JP3154770B2 - 窒化けい素セラミックス接合体 - Google Patents
窒化けい素セラミックス接合体Info
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- JP3154770B2 JP3154770B2 JP31705391A JP31705391A JP3154770B2 JP 3154770 B2 JP3154770 B2 JP 3154770B2 JP 31705391 A JP31705391 A JP 31705391A JP 31705391 A JP31705391 A JP 31705391A JP 3154770 B2 JP3154770 B2 JP 3154770B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化けい素セラミック
ス部材どうしが接合されてなる窒化けい素セラミックス
接合体に関する。
ス部材どうしが接合されてなる窒化けい素セラミックス
接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にセラミックスは硬度が高く、優れ
た耐熱性、耐蝕性、耐薬品性、耐磨耗性等を有してお
り、これらの特長を利用した構造部材としての研究開発
がすすめられている。わけても、窒化けい素セラミック
スは、ガスタービン、ファンブレードライナーなどのよ
うに高温下での使用において高強度かつ耐磨耗性が要求
される部材や、溶融金属や化学反応管の耐蝕ライニング
部材などに好適な材料として利用されている。
た耐熱性、耐蝕性、耐薬品性、耐磨耗性等を有してお
り、これらの特長を利用した構造部材としての研究開発
がすすめられている。わけても、窒化けい素セラミック
スは、ガスタービン、ファンブレードライナーなどのよ
うに高温下での使用において高強度かつ耐磨耗性が要求
される部材や、溶融金属や化学反応管の耐蝕ライニング
部材などに好適な材料として利用されている。
【０００３】しかし、窒化けい素セラミックスはこれを
一体的に成形して複雑な形状の部材にするのが困難なた
め、従来ではこのような部材を作製する場合、比較的単
純形状のセラミックス部材を複数接合し、所望する一個
の複雑形状のセラミックス製品とするのが有益な手法と
されている。ところで、複雑形状の窒化けい素セラミッ
クス接合体を作製するにあたり、セラミックス同士を接
合する方法としては、有機系接着剤を使用する接着剤法
や、セラミックス表面をメタライズし、ろう材を用いて
接合するろう材法などが従来より知られている。
一体的に成形して複雑な形状の部材にするのが困難なた
め、従来ではこのような部材を作製する場合、比較的単
純形状のセラミックス部材を複数接合し、所望する一個
の複雑形状のセラミックス製品とするのが有益な手法と
されている。ところで、複雑形状の窒化けい素セラミッ
クス接合体を作製するにあたり、セラミックス同士を接
合する方法としては、有機系接着剤を使用する接着剤法
や、セラミックス表面をメタライズし、ろう材を用いて
接合するろう材法などが従来より知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
接合法によって得られた窒化けい素接合体では以下に述
べる不都合がある。接着剤法によって作製された接合体
では、有機系接着剤の使用温度が２００℃と低いことか
ら接合体自身の使用温度も低温域に限られてしまい、ま
た接合強度も１０Ｋｇ／ｍｍ2 以下であり、使用範囲
が限定されてしまうといった不満がある。また、ろう材
法により作製された接合体では、前記接着剤法によって
得られた接合体に比べて高温域まで大きな強度を示すも
のの、酸化雰囲気中においてはその使用温度がせいぜい
６００℃以下であり、窒化けい素セラミックスが特長と
する８００℃以上の使用に耐えられないといった不満が
ある。
接合法によって得られた窒化けい素接合体では以下に述
べる不都合がある。接着剤法によって作製された接合体
では、有機系接着剤の使用温度が２００℃と低いことか
ら接合体自身の使用温度も低温域に限られてしまい、ま
た接合強度も１０Ｋｇ／ｍｍ2 以下であり、使用範囲
が限定されてしまうといった不満がある。また、ろう材
法により作製された接合体では、前記接着剤法によって
得られた接合体に比べて高温域まで大きな強度を示すも
のの、酸化雰囲気中においてはその使用温度がせいぜい
６００℃以下であり、窒化けい素セラミックスが特長と
する８００℃以上の使用に耐えられないといった不満が
ある。
【０００５】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、高温下での使用でも十分
な接合強度を有する窒化けい素セラミックス接合体を提
供することにある。
で、その目的とするところは、高温下での使用でも十分
な接合強度を有する窒化けい素セラミックス接合体を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載の窒化けい素セラミックス接合体では、２種以上の
窒化けい素セラミックス部材が接合されてなる窒化けい
素セラミックス接合体であって、これら部材間の接合相
がカルシウム、アルミニウム、イットリウム又はイット
リウムとディスプロシウム、けい素、酸素、窒素からな
ることを前記課題の解決手段とした。また、請求項２記
載の窒化けい素セラミックス接合体では、前記接合相に
おけるカルシウム量が４〜１５重量％、アルミニウム量
が１〜１０重量％、イットリウム又はイットリウムとデ
ィスプロシウムの量が２〜２０重量％、けい素量が１８
〜５２重量％、窒素量が２〜３５重量％、残りが酸素で
あることを前記課題の解決手段とした。
記載の窒化けい素セラミックス接合体では、２種以上の
窒化けい素セラミックス部材が接合されてなる窒化けい
素セラミックス接合体であって、これら部材間の接合相
がカルシウム、アルミニウム、イットリウム又はイット
リウムとディスプロシウム、けい素、酸素、窒素からな
ることを前記課題の解決手段とした。また、請求項２記
載の窒化けい素セラミックス接合体では、前記接合相に
おけるカルシウム量が４〜１５重量％、アルミニウム量
が１〜１０重量％、イットリウム又はイットリウムとデ
ィスプロシウムの量が２〜２０重量％、けい素量が１８
〜５２重量％、窒素量が２〜３５重量％、残りが酸素で
あることを前記課題の解決手段とした。
【０００７】以下、本発明の窒化けい素セラミックス接
合体を詳しく説明する。本発明者は前記目的を達成すべ
く、以下のことを調べ、本発明に至った。酸化カルシウ
ムと二酸化けい素系ガラスに窒化けい素を添加してこれ
を接合剤とし、この接合剤を用いて酸化アルミニウム
と、酸化イットリウム又は酸化イットリウムと酸化ディ
スプロシウムとを焼結助剤とする窒化けい素セラミック
スを接合した場合、接合剤中のカルシウムが窒化けい素
セラミックスに拡散し、一方窒化けい素セラミックス側
から接合相側へ窒化けい素セラミックスの助剤成分が拡
散する。
合体を詳しく説明する。本発明者は前記目的を達成すべ
く、以下のことを調べ、本発明に至った。酸化カルシウ
ムと二酸化けい素系ガラスに窒化けい素を添加してこれ
を接合剤とし、この接合剤を用いて酸化アルミニウム
と、酸化イットリウム又は酸化イットリウムと酸化ディ
スプロシウムとを焼結助剤とする窒化けい素セラミック
スを接合した場合、接合剤中のカルシウムが窒化けい素
セラミックスに拡散し、一方窒化けい素セラミックス側
から接合相側へ窒化けい素セラミックスの助剤成分が拡
散する。
【０００８】そして、このようにして得られた接合体に
おける接合相の組成を調べたところ、接合相はカルシウ
ム、アルミニウム、けい素、イットリウム又はイットリ
ウムとディスプロシウム、酸素、窒素からなることを究
明した。ここで、各元素の拡散量は、接合剤の組成に加
え、窒化けい素セラミックスの助剤の種類、量、組織に
依存すると考えられる。しかし、本発明者は接合後の接
合相の組成を調べ、カルシウム量が４重量％以上で１５
重量％以下、アルミニウム量が１重量％以上で１０重量
％以下、イットリウム又はイットリウムとディスプロシ
ウムの量が２重量％以上で２０重量％以下、けい素量が
３０重量％以上で６０重量％以下、窒素量が２重量％以
上で３０重量％以下、残りが酸素よりなる接合相が、ク
ラック、ポア等の欠陥がなく、高い接合強度を有してい
ることを見いだし本発明を完成した。
おける接合相の組成を調べたところ、接合相はカルシウ
ム、アルミニウム、けい素、イットリウム又はイットリ
ウムとディスプロシウム、酸素、窒素からなることを究
明した。ここで、各元素の拡散量は、接合剤の組成に加
え、窒化けい素セラミックスの助剤の種類、量、組織に
依存すると考えられる。しかし、本発明者は接合後の接
合相の組成を調べ、カルシウム量が４重量％以上で１５
重量％以下、アルミニウム量が１重量％以上で１０重量
％以下、イットリウム又はイットリウムとディスプロシ
ウムの量が２重量％以上で２０重量％以下、けい素量が
３０重量％以上で６０重量％以下、窒素量が２重量％以
上で３０重量％以下、残りが酸素よりなる接合相が、ク
ラック、ポア等の欠陥がなく、高い接合強度を有してい
ることを見いだし本発明を完成した。
【０００９】本発明の窒化けい素セラミックス接合体
は、少なくとも２種以上の窒化けい素セラミックス部材
が接合されてなる窒化けい素セラミックス接合体であ
り、予め所定組成に調整された接合剤によって部材間の
接合相が形成されるものである。そして、これら部材間
の接合相は、カルシウム、アルミニウム、イットリウム
又はイットリウムとディスプロシウム、けい素、酸素、
窒素からなっている。
は、少なくとも２種以上の窒化けい素セラミックス部材
が接合されてなる窒化けい素セラミックス接合体であ
り、予め所定組成に調整された接合剤によって部材間の
接合相が形成されるものである。そして、これら部材間
の接合相は、カルシウム、アルミニウム、イットリウム
又はイットリウムとディスプロシウム、けい素、酸素、
窒素からなっている。
【００１０】接合相中のカルシウム量としては、４重量
％以上で１５重量％以下とするのが好ましく、６重量％
以上で１０重量％以下とするのがより好ましい。すなわ
ち、４重量％未満では該接合相と窒化けい素セラミッス
部材との反応性が悪くなり、また１５重量％を越えると
接合相の熱膨張率が大きくなってしまい、接合相に窒化
けい素セラミックスとの熱膨張率差によるクラックが発
生してしまう恐れがあるからである。
％以上で１５重量％以下とするのが好ましく、６重量％
以上で１０重量％以下とするのがより好ましい。すなわ
ち、４重量％未満では該接合相と窒化けい素セラミッス
部材との反応性が悪くなり、また１５重量％を越えると
接合相の熱膨張率が大きくなってしまい、接合相に窒化
けい素セラミックスとの熱膨張率差によるクラックが発
生してしまう恐れがあるからである。
【００１１】アルミニウムは、接合相を形成するための
接合剤の融点を低下させ、より低温での接合を可能とす
るのに有効である。。そして、接合相中のアルミニウム
量としては、１重量％以上で１０重量％以下とするのが
好ましく、２重量％以上で５重量％以下とするのがより
好ましい。すなわち、１重量％未満では前述した効果が
十分得られず、１０重量％を越えると接合相の熱膨張率
が大きくなり好ましくないからである。また、イットリ
ウム又はイットリウムとディスプロシウムは、二酸化ケ
イ素の分解にともなうガス（ＳｉＯ）の発生を抑制する
のに有効である。そして、接合相中のイットリウム又は
イットリウムとディスプロシウムの量としては、２重量
％以上で２０重量％以下とするのが好ましい。すなわ
ち、２重量％未満では前述したような効果が十分得られ
ず、また２０重量％を越えると接合相の熱膨張率が大き
くなり、さらに接合温度が高くなってしまうからであ
る。接合相中のけい素量としては、１８重量％以上で５
２重量％以下とするのが好ましく、４０重量％以上で５
０重量％以下とするのがより好ましい。すなわち、けい
素量が１８重量％未満であると接合相の熱膨張率が大き
くなって、該接合相に縦クラックが発生する恐れがある
からであり、また５２重量％を越えると二酸化けい素の
分解に伴うガス（ＳｉＯ）の発生により接合相に気孔を
生じてしまう恐れがあるからである。
接合剤の融点を低下させ、より低温での接合を可能とす
るのに有効である。。そして、接合相中のアルミニウム
量としては、１重量％以上で１０重量％以下とするのが
好ましく、２重量％以上で５重量％以下とするのがより
好ましい。すなわち、１重量％未満では前述した効果が
十分得られず、１０重量％を越えると接合相の熱膨張率
が大きくなり好ましくないからである。また、イットリ
ウム又はイットリウムとディスプロシウムは、二酸化ケ
イ素の分解にともなうガス（ＳｉＯ）の発生を抑制する
のに有効である。そして、接合相中のイットリウム又は
イットリウムとディスプロシウムの量としては、２重量
％以上で２０重量％以下とするのが好ましい。すなわ
ち、２重量％未満では前述したような効果が十分得られ
ず、また２０重量％を越えると接合相の熱膨張率が大き
くなり、さらに接合温度が高くなってしまうからであ
る。接合相中のけい素量としては、１８重量％以上で５
２重量％以下とするのが好ましく、４０重量％以上で５
０重量％以下とするのがより好ましい。すなわち、けい
素量が１８重量％未満であると接合相の熱膨張率が大き
くなって、該接合相に縦クラックが発生する恐れがある
からであり、また５２重量％を越えると二酸化けい素の
分解に伴うガス（ＳｉＯ）の発生により接合相に気孔を
生じてしまう恐れがあるからである。
【００１２】接合相中の窒素は、接合相の高温強度増加
を図るとともに、該接合相の熱膨張率を低下させて窒化
けい素セラミックスとの接合時の熱応力を低減させるた
めのものである。そして、接合相中の窒素量としては、
２重量％以上で３５重量％以下とするのが好ましく、１
２重量％以上で２０重量％以下とするのがより好まし
い。すなわち、１２重量％未満においては前述した効果
が十分得られず、また３５重量％を越えると接合温度が
高くなり過ぎ、好ましくないからである。
を図るとともに、該接合相の熱膨張率を低下させて窒化
けい素セラミックスとの接合時の熱応力を低減させるた
めのものである。そして、接合相中の窒素量としては、
２重量％以上で３５重量％以下とするのが好ましく、１
２重量％以上で２０重量％以下とするのがより好まし
い。すなわち、１２重量％未満においては前述した効果
が十分得られず、また３５重量％を越えると接合温度が
高くなり過ぎ、好ましくないからである。
【００１３】このような接合相を有してなる接合体を得
るには、まず、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸
化イットリウム又は酸化イットリウムと酸化ディスプロ
シウム、二酸化けい素の各粉末を所定比で混合し、さら
にこれに所定量の窒化けい素粉末を添加して混合し、接
合剤とする。次いで、この接合剤を接合する窒化けい素
セラミックス部材の接合面に塗布し、続いてセラミック
ス部材を合わせた後、加熱して接合剤を焼結し、窒化け
い素セラミックス接合体を得る。
るには、まず、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸
化イットリウム又は酸化イットリウムと酸化ディスプロ
シウム、二酸化けい素の各粉末を所定比で混合し、さら
にこれに所定量の窒化けい素粉末を添加して混合し、接
合剤とする。次いで、この接合剤を接合する窒化けい素
セラミックス部材の接合面に塗布し、続いてセラミック
ス部材を合わせた後、加熱して接合剤を焼結し、窒化け
い素セラミックス接合体を得る。
【００１４】
【実施例】本発明を実施例によりさらに具体的に説明す
る。まず、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、二酸化
けい素、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化デ
スプロシウム（Ｄｙ2Ｏ3）の各粉末を適宜な割合で混合
配合し、次にこの混合物を溶融、急冷しさらに粒径１０
μｍ〜０.５μｍ程度に粉砕して４種類の混合酸化物粉
末を作製した。
る。まず、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、二酸化
けい素、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化デ
スプロシウム（Ｄｙ2Ｏ3）の各粉末を適宜な割合で混合
配合し、次にこの混合物を溶融、急冷しさらに粒径１０
μｍ〜０.５μｍ程度に粉砕して４種類の混合酸化物粉
末を作製した。
【００１５】次いで、これら混合酸化物粉末に粒径５μ
ｍ〜０.１μｍ程度の窒化けい素紛末を添加混合して４
種の接合剤を得、さらに得られた接合剤にそれぞれ市販
のスクリーンオイルを加えてペースト化した。次に、得
られたペースト化接合剤を二枚の矩形板状窒化けい素セ
ラミックス（厚さ２０ｍｍ、縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ）
のうち一方の接合面に塗布し、その後接合面どうしを合
わせて窒素雰囲気中１５００℃で加熱接合し、表１に示
す組成の接合相（１〜４）を有する４種類の窒化けい素
セラミックス接合体を得た。
ｍ〜０.１μｍ程度の窒化けい素紛末を添加混合して４
種の接合剤を得、さらに得られた接合剤にそれぞれ市販
のスクリーンオイルを加えてペースト化した。次に、得
られたペースト化接合剤を二枚の矩形板状窒化けい素セ
ラミックス（厚さ２０ｍｍ、縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ）
のうち一方の接合面に塗布し、その後接合面どうしを合
わせて窒素雰囲気中１５００℃で加熱接合し、表１に示
す組成の接合相（１〜４）を有する４種類の窒化けい素
セラミックス接合体を得た。
【００１６】得られた接合体を切り出して４種類のＪＩ
Ｓ試験片（ＪＩＳ１６０４に準ずる）を作製し、これら
を４点曲げ試験（ＪＩＳ１６０４に準ずる）により８０
０℃での高温曲げを測定し、これを接合強度としてその
結果を表１に併記した。
Ｓ試験片（ＪＩＳ１６０４に準ずる）を作製し、これら
を４点曲げ試験（ＪＩＳ１６０４に準ずる）により８０
０℃での高温曲げを測定し、これを接合強度としてその
結果を表１に併記した。
【００１７】◎
【表１】 得られた結果より、本発明の実施例である接合体は、８
００℃において４５．３〜５１．０Ｋｇ／ｍｍ2の十分
な接合強度を有していることが確認された。
００℃において４５．３〜５１．０Ｋｇ／ｍｍ2の十分
な接合強度を有していることが確認された。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明の窒化けい素
セラミックス接合体は、窒化けい素セラミックス部材間
が接合相により強固に接合して高強度接合体となり、か
つ高温下での使用にも十分耐え得るものとなる。
セラミックス接合体は、窒化けい素セラミックス部材間
が接合相により強固に接合して高強度接合体となり、か
つ高温下での使用にも十分耐え得るものとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−91086（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−84186（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−148051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226867（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−265280（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−148048（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−148050（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/00 - 37/04
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも２種以上の窒化けい素セラミ
ックス部材が接合されてなる窒化けい素セラミックス接
合体であって、これら部材間の接合相がカルシウム、ア
ルミニウム、イットリウム又はイットリウムとディスプ
ロシウム、けい素、酸素、窒素からなることを特徴とす
る窒化けい素セラミックス接合体。 - 【請求項２】 請求項１記載の窒化けい素セラミックス
接合体において、前記接合相におけるカルシウム量が４
〜１５重量％、アルミニウム量が１〜１０重量％、イッ
トリウム又はイットリウムとディスプロシウムの量が２
〜２０重量％、けい素量が１８〜５２重量％、窒素量が
２〜３５重量％、残りが酸素であることを特徴とする窒
化けい素セラミックス接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31705391A JP3154770B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 窒化けい素セラミックス接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31705391A JP3154770B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 窒化けい素セラミックス接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05148047A JPH05148047A (ja) | 1993-06-15 |
| JP3154770B2 true JP3154770B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=18083896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31705391A Expired - Fee Related JP3154770B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 窒化けい素セラミックス接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3154770B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060008677A1 (en) * | 2004-07-12 | 2006-01-12 | General Electric Company | Ceramic bonding composition, method of making, and article of manufacture incorporating the same |
| JP6208512B2 (ja) * | 2013-09-27 | 2017-10-04 | 京セラ株式会社 | セラミック接合体 |
| JP6462807B2 (ja) * | 2017-09-07 | 2019-01-30 | 京セラ株式会社 | セラミック接合体 |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP31705391A patent/JP3154770B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05148047A (ja) | 1993-06-15 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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