JP6208512B2 - Ceramic joint - Google Patents

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Description

本発明は、セラミック焼結体同士を接合してなるセラミック接合体に関する。   The present invention relates to a ceramic joined body formed by joining ceramic sintered bodies together.

窒化珪素質焼結体や炭化珪素質焼結体は、機械的強度が高く、耐熱性や耐食性など優れた特性を有していることから、幅広い分野で用いられている。そして、近年では、このような特性が求められる部材を備える装置や設備の大型化に伴って、部材の大型化や長尺化、さらには、部材形状の複雑化が求められている。しかしながら、大型、長尺、複雑な形状等の成形体を一体的に形成することは困難であり、仮に、一体的な成形体を得ることができたとしても、セラミックス自体焼成が困難な材料であることから、大型、長尺、複雑な形状等であれば尚更、不具合のない焼結体を得ることは困難であった。また、大型、長尺、複雑な形状等に対応するには、成形や焼成に関する大きな設備や煩雑な加工が可能な設備を準備しなければならず、作製が困難であるだけではなく、設備投資コストも大きいことから、複数の焼結体同士を接合することによって、部材の大型化、長尺化、形状の複雑化への対応が図られている。   Silicon nitride sintered bodies and silicon carbide sintered bodies are used in a wide range of fields because of their high mechanical strength and excellent properties such as heat resistance and corrosion resistance. In recent years, with the increase in size of apparatuses and equipment including members that require such characteristics, there has been a demand for increasing the size and length of the members and further complicating the shape of the members. However, it is difficult to integrally form large, long, and complex shaped bodies, and even if an integral shaped body can be obtained, the ceramic itself is difficult to fire. For this reason, it is difficult to obtain a sintered body having no defects even if it is large, long, or has a complicated shape. In addition, in order to cope with large, long, and complicated shapes, it is necessary to prepare large equipment for molding and firing and equipment that can be processed in a complicated manner. Since the cost is high, it is possible to cope with the increase in size, length, and complexity of the shape of the member by joining a plurality of sintered bodies together.

そして、窒化珪素質焼結体や炭化珪素質焼結体は、機械的強度が高く、耐熱性や耐食性など優れた特性を有していることから、幅広い分野で用いられているものであるが、接合によって、大型化、長尺化、形状の複雑化が図られた部材も優れた特性を有している必要があることから、接合層の構成による特性の向上が図られている。   Silicon nitride-based sintered bodies and silicon carbide-based sintered bodies are used in a wide range of fields because of their high mechanical strength and excellent properties such as heat resistance and corrosion resistance. In addition, since a member that has been increased in size, lengthened, and complicated in shape by bonding needs to have excellent characteristics, the characteristics are improved by the configuration of the bonding layer.

例えば、本願出願人は、特許文献1において、窒化珪素質焼結体からなる一対の板状の基体の主面同士が、アルミニウム,シリコン,イットリウムおよびルテチウムを含むガラスを主成分とし、ルテチウム化合物の結晶を含む接合層を介して接合されていることにより、熱伝導率を向上させたセラミック接合体を提案している。   For example, in the case of Patent Document 1, the applicant of the present application uses a glass containing aluminum, silicon, yttrium, and lutetium as a main component between the principal surfaces of a pair of plate-like bases made of a silicon nitride-based sintered body. A ceramic joined body having improved thermal conductivity by being joined through a joining layer containing crystals has been proposed.

特開2010−150048号公報JP 2010-150048 JP

また、装置や設備を用いた被処理物の処理は厳しさを増しており、装置や設備を構成する部材は、被処理物の処理環境や処理時の温度上昇等によって、例えば1000℃を超えるような高温に繰り返し曝される環境で用いられてきている。しかしながら、このような環境においてセラミックスからなる接合体が用いられたとき、接合層の露出面側から、接合層の組成が変動して接合強度が低下するという問題があった。そのため、セラミックスからなる接合体には、高温に繰り返し曝される環境においても、高い接合強度を維持でき、長期間に亘って使用可能であることが求められている。   In addition, the processing of objects to be processed using equipment and facilities is becoming stricter, and the members constituting the equipment and equipment exceed, for example, 1000 ° C. due to the processing environment of the objects to be processed and the temperature rise during processing. It has been used in an environment that is repeatedly exposed to such high temperatures. However, when a bonded body made of ceramics is used in such an environment, there has been a problem that the bonding strength is lowered due to fluctuations in the composition of the bonding layer from the exposed surface side of the bonding layer. Therefore, a joined body made of ceramics is required to be able to maintain a high joint strength even in an environment that is repeatedly exposed to high temperatures and to be usable for a long period of time.

本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、高温に繰り返し曝される環境においても長期間に亘って使用可能なセラミック接合体を提供することを目的とするものである。   The present invention has been devised to satisfy the above-described requirements, and an object of the present invention is to provide a ceramic joined body that can be used for a long time even in an environment that is repeatedly exposed to high temperatures.

本発明のセラミック接合体は、第1のセラミック焼結体と第2のセラミック焼結体とが、希土類元素、珪素、アルミニウムおよびマグネシウムを含む酸化物からなる接合層を介して接合されてなり、前記接合層の内部における各成分を酸化物換算した含有量は、前記
内部を構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のうち、希土類元素が35質量%以上45質量%以下であり、珪素が35質量%以上45質量%以下であり、アルミニウムが15質量%以上25質量%以下であり、マグネシウムが0.1質量%以上1質量%以下であり、前記内部における希土類元素を酸化物換算した含有量より、前記接合層の外部における希土類元素を酸化物換算した含有量が多いことを特徴とするものである。
In the ceramic joined body of the present invention, the first ceramic sintered body and the second ceramic sintered body are joined via a joining layer made of an oxide containing rare earth elements, silicon, aluminum and magnesium, The content of each component inside the bonding layer in terms of oxide is
Of the total 100% by mass in terms of oxides constituting the components constituting the inside, rare earth elements are 35% by mass or more and 45% by mass or less, silicon is 35% by mass or more and 45% by mass or less, and aluminum is 15% by mass or more. 25% by mass or less, magnesium is 0.1% by mass or more and 1% by mass or less, and the content of the rare earth element inside the oxide is converted into an oxide, and the content of the rare earth element outside the bonding layer is converted into an oxide It is characterized by a large amount.

本発明のセラミック接合体によれば、高温に繰り返し曝される環境で用いられても、接合層の外部における組成変動の抑制によって接合強度を高く維持できることから、長期間に亘る使用に耐え得る高い信頼性を有する。   According to the ceramic joined body of the present invention, even if it is used in an environment that is repeatedly exposed to high temperatures, the joining strength can be maintained high by suppressing the composition fluctuation outside the joining layer, so that it can withstand long-term use. Reliable.

本実施形態のセラミック接合体の一例を示す、(a)は部分的に切断した外観斜視図であり、(b)は(a)におけるA部を拡大した部分断面図である。An example of the ceramic joined body of this embodiment is shown, (a) is a partially cut-out perspective view, and (b) is an enlarged partial cross-sectional view of an A part in (a).

以下、本実施形態のセラミック接合体の例について説明する。   Hereinafter, an example of the ceramic joined body of the present embodiment will be described.

図1は、本実施形態のセラミック接合体の一例を示す、(a)は部分的に切断した外観斜視図であり、(b)は(a)におけるA部を拡大した部分断面図である。   1A and 1B show an example of a ceramic joined body according to the present embodiment, in which FIG. 1A is a partially cutaway perspective view, and FIG. 1B is an enlarged partial cross-sectional view of a portion A in FIG.

図1に示す例のセラミック接合体10は、第1のセラミック焼結体1と第2のセラミック焼結体2とが、希土類元素、珪素、アルミニウムおよびマグネシウムを含む酸化物からなる接合層3を介して接合されてなり、接合層3の内部3bにおける希土類元素を酸化物換算した含有量より、接合層3の外部3aにおける希土類元素を酸化物換算した含有量が多いことを特徴とする。   In the ceramic joined body 10 shown in FIG. 1, the first ceramic sintered body 1 and the second ceramic sintered body 2 have a joining layer 3 made of an oxide containing rare earth elements, silicon, aluminum and magnesium. The content of the rare earth element in the outer portion 3a of the bonding layer 3 in terms of oxide is greater than the content of the rare earth element in the inner portion 3b of the bonding layer 3 in terms of oxide.

上記構成であることにより、第1のセラミック焼結体1と第2のセラミック質焼結体2とは、強固に接合されて高い接合強度を有するセラミック接合体10となる。また、接合層3の内部3bにおける希土類元素を酸化物換算した含有量より、接合層3の外部3aにおける希土類元素を酸化物換算した含有量が多いことから、接合層3の外部3a、すなわち接合層3の露出面側である外縁に、蒸気圧の低い希土類元素の酸化物が多く存在することとなる。それ故、高温に繰り返し曝される環境で用いられても、接合層3の外部3aにおける組成変動は小さく、この組成変動の抑制によって接合強度は高く維持されることから、長期間に亘る使用に耐え得るものとなり、高い信頼性を有するセラミック接合体10となる。   With the above configuration, the first ceramic sintered body 1 and the second ceramic sintered body 2 become a ceramic joined body 10 that is firmly joined and has high joint strength. Further, since the content of the rare earth element in the outer portion 3a of the bonding layer 3 converted to oxide is larger than the content of the rare earth element in the inner portion 3b of the bonding layer 3 converted to oxide, the outer portion 3a of the bonding layer 3, that is, the bonding A large amount of oxides of rare earth elements having a low vapor pressure are present on the outer edge on the exposed surface side of the layer 3. Therefore, even if it is used in an environment that is repeatedly exposed to high temperatures, the composition fluctuation in the outer part 3a of the bonding layer 3 is small, and the bonding strength is maintained high by suppressing this composition fluctuation, so that it can be used for a long period of time. Thus, the ceramic joined body 10 having high reliability can be obtained.

なお、接合層3における外部3aとは、接合層3の露出面(図1における側面)を基点として内側に向かって100μm以内の部分であり、接合層3における内部3bとは、露出
面を基点として内側に向かって200μm以上の部分である。
The external 3a in the bonding layer 3 is a portion within 100 μm inward from the exposed surface (side surface in FIG. 1) of the bonding layer 3, and the internal 3b in the bonding layer 3 is based on the exposed surface. As shown in FIG.

そして、接合層3が、希土類元素、珪素、アルミニウムおよびマグネシウムを含む酸化物からなるものであるか否かについては、図1に示すように、第1のセラミック焼結体1、接合層3、第2のセラミック焼結体2を切断した際の断面(以下、単に断面という。)における接合層3の断面を測定面とし、電子線マイクロ分析装置(EPMA)を用いたカラーマッピングで確認することができる。なお、同じ測定領域において、希土類元素、珪素、アルミニウム、マグネシウムおよび酸素が確認されたものであるとき、接合層3は、希土類元素、珪素、アルミニウムおよびマグネシウムを含む酸化物からなるとみなす。   Then, as to whether or not the bonding layer 3 is made of an oxide containing rare earth elements, silicon, aluminum and magnesium, as shown in FIG. 1, the first ceramic sintered body 1, the bonding layer 3, The cross section of the bonding layer 3 in the cross section when the second ceramic sintered body 2 is cut (hereinafter simply referred to as the cross section) is taken as the measurement surface and confirmed by color mapping using an electron beam microanalyzer (EPMA). Can do. When the rare earth element, silicon, aluminum, magnesium and oxygen are confirmed in the same measurement region, the bonding layer 3 is considered to be made of an oxide containing rare earth element, silicon, aluminum and magnesium.

また、接合層3の外部3aおよび内部3bにおける希土類元素の酸化物換算での含有量については、それぞれの部位における希土類元素の含有量をEPMAを用いて求め、それぞれ酸化物に換算すればよい。具体的には、希土類元素がイットリウムであるとき、EP
MAによりY量を求め、Yに換算すればよい。
Further, regarding the content of the rare earth element in terms of oxide in the outer part 3a and the inner part 3b of the bonding layer 3, the content of the rare earth element in each part may be obtained using EPMA, and each may be converted into an oxide. Specifically, when the rare earth element is yttrium, EP
The amount of Y may be obtained by MA and converted to Y 2 O 3 .

なお、接合層3を構成する希土類元素としては、イットリウム、ルテチウム、イッテルビウムおよびエルビウムから選択されるものであることが好適である。これは、イットリウムについては、接合剤として用いる酸化イットリウム(Y)粉末が、比較的安価であるとともに低い温度で接合層3を形成することができるからである。また、ルテチウム、イッテルビウムおよびエルビウムについては、希土類元素の中でイオン半径が小さい元素であり珪素および酸素との結合が強いため、フォノンの伝達がよく、セラミック接合体10の熱伝導率を高くすることができるからである。 The rare earth element constituting the bonding layer 3 is preferably selected from yttrium, lutetium, ytterbium and erbium. This is because, for yttrium, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) powder used as a bonding agent is relatively inexpensive and can form the bonding layer 3 at a low temperature. In addition, lutetium, ytterbium and erbium are elements with a small ionic radius among rare earth elements and have strong bonds with silicon and oxygen, so that phonon transmission is good and the thermal conductivity of ceramic joined body 10 is increased. Because you can.

また、ルテチウム、イッテルビウムおよびエルビウムは、珪素および酸素との結合が強いことにより、熱エネルギーによる格子振動が小さく、温度変化による体積膨張が小さいため、セラミック接合体10の耐熱衝撃性を高くすることができる。なお、熱伝導率や耐熱衝撃性を高めつつ低コストで接合層3を形成するには、イットリウムを基軸として、イットリウムの質量の一部を、ルテチウム、イッテルビウムおよびエルビウムに置き換えればよい。   In addition, lutetium, ytterbium and erbium have a strong bond with silicon and oxygen, so that lattice vibration due to thermal energy is small and volume expansion due to temperature change is small, so that the thermal shock resistance of the ceramic joined body 10 can be increased. it can. In order to form the bonding layer 3 at a low cost while improving the thermal conductivity and thermal shock resistance, a part of the mass of yttrium may be replaced with lutetium, ytterbium, and erbium with yttrium as a base axis.

ここで、図1に示す例のセラミック接合体10における第1のセラミック焼結体1および第2のセラミック焼結体2は、X方向、Y方向およびZ方向のそれぞれの長さが、例えば、400mm〜1000mm、400mm〜1000mm、3mm〜30mmの平板状である。   Here, the first ceramic sintered body 1 and the second ceramic sintered body 2 in the ceramic joined body 10 of the example shown in FIG. 1 have lengths in the X direction, the Y direction, and the Z direction, for example, It has a flat plate shape of 400 mm to 1000 mm, 400 mm to 1000 mm, 3 mm to 30 mm.

なお、本実施形態のセラミック接合体10は、棒状や筒状同士の接合体や、平板状と筒状との接合体などであってもよく、セラミック焼結体を接合するものであり、上述した接合層3の構成を満たすものであれば、図1に示す形状に限定されるものではない。また、図1に示す例のセラミック接合体10における接合層3は、厚み(Z方向の長さ)が例えば5μm〜100μmである。   The ceramic joined body 10 of the present embodiment may be a rod-like or tubular joined body, a joined body of a flat plate shape and a tubular shape, etc., and joins a ceramic sintered body. The shape shown in FIG. 1 is not limited as long as the structure of the bonding layer 3 is satisfied. Further, the bonding layer 3 in the ceramic bonded body 10 of the example shown in FIG. 1 has a thickness (length in the Z direction) of, for example, 5 μm to 100 μm.

また、第1のセラミック焼結体1および第2のセラミック焼結体2は、主成分が、例えば、炭化珪素、窒化珪素、炭窒化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムからなる焼結体である。なお、ここで主成分とは、焼結体を構成する全成分100質量%のうち、70質量%以上含有する成分をいう。   The first ceramic sintered body 1 and the second ceramic sintered body 2 are composed mainly of, for example, silicon carbide, silicon nitride, silicon carbonitride, boron carbide, boron nitride, aluminum nitride, or aluminum oxide. It is a sintered body. In addition, a main component means the component which contains 70 mass% or more among 100 mass% of all the components which comprise a sintered compact here.

また、本実施形態のセラミック接合体10によれば、内部3bにおける各成分を酸化物換算した含有量は、内部3bを構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のうち、希土
類元素が35質量%以上45質量%以下であり、珪素が35質量%以上45質量%以下であり、アルミニウムが15質量%以上25質量%以下であり、マグネシウムが0.1質量%以上1質量%
以下であり、外部における希土類元素を酸化物換算した含有量は、外部3aを構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のうち、56質量%以上64質量%以下であることが好適
である。
In addition, according to the ceramic joined body 10 of the present embodiment, the content of each component in the inner portion 3b in terms of oxide is 35% of rare earth elements out of a total of 100% by mass in terms of the components constituting the inner portion 3b in terms of oxide. Mass% to 45 mass%, silicon is 35 mass% to 45 mass%, aluminum is 15 mass% to 25 mass%, magnesium is 0.1 mass% to 1 mass%
The content of the external rare earth elements in terms of oxides is preferably 56% by mass or more and 64% by mass or less, out of a total of 100% by mass in terms of oxides of the components constituting the external 3a. .

内部3bにおける希土類元素および珪素を酸化物換算した含有量が35質量%以上45質量%以下であるときには、含有する珪素の酸化物によって形成される3次元網目状組織内に希土類元素が固溶することによって接合強度を高めることができる。また、接合層3における弾性が高くなるため、高温に曝されても接合層3にクラックが生じにくくなるため、高い接合強度を維持することができる。   When the content of the rare earth element and silicon in the inner 3b in terms of oxide is 35% by mass or more and 45% by mass or less, the rare earth element is dissolved in the three-dimensional network formed by the silicon oxide contained. As a result, the bonding strength can be increased. In addition, since the elasticity of the bonding layer 3 is increased, cracks are hardly generated in the bonding layer 3 even when exposed to high temperatures, so that high bonding strength can be maintained.

また、アルミニウムを酸化物換算した含有量が15質量%以上25質量%以下であるときには、高温に曝された際、接合層3に含まれる希土類元素の酸化物と珪素の酸化物との液相分離を抑制することができるため、接合層3が軟化しにくく、この軟化に伴う空隙が生じにくくなり、高い接合強度を維持することができる。   Further, when the content of aluminum converted into an oxide is 15% by mass or more and 25% by mass or less, the liquid phase of the rare earth element oxide and the silicon oxide contained in the bonding layer 3 when exposed to a high temperature. Since separation can be suppressed, the bonding layer 3 is difficult to soften, voids due to the softening are hardly generated, and high bonding strength can be maintained.

また、マグネシウムを酸化物換算した含有量が0.1質量%以上1質量%以下であるとき
には、マグネシウムはアルミニウムおよび酸素と結合しやすく、アルミン酸マグネシウム等の化合物を生成することにより、接合層3の接合強度を高めることができる。また、高温に曝されても、アルミン酸マグネシウム等の化合物は容易に分解せず、この分解による気化が生じにくく、接合層3に空隙が生じにくくなるため、高い接合強度を維持することができる。
Further, when the content of magnesium converted to an oxide is 0.1% by mass or more and 1% by mass or less, magnesium is easily bonded to aluminum and oxygen, and by forming a compound such as magnesium aluminate, bonding of the bonding layer 3 is achieved. Strength can be increased. In addition, even when exposed to high temperatures, compounds such as magnesium aluminate are not easily decomposed, and vaporization due to this decomposition is unlikely to occur, and voids are unlikely to be generated in the bonding layer 3, so that high bonding strength can be maintained. .

また、外部3aにおける希土類元素を酸化物換算した含有量が56質量%以上64質量%以下であるときには、高温に繰り返し曝される環境で用いられた際の組成変動を抑制しつつ、外部3aにおいて高い接合強度を有する接合層3とすることができる。   Further, when the content of the rare earth element in the external 3a in terms of oxide is 56% by mass or more and 64% by mass or less, in the external 3a while suppressing composition fluctuations when used in an environment that is repeatedly exposed to high temperatures. It can be set as the joining layer 3 which has high joining strength.

また、本実施形態のセラミック接合体10は、外部3aに、第1のセラミック焼結体1および第2のセラミック焼結体2(以下、第1のセラミック焼結体1および第2のセラミック焼結体2を被接合体と記載する場合がある。)のいずれにも接する希土類元素を含む酸化物からなる結晶を有していることが好適である。このような構成を満たすときには、接合層3において、熱伝導性が低い非晶質相(ガラス)を介することなく被接合体間が繋がることとなるため、被接合体間の熱伝達が良好になり、セラミック接合体10の熱伝導性を高めることができる。   In addition, the ceramic joined body 10 of the present embodiment has a first ceramic sintered body 1 and a second ceramic sintered body 2 (hereinafter referred to as the first ceramic sintered body 1 and the second ceramic sintered body) on the outside 3a. It may be preferable to have a crystal made of an oxide containing a rare earth element in contact with any of the bonded body 2). When satisfying such a configuration, in the bonding layer 3, the bonded bodies are connected without an amorphous phase (glass) having low thermal conductivity, so that heat transfer between the bonded bodies is good. Thus, the thermal conductivity of the ceramic joined body 10 can be increased.

ここで、被接合体のいずれにも結晶が接しているか否かについては、接合層3の断面を測定面とし、走査型電子顕微鏡(SEM)により撮影した反射電子像を用いて、例えば、150倍以上3000倍以下の倍率で確認すればよい。また、その結晶が、希土類元素を含む酸
化物からなる結晶であるか否かについては、X線回折装置を用いて測定することによって同定して確認すればよい。
Here, whether or not the crystal is in contact with any of the objects to be bonded is determined by using, for example, 150 reflected electron images taken with a scanning electron microscope (SEM) using the cross section of the bonding layer 3 as a measurement surface. What is necessary is just to confirm by the magnification of 3000 times or less. Whether the crystal is a crystal made of an oxide containing a rare earth element may be identified and confirmed by measurement using an X-ray diffractometer.

ここで、希土類元素を含む酸化物からなる結晶とは、希土類元素がイットリウムであるとき、例えば、酸化イットリウム、組成式がAlで表されるYAM、AlYOで表されるYAP、YAl12で表されるYAG等である。 Here, when the rare earth element is yttrium, the crystal made of an oxide containing a rare earth element is, for example, yttrium oxide, YAM whose composition formula is represented by Al 2 Y 4 O 9 , and YAP represented by AlYO 3. YAG represented by Y 3 Al 5 O 12 .

また、希土類元素がルテチウムであるとき、希土類元素を含む酸化物からなる結晶とは、例えば、酸化ルテチウムや、LuSiまたはLuSiOの組成式で表されるものである。 When the rare earth element is lutetium, the crystal made of an oxide containing the rare earth element is, for example, expressed by a composition formula of lutetium oxide, Lu 2 Si 2 O 7, or Lu 2 SiO 5 .

また、本実施形態のセラミック接合体10は、外部3aに、第1のセラミック焼結体1および第2のセラミック焼結体2のいずれにも接する希土類元素および珪素を含む酸化物からなる結晶を有していることが好適である。希土類元素および珪素を含む酸化物からなる結晶は、結晶の対称性が良好であることから、被接合体のいずれにも接しているときには、被接合体間の熱伝達がさらに良好に行なわれるため、セラミック接合体10の熱伝導性をさらに高めることができる。ここで、希土類元素および珪素を含む酸化物の結晶とは、ボラステナイト、アパタイト、ダイシリケート、モノシリケート等である。   Further, the ceramic joined body 10 of the present embodiment has a crystal made of an oxide containing a rare earth element and silicon in contact with both the first ceramic sintered body 1 and the second ceramic sintered body 2 on the outside 3a. It is suitable to have. A crystal made of an oxide containing a rare earth element and silicon has good crystal symmetry, and therefore heat transfer between the bonded bodies is further improved when contacting any of the bonded bodies. In addition, the thermal conductivity of the ceramic joined body 10 can be further increased. Here, the crystal of an oxide containing a rare earth element and silicon includes borastite, apatite, disilicate, monosilicate, and the like.

なお、被接合体のいずれにも結晶が接しているか否か、また、その結晶が希土類元素および珪素を含む酸化物からなる結晶であるか否かについては、希土類元素を含む酸化物からなる結晶における確認方法と同じ方法により行なうことができる。   Note that whether or not the crystal is in contact with any of the objects to be joined and whether or not the crystal is a crystal made of an oxide containing a rare earth element and silicon depends on whether the crystal is made of an oxide containing a rare earth element. It can be performed by the same method as the confirmation method in.

そして、上述した希土類元素を含む酸化物からなる結晶および希土類元素および珪素を含む酸化物からなる結晶は、その形状が柱状または針状であることが好適である。ここで、形状が柱状または針状であるとは、接合層3の断面において、結晶におけるアスペクト比が3以上である場合をいう。なお、アスペクト比は、JIS R 1670−2006に準拠し
て測定すればよい。
In addition, it is preferable that the crystal made of the oxide containing the rare earth element and the crystal made of the oxide containing the rare earth element and silicon have a columnar shape or a needle shape. Here, the shape being columnar or needle-shaped means that the aspect ratio of the crystal is 3 or more in the cross section of the bonding layer 3. The aspect ratio may be measured in accordance with JIS R 1670-2006.

また、本実施形態のセラミック接合体10は、接合層3がさらに窒素を含むことが好適である。接合層3が窒素を含むときには、接合層3を構成する酸化物の軟化点が高くなるため、高温で長時間曝された場合でも軟化しにくくなるとともに、熱による接合層3の膨張が抑制されることから、高温に繰り返し曝されても、接合層3にクラックが生じにくくなり、高い接合強度を維持することができる。特に、接合層3における窒素の含有量は、1質量%以上5質量%以下であることが好適であり、接合層3における窒素の有無および含有量は、EPMAによる定量分析、または接合層3のみを採取することができれば窒素分析装置により確認することができる。   In the ceramic joined body 10 of the present embodiment, it is preferable that the joining layer 3 further contains nitrogen. When the bonding layer 3 contains nitrogen, the softening point of the oxide constituting the bonding layer 3 is increased, so that it is difficult to soften even when exposed to a high temperature for a long time, and expansion of the bonding layer 3 due to heat is suppressed. Therefore, even if repeatedly exposed to high temperatures, cracks are unlikely to occur in the bonding layer 3, and high bonding strength can be maintained. In particular, the content of nitrogen in the bonding layer 3 is preferably 1% by mass or more and 5% by mass or less, and the presence / absence and content of nitrogen in the bonding layer 3 are quantitative analysis by EPMA or only the bonding layer 3 Can be confirmed by a nitrogen analyzer.

また、本実施形態のセラミック接合体10における接合層3は、外部3aの厚みが内部3bの厚みよりも厚いことが好適である。外部3aの厚みが内部3bの厚みよりも厚いときには、高温に繰り返し曝された際の組成変動を抑制することができるため、接合強度を高く維持することができる。   Moreover, it is suitable for the joining layer 3 in the ceramic joined body 10 of this embodiment that the thickness of the exterior 3a is thicker than the thickness of the interior 3b. When the thickness of the outer part 3a is larger than the thickness of the inner part 3b, the composition fluctuation when repeatedly exposed to a high temperature can be suppressed, so that the bonding strength can be kept high.

また、本実施形態のセラミック接合体10における接合層3は、外部3aにおける接合界面のうねりが内部3bにおける接合界面のうねりよりも大きいことが好適である。このような構成を満たすときには、接合層3の外部3aから内部3bに向かってせん断力が掛かっても接合層3が剥離しにくくなる。ここで、うねりが大きい状態とは、例えば、断面における接合界面を見たとき、第2のセラミック焼結体を構成する結晶が接合層3側に入り込み、接合層3が第2のセラミック焼結体2側に入り込んでいる状態のことである。   Further, in the bonding layer 3 in the ceramic bonded body 10 of the present embodiment, it is preferable that the waviness of the bonding interface in the outer 3a is larger than the waviness of the bonding interface in the inner 3b. When satisfying such a configuration, even if a shearing force is applied from the outer side 3a to the inner side 3b of the bonding layer 3, the bonding layer 3 is difficult to peel off. Here, the state in which the waviness is large means that, for example, when the bonding interface in the cross section is viewed, the crystals constituting the second ceramic sintered body enter the bonding layer 3 side, and the bonding layer 3 is the second ceramic sintered. It is in a state of entering the body 2 side.

なお、うねりの大きさは、図1(b)に示すような断面において、第2のセラミック焼結体2を構成する結晶の中で接合層3側に最も入り込んでいる山頂部と、接合層3が第2のセラミック焼結体2側に最も深く入り込んでいる谷底部との差で表し、この差は、SEMを用いて2000倍以上4000倍以下の倍率で確認すればよい。   In addition, in the cross section as shown in FIG. 1B, the size of the undulation is the summit portion that enters the bonding layer 3 side most in the crystal constituting the second ceramic sintered body 2, and the bonding layer. 3 is represented by the difference from the bottom of the valley that penetrates most deeply into the second ceramic sintered body 2 side, and this difference may be confirmed at a magnification of 2000 times or more and 4000 times or less using SEM.

また、本実施形態のセラミック接合体10は、接合層3が気孔を含まないことが好適である。接合層3が気孔を含まないときには、セラミック接合体10が熱衝撃を受けても、気孔の輪郭を起点とするクラックを生じることが少ないため、熱衝撃に対する信頼性を高めることができる。接合層3における気孔は、SEMにより撮影した反射電子像を用いて、例えば、150倍以上2000倍以下の倍率で確認することができる。   In the ceramic joined body 10 of the present embodiment, it is preferable that the joining layer 3 does not include pores. When the bonding layer 3 does not include pores, even if the ceramic bonded body 10 is subjected to thermal shock, cracks starting from the outline of the pores are rarely generated, so that the reliability against thermal shock can be improved. The pores in the bonding layer 3 can be confirmed, for example, at a magnification of 150 to 2000 times using a backscattered electron image taken by SEM.

また、本実施形態のセラミック接合体10を構成する被接合体は、相対密度がいずれも95%以上99%以下であることが好適である。ここで、被接合体の相対密度は、JIS R 1634−1998に準拠してセラミック焼結体の見掛密度を求め、この見掛密度をそれぞれのセラミック焼結体の理論密度で除すことにより求めればよい。   Moreover, it is preferable that the relative density of the members to be joined constituting the ceramic joined body 10 of the present embodiment is 95% or more and 99% or less. Here, the relative density of the objects to be joined is obtained by obtaining the apparent density of the ceramic sintered body in accordance with JIS R 1634-1998, and dividing this apparent density by the theoretical density of each ceramic sintered body. Find it.

次に、本実施形態のセラミック接合体の製造方法の一例について説明する。   Next, an example of the manufacturing method of the ceramic joined body of this embodiment is demonstrated.

まず、希土類元素の酸化物、酸化珪素、酸化アルミニウムおよび酸化マグネシウムの各粉末を準備する。ここで、接合層の内部における各成分を酸化物換算した含有量を、内部を構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のうち、希土類元素を35質量%以上45質
量%以下、珪素を35質量%以上45質量%以下、アルミニウムを15質量%以上25質量%以下、マグネシウムを0.1質量%以上1質量%以下とするには、各粉末の質量比率は、希土類
元素の酸化物が35質量%以上45質量%以下、酸化珪素が35質量%以上45質量%以下、酸化アルミニウムが15質量%以上25質量%以下、酸化マグネシウムが0.1質量%以上1質量%
以下であり、これらの粉末の合計が100質量%となるように秤量して混合する。
First, each powder of rare earth oxide, silicon oxide, aluminum oxide and magnesium oxide is prepared. Here, the content of each component in the bonding layer in terms of oxides, of the total 100% by mass in terms of oxides of the components constituting the interior, 35% to 45% by mass of rare earth elements, silicon To make 35 mass% to 45 mass%, aluminum 15 mass% to 25 mass%, and magnesium 0.1 mass% to 1 mass%, the mass ratio of each powder is 35 masses of rare earth element oxide. % To 45% by mass, silicon oxide to 35% to 45% by mass, aluminum oxide to 15% to 25% by mass, magnesium oxide to 0.1% to 1% by mass
These are weighed and mixed so that the total of these powders is 100% by mass.

なお、各粉末の平均粒径は、例えば、希土類元素の酸化物が5μm〜6μm、酸化珪素が1μm以下、酸化アルミニウムが0.4μm〜2μm、酸化マグネシウムが0.5μm〜2μmであり、酸化珪素および酸化アルミニウムの粉末の平均粒径は、いずれも0.4μm〜0.6μmであることが好適である。   The average particle size of each powder is, for example, 5 to 6 μm for rare earth element oxides, 1 μm or less for silicon oxide, 0.4 to 2 μm for aluminum oxide, and 0.5 to 2 μm for magnesium oxide. The average particle size of the aluminum powder is preferably 0.4 μm to 0.6 μm.

また、接合層に窒素を含ませるには、上述した粉末の合計100質量%に対して、例えば
、平均粒径が0.5μm〜1.5μmである窒化珪素の粉末を1質量%以上5質量%加えて混合すればよい。
In order to include nitrogen in the bonding layer, for example, silicon nitride powder having an average particle diameter of 0.5 μm to 1.5 μm is added in an amount of 1% by mass to 5% by mass with respect to the total of 100% by mass of the powder described above. And mix.

次に、ノルマルパラフィン系の疎水性の有機溶媒と、分散剤であるソルビタン脂肪酸エステルとを10:1の質量比率で混合した有機溶剤とともに、上述した混合粉末を撹拌脱泡機に入れて、撹拌・脱泡を行なうことによってペースト状の接合剤を得る。   Next, together with the organic solvent in which the normal paraffinic hydrophobic organic solvent and the dispersant sorbitan fatty acid ester are mixed at a mass ratio of 10: 1, the above-mentioned mixed powder is put into a stirring deaerator and stirred. -A paste-like bonding agent is obtained by defoaming.

次に、被接合体として、公知の方法により作製した炭化珪素質焼結体からなる第1のセラミック焼結体および第2のセラミック焼結体を用意する。そして、被接合体のいずれか一方の接合面に、スクリーンSUSメッシュ規格で定められるメッシュ番号が♯80以上♯400以下であるスクリーン製版を用いて接合剤を塗布(印刷)する。特に、スクリーン製版のメッシュは♯140以上♯180以下であることが好適である。また、接合剤の塗布厚みは、例えば、6μm以上110μm以下である。   Next, the 1st ceramic sintered compact and the 2nd ceramic sintered compact which consist of a silicon carbide sintered body produced by the well-known method are prepared as a to-be-joined body. Then, a bonding agent is applied (printed) to any one of the bonding surfaces of the objects to be bonded using a screen plate making whose mesh number defined by the screen SUS mesh standard is # 80 or more and # 400 or less. In particular, the screen plate mesh is preferably # 140 or more and # 180 or less. The application thickness of the bonding agent is, for example, 6 μm or more and 110 μm or less.

そして、被接合体の接合面同士を合わせた後、接合面に垂直な方向から圧力を加える。なお、ここで加える圧力は、接合面の上側に位置する被接合体の自重によるものであってもよい。   And after joining the joining surfaces of a to-be-joined body, a pressure is applied from the direction perpendicular | vertical to a joining surface. Note that the pressure applied here may be due to the weight of the object to be joined located above the joining surface.

次に、多孔質の炭素製の熱処理容器内に入れて熱処理する。このとき、接合面に垂直な方向から圧力を加えた状態で熱処理することが好適であり、例えば、面圧が1KPa以上2KPa以下であることが好適である。また、熱処理条件は、真空雰囲気中において800
℃まで昇温した後、熱処理容器の内部に窒素を供給して昇温を続け、窒素雰囲気中において保持温度および保持時間をそれぞれ1400℃以上1600℃以下、30分以上90分以下である。そして、このような熱処理を経ることにより、本実施形態のセラミック接合体を得ることができる。
Next, it is heat-treated in a porous carbon heat-treatment container. At this time, it is preferable to perform heat treatment in a state in which pressure is applied from a direction perpendicular to the bonding surface. For example, the surface pressure is preferably 1 KPa or more and 2 KPa or less. Also, the heat treatment condition is 800 in a vacuum atmosphere.
After raising the temperature to 0 ° C., nitrogen is supplied to the inside of the heat treatment container and the temperature rise is continued, and the holding temperature and holding time are 1400 ° C. to 1600 ° C. and 30 minutes to 90 minutes in the nitrogen atmosphere, respectively. And the ceramic joined body of this embodiment can be obtained by passing through such heat processing.

ここで、多孔質の炭素製の熱処理容器を用いる理由は、珪素、アルミニウムおよびマグネシウムの各酸化物は、いずれも希土類元素の酸化物よりも蒸気圧が高く、高温に曝されると揮散しやすいという特性を利用するためであり、このような熱処理容器を用いることによって、接合層の内部における希土類元素を酸化物換算した含有量より、接合層の外部における希土類元素を酸化物換算した含有量が多いセラミック接合体を得ることができる。   Here, the reason for using a porous carbon heat treatment vessel is that each of oxides of silicon, aluminum, and magnesium has a higher vapor pressure than oxides of rare earth elements, and is easily volatilized when exposed to high temperatures. By using such a heat treatment container, the content of the rare earth element inside the bonding layer converted to oxide is less than the content of the rare earth element inside the bonding layer converted to oxide. Many ceramic joined bodies can be obtained.

なお、上述した製造方法により得られたセラミック接合体の接合層の内部における各成分を酸化物換算した含有量は、内部を構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のう
ち、希土類元素が35質量%以上45質量%以下、珪素が35質量%以上45質量%以下、アルミニウムが15質量%以上25質量%以下、マグネシウムが0.1質量%以上1質量%以下となる
ものである。そして、外部における希土類元素を酸化物換算した含有量を、外部を構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のうち、56質量%以上64質量%以下とするには、
熱処理時に相対密度が83%以上86%以下である熱処理容器を用いればよい。
The content of each component in the bonding layer of the ceramic bonded body obtained by the above-described manufacturing method in terms of oxide is the total amount of 100% by mass of the component constituting the oxide in terms of oxide. 35 mass% to 45 mass%, silicon is 35 mass% to 45 mass%, aluminum is 15 mass% to 25 mass%, and magnesium is 0.1 mass% to 1 mass%. And, in order to make the content of the rare earth element outside converted into an oxide, the total constituting 100% by mass of the component constituting the outside converted into an oxide, 56 mass% or more and 64 mass% or less,
A heat treatment container having a relative density of 83% to 86% during heat treatment may be used.

また、接合層の外部に、第1のセラミック焼結体および第2のセラミック焼結体のいずれにも接する希土類元素を含む酸化物からなる結晶を有するセラミック接合体を得るには、累積分布曲線における累積90質量%の粒径であるD90が接合層の厚みの90%以上とな
る希土類元素の酸化物の粉末を用いればよい。
Further, in order to obtain a ceramic joined body having a crystal made of an oxide containing a rare earth element in contact with either the first ceramic sintered body or the second ceramic sintered body outside the joining layer, a cumulative distribution curve is obtained. In this case, a rare earth element oxide powder in which D 90, which has a cumulative particle diameter of 90% by mass, is 90% or more of the thickness of the bonding layer, may be used.

また、接合層の外部に、第1のセラミック焼結体および第2のセラミック焼結体のいずれにも接する希土類元素および珪素を含む酸化物からなる結晶を有するセラミック接合体を得るには、上記D90が接合層の厚みの90%以上となる希土類元素の酸化物の粉末および平均粒径が0.5μm以下である酸化珪素の粉末を用いればよい。 In order to obtain a ceramic joined body having a crystal composed of an oxide containing a rare earth element and silicon in contact with both the first ceramic sintered body and the second ceramic sintered body outside the joining layer, A rare earth oxide powder having a D 90 of 90% or more of the thickness of the bonding layer and a silicon oxide powder having an average particle size of 0.5 μm or less may be used.

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.

まず、希土類元素の酸化物、酸化珪素、酸化アルミニウムおよび酸化マグネシウムの各粉末を準備した。なお、希土類元素の酸化物の粉末の種類は、表1に示す通りである。   First, rare earth element oxide, silicon oxide, aluminum oxide and magnesium oxide powders were prepared. The types of rare earth element oxide powders are as shown in Table 1.

そして、各粉末の質量比率が、希土類元素の酸化物を40質量%、酸化珪素を39.5質量%、酸化アルミニウムを20質量%、酸化マグネシウムを0.5質量%となるように秤量した後
、混合した。なお、試料No.9,10については、Yが35質量%、Luが5質量%となるように秤量した。
Then, each powder was weighed so that the mass ratio was 40% by mass of the rare earth element oxide, 39.5% by mass of silicon oxide, 20% by mass of aluminum oxide, and 0.5% by mass of magnesium oxide, and then mixed. Sample No. The 9, 10, Y 2 O 3 is 35 wt%, was weighed so Lu 2 O 3 is 5% by mass.

また、各粉末の平均粒径は、希土類元素の酸化物を5.5μm、酸化珪素を0.6μm、酸化アルミニウムを0.5μm、酸化マグネシウムを1.2μmとした。   The average particle size of each powder was 5.5 μm for rare earth oxide, 0.6 μm for silicon oxide, 0.5 μm for aluminum oxide, and 1.2 μm for magnesium oxide.

次に、ノルマルパラフィン系の疎水性の有機溶媒と、分散剤であるソルビタン脂肪酸エステルとを10:1の質量比率で混合した有機溶剤とともに、混合粉末を撹拌脱泡機に入れて、撹拌・脱泡を行なうことによってペースト状の接合剤を得た。   Next, the mixed powder is put into a stirring deaerator together with an organic solvent in which a normal paraffinic hydrophobic organic solvent and a sorbitan fatty acid ester as a dispersant are mixed at a mass ratio of 10: 1. A paste-like bonding agent was obtained by foaming.

次に、公知の方法により作製した50mm□で厚みが3mmの炭化珪素質焼結体からなる第1のセラミック焼結体および第2のセラミック焼結体を用意した。そして、第2のセラミック焼結体の接合面に、スクリーンSUSメッシュ規格で定められるメッシュ番号が♯165であるスクリーン製版を用いて接合剤を塗布した。このとき、接合剤の塗布厚みは、45μmとした。   Next, a first ceramic sintered body and a second ceramic sintered body made of a silicon carbide sintered body having a thickness of 50 mm □ and a thickness of 3 mm prepared by a known method were prepared. Then, a bonding agent was applied to the bonding surface of the second ceramic sintered body using a screen plate making whose mesh number defined by the screen SUS mesh standard was # 165. At this time, the coating thickness of the bonding agent was 45 μm.

次に、第1のセラミック焼結体の接合面と合わせた後、接合面に垂直な方向から圧力を加えた。その後、表1に示す相対密度の炭素製の熱処理容器内に入れて熱処理した。   Next, after matching with the joint surface of the first ceramic sintered body, pressure was applied from a direction perpendicular to the joint surface. Then, it put in the heat processing container made from carbon of the relative density shown in Table 1, and heat-processed.

熱処理条件としては、真空雰囲気中において800℃まで昇温した後、熱処理容器の内部
に窒素を供給して昇温を続け、窒素雰囲気中において保持温度および保持時間をそれぞれ1520℃、60分とした。また、接合面に1.5KPaの面圧を掛けた状態で熱処理を行なった
。そして、上述した方法により、試料No.1〜10のセラミック接合体を得た。
As heat treatment conditions, after raising the temperature to 800 ° C. in a vacuum atmosphere, nitrogen was supplied to the inside of the heat treatment vessel to continue the temperature rise, and the holding temperature and holding time in the nitrogen atmosphere were 1520 ° C. and 60 minutes, respectively. . Further, heat treatment was performed in a state where a surface pressure of 1.5 KPa was applied to the joint surface. And by the method mentioned above, sample No. 1 to 10 ceramic joined bodies were obtained.

そして、これらの試料を用いて熱サイクル試験を行なった。この試験は、試料を、熱処理装置内に配置して、水蒸気を含む酸素分圧が10−9MPaの雰囲気中において、1250℃で10時間保持する熱処理をし、その後大気中で常温(25℃)まで放冷し、この熱処理から放冷までのサイクルを1サイクルとし、10サイクル繰り返す毎に、光学顕微鏡を用いて100倍の倍率で接合層を観察し、剥離が初めて観察されたサイクル数を表1に示した。 And the thermal cycle test was done using these samples. In this test, a sample was placed in a heat treatment apparatus and subjected to heat treatment for 10 hours at 1250 ° C. in an atmosphere having an oxygen partial pressure containing water vapor of 10 −9 MPa. ), The cycle from this heat treatment to cooling is 1 cycle, and after every 10 cycles, the bonding layer was observed at a magnification of 100 times using an optical microscope, and the number of cycles where peeling was first observed. It is shown in Table 1.

また、試料No.1〜10の別試料を用意し、図1に示すような断面を切り出し、EPMAを用いて、外部における希土類元素の酸化物換算での含有量と、内部における各成分の酸化物換算での含有量を求めた。内部における希土類元素の酸化物換算での含有量は40質量%であり、酸化珪素(SiO)の含有量は39.5質量%であり、酸化アルミニウム(A
)の含有量は20質量%であり、酸化マグネシウム(MgO)の含有量は0.5質量
%であり、調合通りであったことを確認した。外部および内部における希土類元素の酸化物換算での含有量を表1に示す。
Sample No. Prepare another sample of 1 to 10, cut out the cross section as shown in FIG. 1, and using EPMA, the content of rare earth elements outside in oxide equivalent and the content of each component inside in oxide equivalent The amount was determined. The content of the rare earth element inside in terms of oxide is 40% by mass, the content of silicon oxide (SiO 2 ) is 39.5% by mass, and aluminum oxide (A
The content of l 2 O 3 ) was 20% by mass, and the content of magnesium oxide (MgO) was 0.5% by mass, confirming that it was as prepared. Table 1 shows the contents of rare earth elements in terms of oxides on the outside and inside.

表1に示すように、試料No.1,3,5,7,9は、試料No.2,4,6,8,10に比べて、熱サイクル試験における剥離が初めて観察された回数が高かった。この結果より、希土類元素、珪素、アルミニウムおよびマグネシウムを含む酸化物からなる接合層を介して接合されてなり、接合層の内部における希土類元素を酸化物換算した含有量より、接合層の外部における希土類元素を酸化物換算した含有量が多いことによって、高温に繰り返し曝されても、接合層の外部における組成変動が抑制されているため、接合強度を高く維持することができ、長期間に亘る使用に耐え得る高い信頼性を有するセラミック接合体であることがわかった。   As shown in Table 1, sample no. 1, 3, 5, 7, and 9 are sample Nos. Compared to 2, 4, 6, 8, and 10, the number of times that peeling was first observed in the thermal cycle test was higher. From this result, it is bonded via a bonding layer made of an oxide containing rare earth elements, silicon, aluminum and magnesium. Due to the high content of elements in terms of oxides, the composition fluctuation outside the bonding layer is suppressed even when repeatedly exposed to high temperatures, so that the bonding strength can be kept high, and it can be used over a long period of time. It was found that the ceramic joined body has high reliability and can withstand

調合量および熱処理時に用いる熱処理容器の相対密度を表2に示す通りとしたこと以外は実施例1と同様の方法により、試料No.11〜37のセラミック接合体を作製した。   Sample No. 2 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending amount and the relative density of the heat treatment container used during heat treatment were as shown in Table 2. 11 to 37 ceramic joined bodies were produced.

また、実施例1と同様の方法により、熱サイクル試験を行なった。また。実施例1と同様の方法により、外部における希土類元素の酸化物換算での含有量と、内部における各成分の酸化物換算での含有量を確認した。その結果、各成分の内部における各成分の酸化物換算での含有量は、調合通りであった。表2に、剥離が初めて観察されたサイクル数および外部および内部における希土類元素の酸化物換算での含有量を示す。   In addition, a thermal cycle test was performed in the same manner as in Example 1. Also. In the same manner as in Example 1, the content of the rare earth element in the outside in terms of oxide and the content in the inside of each component in terms of oxide were confirmed. As a result, the content of each component in terms of oxide in each component was as prepared. Table 2 shows the number of cycles in which exfoliation was first observed and the content of rare earth elements in terms of oxides outside and inside.

表2に示すように、内部における各成分を酸化物換算した含有量が、内部を構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のうち、希土類元素が35質量%以上45質量%以下であ
り、珪素が35質量%以上45質量%以下であり、アルミニウムが15質量%以上25質量%以下であり、マグネシウムが0.1質量%以上1質量%以下であり、外部における希土類元素を
酸化物換算した含有量が、外部を構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のうち、56質量%以上64質量%以下であることにより、接合層に空隙が生じにくく、高い接合強度
を維持し、さらに長期間に亘る使用に耐え得る高い信頼性を有するセラミック接合体となることがわかった。
As shown in Table 2, rare earth elements are 35% by mass or more and 45% by mass or less of the total content of 100% by mass of each component in the interior converted to oxide. , Silicon is not less than 35% by mass and not more than 45% by mass, aluminum is not less than 15% by mass and not more than 25% by mass, magnesium is not less than 0.1% by mass and not more than 1% by mass, and external rare earth elements are converted into oxides The amount is 56% by mass or more and 64% by mass or less out of the total 100% by mass of the components constituting the outside in terms of oxides, so that voids are not easily generated in the bonding layer, maintaining high bonding strength, It turned out that it becomes a ceramic joined body with the high reliability which can endure the use over a period.

実施例1の試料No.1を作製した方法と同様の方法により作製した試料No.38と、累積分布曲線における累積90質量%の粒径であるD90が36μmの希土類元素の酸化物の粉末を用いたこと以外は試料No.1を作製した方法と同様の方法により作製した試料No.39と、上記D90が36μmの希土類元素の酸化物の粉末および平均粒径が0.5μmの
酸化珪素粉末を用いたこと以外は試料No.1を作製した方法と同様の方法により作製した試料No.40とを用意した。
Sample No. 1 of Example 1 Sample No. 1 produced by the same method as that produced Sample No. 38, except that a rare earth oxide powder having a particle size of 90 μm in the cumulative distribution curve and a D 90 of 36 μm in the cumulative distribution curve was used. Sample No. 1 produced by the same method as that produced And 39, except that the powder and the average particle diameter of the oxide of a rare earth element of the D 90 of 36μm was used silicon oxide powder of 0.5μm Sample No. Sample No. 1 produced by the same method as that produced 40 and prepared.

そして、接合層の外部において、第1のセラミック焼結体および第2のセラミック焼結体のいずれにも接する結晶の有無を確認した。なお、この確認においては、SEMにより撮影した各試料の接合層を含む断面の反射電子像を用いて3000倍の倍率で確認した。その結果、試料No.38においては、第1のセラミック焼結体および第2のセラミック焼結体のいずれにも接する結晶は確認されなかったが、試料No.39および試料No.40については、第1のセラミック焼結体および第2のセラミック焼結体のいずれにも接する結晶が確認された。   And the presence or absence of the crystal | crystallization which contact | connects both the 1st ceramic sintered compact and the 2nd ceramic sintered compact was confirmed in the exterior of the joining layer. In this confirmation, confirmation was performed at a magnification of 3000 times using a backscattered electron image of the cross section including the bonding layer of each sample photographed by SEM. As a result, sample no. In No. 38, crystals in contact with either the first ceramic sintered body or the second ceramic sintered body were not confirmed. 39 and Sample No. For 40, crystals in contact with both the first ceramic sintered body and the second ceramic sintered body were confirmed.

次に、試料No.39および試料No.40について、X線回折装置を用いて結晶の同定を行なった。その結果、試料No.39の接合層の外部における結晶はYであり、試料No.40における結晶はYSiOであった。 Next, sample No. 39 and Sample No. For 40, crystals were identified using an X-ray diffractometer. As a result, sample no. The crystal outside the bonding layer of 39 is Y 2 O 3 , and sample no. The crystal at 40 was Y 2 SiO 7 .

次に、各試料の熱伝導率を測定した。その結果、試料No.39および試料No.40は、試料No.38より熱伝導率が高く、中でも試料No.40の熱伝導率が最も高かった。この結果、接合層の外部において、第1のセラミック焼結体および第2のセラミック焼結体のいずれにも接する結晶が存在していることにより、セラミック接合体の熱伝導率を高めることができ、この結晶が、希土類元素および珪素を含む酸化物の結晶であることによって、さらに熱伝導性を高められることがわかった。   Next, the thermal conductivity of each sample was measured. As a result, sample no. 39 and Sample No. 40 is sample No. The thermal conductivity is higher than 38. The thermal conductivity of 40 was the highest. As a result, the presence of crystals in contact with both the first ceramic sintered body and the second ceramic sintered body outside the bonding layer can increase the thermal conductivity of the ceramic bonded body. It has been found that the thermal conductivity can be further enhanced by the fact that this crystal is an oxide crystal containing a rare earth element and silicon.

1:第1のセラミック焼結体
2:第2のセラミック焼結体
3:接合層
3a:外部
3b:内部
1: First ceramic sintered body 2: Second ceramic sintered body 3: Bonding layer 3a: External 3b: Internal

Claims (5)

第1のセラミック焼結体と第2のセラミック焼結体とが、希土類元素、珪素、アルミニウムおよびマグネシウムを含む酸化物からなる接合層を介して接合されてなり、前記接合層の内部における各成分を酸化物換算した含有量は、前記内部を構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のうち、希土類元素が35質量%以上45質量%以下であり、珪素が35質量%以上45質量%以下であり、アルミニウムが15質量%以上25質量%以下であり、マグネシウムが0.1質量%以上1質量%以下であり、前記内部における希土類元素を酸化物換算した含有量より、前記接合層の外部における希土類元素を酸化物換算した含有量が多いことを特徴とするセラミック接合体。 The first ceramic sintered body and the second ceramic sintered body are joined via a joining layer made of an oxide containing rare earth elements, silicon, aluminum and magnesium, and each component inside the joining layer. The content in terms of oxides is 35% by mass to 45% by mass of rare earth elements and 35% by mass to 45% by mass of silicon out of a total of 100% by mass in terms of oxides of the components constituting the interior. The aluminum content is 15% by mass or more and 25% by mass or less, and the magnesium content is 0.1% by mass or more and 1% by mass or less . A ceramic joined body having a large content of rare earth elements in the form of oxide. 記外部における希土類元素を酸化物換算した含有量は、前記外部を構成する成分を酸化物換算した合計100質量%のうち、56質量%以上64質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のセラミック接合体。 Content in terms oxides of rare earth elements before Kigaibu, claims wherein among the total 100 mass% of the component in terms oxide constituting the outside and equal to or less than 56 to 64 mass% 2. The ceramic joined body according to 1. 前記外部に、前記第1のセラミック焼結体および前記第2のセラミック焼結体のいずれにも接する希土類元素を含む酸化物からなる結晶を有していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミック接合体。   2. The crystal according to claim 1, further comprising a crystal made of an oxide containing a rare earth element in contact with both the first ceramic sintered body and the second ceramic sintered body. Item 3. The ceramic joined body according to Item 2. 前記外部に、前記第1のセラミック焼結体および前記第2のセラミック焼結体のいずれにも接する希土類元素および珪素を含む酸化物からなる結晶を有していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミック接合体。   2. A crystal formed of an oxide containing a rare earth element and silicon in contact with both of the first ceramic sintered body and the second ceramic sintered body is provided on the outside. Or the ceramic joined body of Claim 2. 前記接合層が、さらに窒素を含んでいることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のセラミック接合体。   The ceramic joined body according to any one of claims 1 to 4, wherein the joining layer further contains nitrogen.
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