2 O 3 /87.5 vol% YSZ. 0.5 mm (L 2 ), 25
Vol% Al 2 O 3/75 vol% YSZ mixed ceramics 8 is 14mm composition ratio of 37.5 vol% Al 2 O 3 /
7.5 mm mixed ceramics 9 having a composition ratio of 62.5% by volume YSZ, 50% by volume Al 2 O 3 /50% by volume YSZ
Mixing ceramic 10 is 14mm in composition ratio, 65 vol% Al 2 O 3/35 vol% YSZ mixed ceramic 11 composition ratios of 7.5 mm, 80 vol% Al 2 O 3/20
14 m of mixed ceramics 12 having a composition ratio of volume% YSZ
m, 90% by volume of Al 2 O 3/10% by volume mixed ceramic 13 of the composition ratio of YSZ is located 7.5 mm, an insulating heat-resistant ceramic 2 of Al 2 O 3 at the other end is 1
The length is 4 mm, and the total length (L) is 100 mm.

【0040】全体の形状は、円筒で、外径(L4 )が2
4mmφ、内径(L3 )が18mmφで長さは100m
mである。この傾斜組成材4はゴム型の中にそれぞれの
組成の粉末を順次積層し、冷間で静水圧プレスを加えた
後、大気中で焼結して製作した。
The overall shape is a cylinder having an outer diameter (L 4 ) of 2
4mmφ, inner diameter (L 3 ) is 18mmφ, length is 100m
m. The gradient composition material 4 was manufactured by sequentially laminating powders of each composition in a rubber mold, applying a hydrostatic pressure press in a cold state, and then sintering in the air.

【0041】図3は、図1に示す接合体(本発明)と、
従来法であるYSZを2%のTiを含むAgろうで金属
とろう付した接合体を、大気中で400℃に加熱し、接
合強度の変化を測定した結果を示すグラフである。図3
によれば、従来法では、接合直後の強度が5kg/mm
2 であったものが、大気中400℃で200時間加熱後
には手で剥離する状態、即ち、接合強度が0に近い値で
あった。
FIG. 3 shows the joint (the present invention) shown in FIG.
It is a graph which shows the result of having measured the joint strength which heated the joined body which brazed the metal with YSZ which is the conventional method with Ag braze containing 2% Ti to 400 degreeC in air, and measured it. FIG.
According to the conventional method, the strength immediately after joining is 5 kg / mm.
The sample having a value of 2 was peeled by hand after heating at 400 ° C. in the air for 200 hours, that is, the bonding strength was close to zero.

【0042】これに対し、本発明の傾斜組成材を用いた
場合には、接合直後の強度が20kg/mm2 であり、
大気中で400℃で200時間、500時間加熱後も接
合強度は変わらず、20kg/mm2 であった。このこ
とから、本発明の接合方法によれば、傾斜組成材4に含
まれるAl2 3 からなる絶縁性耐熱セラミックス層が
酸素イオンの接合面への移動を防止する役割をなし、接
合体を高温で長時間使用した場合でも接合面が酸化して
剥離することがないことが証明された。
On the other hand, when the gradient composition material of the present invention was used, the strength immediately after joining was 20 kg / mm 2 ,
After heating at 400 ° C. in the air for 200 hours and 500 hours, the bonding strength was unchanged, and was 20 kg / mm 2 . From this, according to the bonding method of the present invention, the insulating heat-resistant ceramic layer made of Al 2 O 3 contained in the gradient composition material 4 serves to prevent the transfer of oxygen ions to the bonding surface, and the bonded body is formed. It has been proved that even when used at a high temperature for a long time, the bonding surface is not oxidized and peeled off.

【0043】なお、接合直後の接合強度が本発明では従
来法に比べて高いのは、破断が生じる接合界面近くのセ
ラミックスの材質が従来法では強度が低いYSZである
のに対して、本発明では強度が高いAl2 3 になって
いるためで、この点からも接合体としての信頼性の向上
に寄与している。
The reason why the bonding strength immediately after bonding is higher in the present invention than in the conventional method is that the ceramic material near the bonding interface where breakage occurs is YSZ, which has a lower strength in the conventional method, whereas In this case, the strength of Al 2 O 3 is high, and this also contributes to the improvement of the reliability as a joined body.

【0044】実施例2 8モル%Y2 3 を含む安定化ジルコニア原料粉末(組
成:ZrO2 85.7重量%、Y2 3 13.7重量
%、Al2 3 0.5重量%及びSiO2 0.1重量
%)を、ボールミルにて湿式で混合粉砕して、平均粒径
0.7μmの固体電解質形成用スラリーとした。また、
Al2 3 99.8重量%、SiO2 0.06重量%、
MgO0.05重量%及びCaO0.03重量%からな
るアルミナ原料粉末をボールミルにて湿式で混合粉砕し
て平均粒径0.7μmの絶縁性耐熱セラミックス形成用
スラリーとした。この二種類のスラリーを、Al2 3
/安定化ジルコニア(体積比)=10/90(混合セラ
ミックス層a用原料)、Al23 /安定化ジルコニア
(体積比)=25/75(混合セラミックス層b用原
料)、Al2 3 /安定化ジルコニア(体積比)=35
/65(混合セラミックス層c用原料)、Al2 3
安定化ジルコニア(体積比)=50/50(混合セラミ
ックス層d用原料)、Al2 3 /安定化ジルコニア
(体積比)=65/35(混合セラミックス層e用原
料)、Al2 3 /安定化ジルコニア(体積比)=85
/15(混合セラミックス層f用原料)の各組成に相当
する配合比で混合して、混合セラミックス層用の原料ス
ラリーを6種類調製した。次に、これらの各スラリーに
成形助剤としてワックスエマルジョン3重量%を加えて
スプレードライヤーで整粒し、成形用顆粒を得た。これ
らの成形用顆粒の粒径は30〜150μmの範囲にあっ
た。このようにして得た各成形用顆粒を、順次ゴム型内
に積層充填した後、冷間で静水圧1000kgf/cm
2 で一体成形し、大気中1600℃で3時間焼成して焼
結体を作製した。得られた焼結体の側面図を図4に示
す。該焼結体は、外径24mmφ、内径18mmφ、長
さ70mmの8モル%Y2 3 を含む安定化ジルコニア
からなる固体電解質14の一端に外径24mmφ、内径
18mmφ、長さ2mmの混合セラミックス層15を六
層積層し、更にこれに、外径24mmφ、内径18mm
φ、長さ18mmのAl2 3 からなる絶縁性耐熱セラ
ミックス層16を積層した構造であり、全体として外径
24mmφ、内径18mmφ、長さ100mmの円筒形
状である。該混合セラミックス層は、固体電解質14に
接する部分が上記混合セラミックス層aの組成であり、
これに、混合セラミックス層b〜fを順次積層し、混合
セラミックス層fが絶縁性耐熱セラミックス層16と接
触した構造となっている。
[0044] Example stabilized zirconia raw material powder containing 2 8 mol% Y 2 O 3 (Composition: ZrO 2 85.7 wt%, Y 2 O 3 13.7 wt%, Al 2 O 3 0.5 wt% And 0.1% by weight of SiO 2 ) were wet-mixed and pulverized by a ball mill to obtain a slurry for forming a solid electrolyte having an average particle diameter of 0.7 μm. Also,
Al 2 O 3 99.8% by weight, SiO 2 0.06% by weight,
Alumina raw material powder composed of 0.05% by weight of MgO and 0.03% by weight of CaO was wet-mixed and pulverized by a ball mill to obtain a slurry for forming an insulating heat-resistant ceramic having an average particle diameter of 0.7 μm. These two types of slurries are mixed with Al 2 O 3
/ Stabilized zirconia (volume ratio) = 10/90 (raw material for mixed ceramics layer a), Al 2 O 3 / stabilized zirconia (volume ratio) = 25/75 (raw material for mixed ceramics layer b), Al 2 O 3 / Stabilized zirconia (volume ratio) = 35
/ 65 (raw material for mixed ceramics layer c), Al 2 O 3 /
Stabilized zirconia (volume ratio) = 50/50 (raw material for mixed ceramics layer d), Al 2 O 3 / stabilized zirconia (volume ratio) = 65/35 (raw material for mixed ceramics layer e), Al 2 O 3 / Stabilized zirconia (volume ratio) = 85
/ 15 (raw material for mixed ceramics layer f) were mixed at a mixing ratio corresponding to each composition to prepare six types of raw material slurries for the mixed ceramics layer. Next, 3% by weight of a wax emulsion was added as a molding aid to each of these slurries, and sieved with a spray dryer to obtain granules for molding. The particle size of these molding granules was in the range of 30-150 μm. Each of the thus obtained granules for molding is successively layered and filled in a rubber mold, and then cold and subjected to a hydrostatic pressure of 1000 kgf / cm.
2 and integrally fired at 1600 ° C. for 3 hours in the atmosphere to produce a sintered body. FIG. 4 shows a side view of the obtained sintered body. The sintered body is a mixed ceramic having an outer diameter of 24 mmφ, an inner diameter of 18 mmφ, and a length of 2 mm at one end of a solid electrolyte 14 made of stabilized zirconia containing 8 mol% Y 2 O 3 having an outer diameter of 24 mmφ, an inner diameter of 18 mmφ, and a length of 70 mm. Layer 15 is laminated in six layers, and further, an outer diameter of 24 mmφ and an inner diameter of 18 mm
It has a structure in which an insulating heat-resistant ceramic layer 16 made of Al 2 O 3 having a diameter of 18 mm and having a length of 18 mm is laminated. In the mixed ceramics layer, a portion in contact with the solid electrolyte 14 has the composition of the mixed ceramics layer a,
On this, the mixed ceramic layers b to f are sequentially laminated, and the mixed ceramic layer f is in contact with the insulating heat-resistant ceramic layer 16.

【0045】この様にして得られた焼結体の絶縁性耐熱
セラミックス層16の部分に、Tiを2%含むAgろう
を用いて、外径24mmφ、内径18mmφ、長さ50
mmのコバール合金を高温真空中でろう付けして、固体
電解質とコバール合金の接合体を得た。
The insulating heat-resistant ceramic layer 16 of the sintered body thus obtained was coated with an outer diameter of 24 mm, an inner diameter of 18 mm, and a length of 50 mm using an Ag braze containing 2% of Ti.
mm Kovar alloy was brazed in a high temperature vacuum to obtain a joined body of the solid electrolyte and the Kovar alloy.

【0046】この接合体の接合面における気密性の評価
は、Heリークディテクターを用いて円筒管内側から外
部へのHeリーク量を測定することにより行った。その
結果、接合直後の接合部の気密性は、Heリークディテ
クターの検出限界の1×10-9atm・cc/sec以
下を示し、大気中270℃で4000時間保持後も検出
限界の1×10-9atm・cc/sec以下を示し、気
密性が保たれていた。
The airtightness of the joint surface of the joined body was evaluated by measuring the amount of He leak from the inside of the cylindrical tube to the outside using a He leak detector. As a result, the airtightness of the joined portion immediately after the joining exhibited a detection limit of 1 × 10 −9 atm · cc / sec or less of the He leak detector, and the detection limit of 1 × 10 9 after holding at 270 ° C. in the air for 4000 hours. -9 atm · cc / sec or less, and airtightness was maintained.

【0047】実施例3 8モル%Y2 3 を含む安定化ジルコニア原料粉末(組
成:ZrO2 86.5重量%、Y2 3 13.4重量
%)をボールミルにて湿式で混合粉砕して、平均粒径
0.3μmの固体電解質形成用スラリーとした。また、
MgO・Al2 399.9重量%、SiO2 0.04
重量%及びFe2 3 0.03重量%からなるMgO・
Al2 3 原料粉末をボールミルにて湿式で混合粉砕し
て、平均粒径0.3μmの絶縁性耐熱セラミックス形成
用スラリーとした。この二種類のスラリーを、MgO・
Al2 3 /安定化ジルコニア(体積比)=10/90
(混合セラミックス層a用原料)、MgO・Al2 3
/安定化ジルコニア(体積比)=25/75(混合セラ
ミックス層b用原料)、MgO・Al2 3 /安定化ジ
ルコニア(体積比)=35/65(混合セラミックス層
c用原料)、MgO・Al2 3 /安定化ジルコニア
(体積比)=50/50(混合セラミックス層d用原
料)、MgO・Al2 3 /安定化ジルコニア(体積
比)=65/35(混合セラミックス層e用原料)、M
gO・Al2 3 /安定化ジルコニア(体積比)=85
/15(混合セラミックス層f用原料)の各組成に相当
する配合比で混合して、混合セラミックス層用の原料ス
ラリーを6種類調製した。次にこれらのスラリーに成形
助剤としてワックスエマルジョン3重量%を加えてスプ
レードライヤーで整粒し、成形用顆粒を得た。これらの
成形用顆粒の粒径は30〜150μmの範囲にあった。
このようにして得た各成形用顆粒を用いて、実施例2で
得た焼結体と同様の構造の焼結体を実施例2と同様の方
法で作製した。尚、この焼結体では、混合セラミックス
層は、固体電解質に接する部分が上記混合セラミックス
層aの組成であり、順次、混合セラミックス層b〜fを
積層し、混合セラミックス層fが絶縁性耐熱セラミック
ス層と接した構造となっている。
Example 3 A stabilized zirconia raw material powder containing 8 mol% of Y 2 O 3 (composition: 86.5% by weight of ZrO 2, 13.4% by weight of Y 2 O 3 ) was mixed and pulverized by a ball mill in a wet manner. Thus, a slurry for forming a solid electrolyte having an average particle diameter of 0.3 μm was obtained. Also,
MgO.Al 2 O 3 99.9% by weight, SiO 2 0.04
MgO.% By weight and 0.03% by weight of Fe 2 O 3
The Al 2 O 3 raw material powder was wet-mixed and pulverized by a ball mill to obtain a slurry for forming an insulating heat-resistant ceramic having an average particle diameter of 0.3 μm. These two types of slurries are mixed with MgO
Al 2 O 3 / stabilized zirconia (volume ratio) = 10/90
(Raw material for mixed ceramics layer a), MgO.Al 2 O 3
/ Stabilized zirconia (volume ratio) = 25/75 (raw material for mixed ceramics layer b), MgO.Al 2 O 3 / stabilized zirconia (volume ratio) = 35/65 (raw material for mixed ceramics layer c), MgO. Al 2 O 3 / stabilized zirconia (volume ratio) = 50/50 (raw material for mixed ceramics layer d), MgO · Al 2 O 3 / stabilized zirconia (volume ratio) = 65/35 (raw material for mixed ceramics layer e) ), M
gO.Al 2 O 3 / stabilized zirconia (volume ratio) = 85
/ 15 (raw material for mixed ceramics layer f) were mixed at a mixing ratio corresponding to each composition to prepare six types of raw material slurries for the mixed ceramics layer. Next, 3% by weight of a wax emulsion was added to these slurries as a molding aid, and the mixture was sized with a spray drier to obtain molding granules. The particle size of these molding granules was in the range of 30-150 μm.
Using the respective molding granules thus obtained, a sintered body having the same structure as that of the sintered body obtained in Example 2 was produced in the same manner as in Example 2. In this sintered body, the portion of the mixed ceramics layer that is in contact with the solid electrolyte has the composition of the mixed ceramics layer a, and the mixed ceramics layers b to f are sequentially laminated. The structure is in contact with the layer.

【0048】この様にして得られた焼結体の絶縁性耐熱
セラミックス層の部分に実施例2と同様の方法で、外径
24mmφ、内径18mmφ、長さ50mmのタングス
テンをろう付けして、固体電解質とタングステンの接合
体を得た。
Tungsten having an outer diameter of 24 mmφ, an inner diameter of 18 mmφ, and a length of 50 mm was brazed to the insulating heat-resistant ceramic layer portion of the thus obtained sintered body in the same manner as in Example 2 to obtain a solid. A joined body of the electrolyte and tungsten was obtained.

【0049】得られた接合体の接合面における気密性の
評価を実施例2と同じ方法で行った結果、接合直後の接
合部の気密性は、Heリークディテクターの検出限界の
1×10-9atm・cc/sec以下を示し、大気中2
70℃で4000時間保持後も検出限界の1×10-9
tm・cc/sec以下であり、気密性が保たれてい
た。
The airtightness of the bonded surface of the obtained bonded body was evaluated in the same manner as in Example 2. As a result, the airtightness of the bonded portion immediately after bonding was 1 × 10 −9 which is the detection limit of the He leak detector. Atm · cc / sec or less, 2
The detection limit of 1 × 10 -9 a even after holding at 70 ° C. for 4000 hours
tm · cc / sec or less, and airtightness was maintained.

【0050】実施例4 実施例2で得た焼結体において、外径24mmφ、内径
18mmφ、長さ18mmのAl2 3 からなる絶縁性
耐熱セラミックス層を形成することなく、固体電解質の
長さを88mmとしたこと以外は、実施例2で得た焼結
体と同様の構造の焼結体、即ち、外径24mmφ、内径
18mmφ、長さ88mmの8モル%Y2 3 を含む安
定化ジルコニアからなる固体電解質の一端に外径24m
mφ、内径18mmφ、長さ2mmの混合セラミックス
層を六層積層した焼結体を、実施例2と同様の方法で作
製した。
Example 4 The length of the solid electrolyte was obtained without forming an insulating heat-resistant ceramic layer made of Al 2 O 3 having an outer diameter of 24 mmφ, an inner diameter of 18 mmφ and a length of 18 mm in the sintered body obtained in Example 2. Is 88 mm, except that it is 8 mm% Y 2 O 3 having an outer diameter of 24 mmφ, an inner diameter of 18 mmφ, and a length of 88 mm. 24m outer diameter at one end of solid electrolyte made of zirconia
A sintered body in which six mixed ceramic layers having mφ, an inner diameter of 18 mmφ, and a length of 2 mm were laminated was produced in the same manner as in Example 2.

【0051】この焼結体の端部の混合セラミックス層、
即ち、Al2 3 /安定化ジルコニア(体積比)=85
/15の混合セラミックス層に、実施例2と同様にして
コバール合金をろう付した。
A mixed ceramic layer at the end of the sintered body,
That is, Al 2 O 3 / stabilized zirconia (volume ratio) = 85
A Kovar alloy was brazed to the / 15 mixed ceramic layer in the same manner as in Example 2.

【0052】得られた接合体の接合面における気密性の
評価を実施例2と同じ方法で行った結果、接合直後の接
合部の気密性は、Heリークディテクターの検出限界の
1×10-9atm・cc/sec以下を示し、大気中2
70℃で4000時間保持後も検出限界の1×10-9
tm・cc/sec以下であり、気密性が保たれてい
た。
The airtightness of the bonded surface of the obtained bonded body was evaluated in the same manner as in Example 2. As a result, the airtightness of the bonded portion immediately after bonding was 1 × 10 −9, which is the detection limit of the He leak detector. Atm · cc / sec or less, 2
The detection limit of 1 × 10 -9 a even after holding at 70 ° C. for 4000 hours
tm · cc / sec or less, and airtightness was maintained.

【0053】この方法では、Al2 3 /安定化ジルコ
ニア(体積比)=85/15の混合セラミックス層が絶
縁性耐熱セラミックス層として機能しており、セラミッ
クス部の全長が固定されている場合には、固体電解質の
部分を長くすることができ、固体電解質としての機能が
増大するという効果がある。
In this method, a mixed ceramic layer of Al 2 O 3 / stabilized zirconia (volume ratio) = 85/15 functions as an insulating heat-resistant ceramic layer, and when the entire length of the ceramic portion is fixed. Has an effect that the portion of the solid electrolyte can be lengthened, and the function as the solid electrolyte increases.

【0054】実施例5 実施例2と同様にして固体電解質の一端に混合セラミッ
クス層を六層積層し、更にこれに、Al2 3 からなる
絶縁性耐熱セラミックス層を積層した構造の焼結体を得
た。この様にして同じ構造の焼結体を二個作製し、それ
ぞれの焼結体の絶縁性耐熱セラミックス層同士を、実施
例2で用いたものと同じろう材を用いて、実施例2と同
様の条件でろう付した。
Example 5 A sintered body having a structure in which six mixed ceramic layers were laminated on one end of the solid electrolyte and an insulating heat-resistant ceramic layer made of Al 2 O 3 was further laminated on one end of the solid electrolyte in the same manner as in Example 2. I got In this way, two sintered bodies having the same structure were produced, and the insulating heat-resistant ceramic layers of each sintered body were used in the same manner as in Example 2 using the same brazing material used in Example 2. Brazed under the following conditions.

【0055】この様にして得た固体電解質同士を接合し
た接合体について、接合面における気密性の評価を実施
例2と同じ方法で行った結果、接合直後の接合部の気密
性は、Heリークディテクターの検出限界の1×10-9
atm・cc/sec以下を示し、大気中270℃で4
000時間保持後も検出限界の1×10-9atm・cc
/sec以下であり、気密性が保たれていた。
With respect to the joined body obtained by joining the solid electrolytes thus obtained, the airtightness of the joined surface was evaluated in the same manner as in Example 2. As a result, the airtightness of the joined portion immediately after the joining was determined to be He leak. 1 × 10 -9 of detection limit of detector
atm · cc / sec or less, and 4
Even after holding for 000 hours, the detection limit is 1 × 10 -9 atm · cc
/ Sec or less, and airtightness was maintained.

【0056】比較例1 実施例2と同様にして、8モル%Y2 3 を含む安定化
ジルコニア原料粉末(組成:ZrO2 85.7重量%、
2 3 13.7重量%、Al2 3 0.5重量%及び
SiO2 0.1重量%)を湿式粉砕して平均粒径0.7
μmのスラリーとし、これに成形助剤としてワックスエ
マルジョン3重量%を加えてスプレードライヤーで整粒
し、粒径30〜150μmの成形用顆粒を得た。
Comparative Example 1 In the same manner as in Example 2, stabilized zirconia raw material powder containing 8 mol% Y 2 O 3 (composition: 85.7% by weight of ZrO 2 ,
13.7% by weight of Y 2 O 3, 0.5% by weight of Al 2 O 3 and 0.1% by weight of SiO 2 ) were wet-pulverized to give an average particle size of 0.7.
A slurry of 3 μm was added, and 3% by weight of a wax emulsion was added as a molding aid, and the mixture was sized with a spray dryer to obtain granules having a particle size of 30 to 150 μm.

【0057】このようにして得た成形用顆粒をゴム型内
に充填した後、冷間で静水圧1000kgf/cm2
成形し、大気中1600℃で3時間焼成して、8モル%
23 を含む安定化ジルコニアからなる外径24mm
φ、内径18mmφ、長さ100mmの固体電解質の円
筒焼結体を作製した。
After the granules for molding thus obtained were filled in a rubber mold, they were cold molded at a hydrostatic pressure of 1000 kgf / cm 2 , and calcined at 1600 ° C. for 3 hours in the atmosphere to give 8 mol%.
24 mm outer diameter made of stabilized zirconia containing Y 2 O 3
A cylindrical sintered body of a solid electrolyte having a diameter φ of 18 mmφ and a length of 100 mm was produced.

【0058】この固体電解質に、実施例2と同様にして
コバール合金をろう付して、接合部の気密性の評価を実
施例2と同様の方法で行ったところ、接合直後の接合部
の気密性はHeリークディテクターの検出限界の1×1
-9atm・cc/sec以下を示したが、270℃、
500時間保持後には接合部が手で剥離する状態であ
り、気密性を示さなかった。
A Kovar alloy was brazed to this solid electrolyte in the same manner as in Example 2, and the airtightness of the joint was evaluated in the same manner as in Example 2. 1 × 1 of the detection limit of the He leak detector
0 -9 atm · cc / sec showed the following, 270 ℃,
After holding for 500 hours, the joint was in a state of being peeled by hand, and did not exhibit airtightness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1におけるYSZ−Al2 3 傾斜組成
材と金属とをろう付した状態の説明図。
FIG. 1 is an explanatory view of a state in which a YSZ-Al 2 O 3 gradient composition material and a metal are brazed in Example 1.

【図2】実施例1におけるYSZ−Al2 3 傾斜組成
材の詳細な組成分布の説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a detailed composition distribution of a YSZ-Al 2 O 3 gradient composition material in Example 1.

【図3】実施例1で得た接合体及び従来法で接合した接
合体を大気中400℃で長時間加熱した後の接合強度の
変化を表わす特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in bonding strength after the bonded body obtained in Example 1 and a bonded body bonded by a conventional method are heated at 400 ° C. for a long time in the atmosphere.

【図4】実施例2で得た固体電解質、混合セラミックス
層及び絶縁性耐熱セラミックス層からなる焼結体の側面
図。
FIG. 4 is a side view of a sintered body comprising a solid electrolyte, a mixed ceramics layer, and an insulating heat-resistant ceramics layer obtained in Example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…YSZからなる固体電解質、 2…Al2 3 からなる絶縁性耐熱セラミックス、 3…YSZ−Al2 3 混合セラミックス、 4…YSZ−Al2 3 傾斜組成材、 5…金属、
6…ろう材、 7…12.5体積%Al2 3 /87.5体積%YSZ
の混合セラミックス、 8…25体積%Al2 3 /75体積%YSZの混合セ
ラミックス、 9…37.5体積%Al2 3 /62.5体積%YSZ
の混合セラミックス、 10…50体積%Al2 3 /50体積%YSZの混合
セラミックス、 11…65体積%Al2 3 /35体積%YSZの混合
セラミックス、 12…80体積%Al2 3 /20体積%YSZの混合
セラミックス、 13…90体積%Al2 3 /10体積%YSZの混合
セラミックス、 14…固体電解質、 15…混合セラミックス層、 16…絶縁性耐熱セラミックス層。
1 ... made of YSZ solid electrolyte, 2 ... Al 2 O 3 made of insulating refractory ceramic, 3 ... YSZ-Al 2 O 3 mixed ceramics, 4 ... YSZ-Al 2 O 3 gradient composition material, 5 ... metal,
6 ... brazing material, 7 ... 12.5 vol% Al 2 O 3 /87.5 vol% YSZ
Mixed ceramics, 8 ... 25 vol% Al 2 O 3/75 vol% YSZ mixed ceramics, 9 ... 37.5 vol% Al 2 O 3 /62.5 vol% YSZ of
Mixed ceramics, 10 ... 50 vol% Al 2 O 3/50 vol% YSZ mixed ceramics, 11 ... 65 vol% Al 2 O 3/35 vol% YSZ mixed ceramics, 12 ... 80 vol% Al 2 O 3 / 20 vol% YSZ mixed ceramics, 13 ... 90 vol% Al 2 O 3/10 vol% YSZ mixed ceramics, 14 ... solid electrolyte, 15 ... mixing ceramic layer, 16: insulating heat resistant ceramic layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 章三 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (72)発明者 上島 直幸 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (72)発明者 半井 博通 大阪府堺市遠里小野町3丁2番24号 株 式会社ニッカトー内 (72)発明者 中谷 正則 大阪府堺市遠里小野町3丁2番24号 株 式会社ニッカトー内 (72)発明者 大西 宏司 大阪府堺市遠里小野町3丁2番24号 株 式会社ニッカトー内 (72)発明者 小瀬 三郎 大阪府堺市遠里小野町3丁2番24号 株 式会社ニッカトー内 (72)発明者 河波 利夫 大阪府堺市遠里小野町3丁2番24号 株 式会社ニッカトー内 (56)参考文献 特開 平2−188476(JP,A) 特開 平4−2401(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 37/00 - 37/02 B23K 1/19 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Shozo Hirai 2-1-1 Shinhama, Arai-machi, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Inside Takasago Research Laboratory (72) Inventor Naoyuki Uejima 2-1-1, Arai-machi, Arai-machi, Takasago-shi, Hyogo Prefecture No. 1 Inside the Takasago Research Laboratory, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Hiromichi Hani 3-24 Inori Onocho, Sakai City, Osaka Prefecture Inside Nikkato Co., Ltd. (72) Inventor Masanori Nakaya Onari Ono, Sakai City, Osaka Prefecture 3-24, Town 3 Nikkato Co., Ltd. (72) Inventor Koji Onishi 3-2-24, Onzai Onocho, Sakai City, Osaka Prefecture Nikkato Co., Ltd. (72) Inventor Saburo Kose, Sakai City, Osaka Prefecture Nikkato, 3-2-24, Sato-ono-cho (72) Inventor Toshio Kawanami 3-24, Enri-Onocho, Sakai-shi, Osaka Prefecture Nikkato, Inc. (56) Document JP-flat 2-188476 (JP, A) JP flat 4-2401 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) C04B 37/00 - 37/02 B23K 1 / 19

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】セラミックス材料からなる固体電解質に被
接合物を接合するに際して、該固体電解質の接合部に該
固体電解質用原料と絶縁性耐熱セラミックス用原料とを
混合して得た混合セラミックス層を介して絶縁性耐熱セ
ラミックス層を形成した後、該絶縁性耐熱セラミックス
層に被接合物を加熱接合するセラミックス材料からなる
固体電解質の接合方法であって、固体電解質の接合部に
混合セラミックス層を介して絶縁性耐熱セラミックス層
を形成する方法が、固体電解質を構成する原料微粉末と
絶縁性耐熱セラミックスを構成する原料微粉末につい
て、それぞれ粉末粒径、成形用顆粒粒径がほぼ同一とな
るように粉砕、整粒し、積層して焼成する方法であるセ
ラミックス材料からなる固体電解質の接合方法。
When joining an object to be joined to a solid electrolyte made of a ceramic material, a mixed ceramic layer obtained by mixing the solid electrolyte material and the insulating heat-resistant ceramic material is joined to a joint of the solid electrolyte. after forming the insulating heat-resistant ceramic layer through, the insulating heat-resistant ceramic layer a bonding method of a solid electrolyte consisting of Rousset La mix material to heat-bonding the object to be joined, the junction of the solid electrolyte
Insulating heat-resistant ceramic layer via mixed ceramic layer
The method of forming the raw material fine powder constituting the solid electrolyte and
Regarding the raw material powder that constitutes the insulating heat-resistant ceramic,
The particle size of the powder and the particle size of the granules for molding are almost the same.
Is a method of pulverizing, sizing, laminating and firing.
A method for joining a solid electrolyte made of Lamix material.
【請求項2】固体電解質が酸素イオン伝導性のジルコニ
アであることを特徴とする請求項1に記載の接合方法。
2. The bonding method according to claim 1, wherein the solid electrolyte is zirconia having oxygen ion conductivity.
【請求項3】固体電解質がCaO、Y2 3 及び希土類
酸化物の少なくとも1種を安定化剤として含む安定化ジ
ルコニアであることを特徴とする請求項1又は2に記載
の接合方法。
3. The bonding method according to claim 1, wherein the solid electrolyte is stabilized zirconia containing at least one of CaO, Y 2 O 3 and a rare earth oxide as a stabilizer.
【請求項4】絶縁性耐熱セラミックスが、Al2 3
MgO、SiO2 、ZrO2 、MgO・Al2 3 、M
gO・SiO2 、2MgO・SiO2 、及びZrO2
SiO2 から選ばれた少なくとも1種の酸化物を60体
積%以上含有するものである請求項1乃至3のいずれか
一項に記載の接合方法。
4. An insulating heat-resistant ceramic comprising Al 2 O 3 ,
MgO, SiO 2 , ZrO 2 , MgO · Al 2 O 3 , M
gO.SiO 2 , 2MgO.SiO 2 , and ZrO 2.
The bonding method according to any one of claims 1 to 3 at least one oxide selected from SiO 2 are those containing more than 60 vol%.
【請求項5】混合セラミックス層が1〜20層からなる
ものであり、該混合セラミックス層が2層以上の複層構
造の場合には、絶縁性耐熱セラミックス層に近い部分の
混合セラミックス層ほど絶縁性耐熱セラミックス用原料
の含有量が多く、固体電解質に近い部分の混合セラミッ
クス層ほど固体電解質用原料の含有量が多い構造である
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の接合方法。
5. When the mixed ceramics layer is composed of 1 to 20 layers, and the mixed ceramics layer has a multilayer structure of two or more layers, the portion of the mixed ceramics layer closer to the insulating heat-resistant ceramics layer is more insulated. The bonding method according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the raw material for the heat-resistant ceramics is large, and the mixed ceramic layer closer to the solid electrolyte has a structure in which the content of the raw material for the solid electrolyte is larger.
【請求項6】固体電解質がZrO2 を主成分とするセラ
ミックスであり、絶縁性耐熱セラミックスがAl2 3
を主成分とするセラミックスであり、混合セラミックス
層が固体電解質側から絶縁性耐熱セラミックス側にかけ
てZrO2 濃度が順次減少するにつれてAl2 3 濃度
が順次増加するZrO2 −Al2 3 の傾斜組成になっ
たセラミックスであり、固体電解質、混合セラミックス
層及び絶縁性耐熱セラミックス層が一体で焼結して製作
されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項
に記載の接合方法。
6. The solid electrolyte is a ceramic containing ZrO 2 as a main component, and the insulating heat-resistant ceramic is Al 2 O 3.
A gradient composition of ZrO 2 —Al 2 O 3 in which the mixed ceramic layer gradually increases in Al 2 O 3 concentration as the ZrO 2 concentration gradually decreases from the solid electrolyte side to the insulating heat-resistant ceramic side. The bonding method according to any one of claims 1 to 5, wherein the ceramic is a sintered ceramic, and the solid electrolyte, the mixed ceramics layer, and the insulating heat-resistant ceramics layer are integrally sintered and manufactured.
【請求項7】被接合物が、金属材料、絶縁性耐熱セラミ
ックス、又は混合セラミックス層を介して絶縁性耐熱セ
ラミックス層を形成した固体電解質である請求項1乃至
6のいずれか一項に記載の接合方法。
7. The method according to claim 1, wherein the object to be joined is a metal material, an insulating heat-resistant ceramic, or a solid electrolyte having an insulating heat-resistant ceramic layer formed via a mixed ceramic layer. Joining method.
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