JPH0251476A - セラミックス材料の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、酸化物系、非酸化物系からなる同種もしくは
異種のセラミックス材料相互を強固に接合するための方
法に関する。

［従来の技術］ 酸化物系または非酸化物系の各種セラミックスは、耐熱
耐食性の構造材料として汎用されているが、具体的な部
材に用いる場合には構造設計に応じてセラミックス材料
を接合して組立加工しなければならないケースが多く発
生する。

従来、このようなセラミックス材料相互を接合する手段
としては、突き合わせ部分を接着剤で接着したのち電気
炉あるいは高周波誘導炉のような加熱炉中で処理する方
法（接着接合法）が典型的なものとして知られている。

この場合、接着剤として導電性の物質を選定使用し、こ
れに通電して抵抗発熱させることにより接着成分を溶融
・拡散させる電気接合法も提案されている（特開昭６２
−６５９８５号公報）。

また、これらの方法とは別に、レーザーを加熱源として
接合部分に照射し、溶接作用を介して接合するレーザー
溶接法も開発されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、接着接合法による場合には、接合処理に
長時間を要するうえに、接合するセラミックス材料の寸
法形状が加熱炉の構造によって制約を受けるという問題
点がある。また、電気接合法には、接合が可能なセラミ
ックス材料ならびに接着剤に材質上の限定を受ける難点
がある。

一方、レーザー溶接法は、接着剤を用いる上記の方法に
比べて効率よく接合できる利点は認められるが、非酸化
物系のセラミックス材料の接合については空気中でおこ
なうことができず、真空状態または還元、不活性の雰囲
気に保持された密閉容器の中で処理することが必要とな
る。このため、接合材料の形状に制約を受けるという解
決すべき課題が残されている。

本発明は、接合するセラミックス材料の材質、形状、接
着剤の種類および有無、接合段階の雰囲気など接合にあ
たっての制約条件に影響されることなしに強固な接合を
得ることができるセラミックス材料の接合方法を提供す
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によるセラミックス材料の接合方法は、水素、酸
素、窒素、不活性ガスおよびこれら二種以上の混合ガス
中で発生させた高温プラズマを熱源とすることを構成要
旨とする。

すなわち、水素、酸素、窒素あるいはアルゴン、ヘリウ
ムのような不活性ガス、またはこれらの混合ガス中で燃
焼、放電等によって発生した高温プラズマを熱源に利用
して、接合部分を直接的に溶融・拡散させ、あるいは、
新たに接合成分を生成させ、これを接合部分に溶射・析
出させることにより接合するものである。

このうち、直接的に接合する方法は、高温プラズマを接
合すべきセラミックス材料の突き合わせ部分に照射して
セラミックス成分を溶融・拡散させることによりおこな
われる。

プラズマの発生電源は、直流、低周波交流、高周波ある
いはマイクロ波のいずれであってもよく、プラズマのガ
ス温度は接合すべきセラミックス材料の材質、とくに溶
融温度、分解温度などを考慮して設定する。

高温プラズマは接合するセラミックス材料の突き合わせ
部分に照射するが、この際、突き合わせ部分が均等に照
射されるように接合部材の位置調整をおこなうようにす
ると良結果が得られる。また、熱１１窄に弱いセラミッ
クス材料は、常温から直ちに高温プラズマを当てるとク
ラックなどの損傷を生じることがあるので、予め接合部
分を予備加熱しておくことが望ましい。

この場合には、突き合わせ部分のセラミックス成分がプ
ラズマ熱によって溶融・拡散し、強固に接合される。

もう１つの具体的な接合手段は、高温プラズマにより有
機化合物、無機化合物、金属、あるいは非金属を分解ま
たは気化させて、接合すべきセラミックス成分と同種も
しくは異種の気体を生成し、該気体をセラミックス材料
の突き合わせ部分に溶射・析出させる方法である。

例えば、非酸化物セラミックスとしてＳｉＣを接合成分
とする場合には、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスと
水素ガスの単独または混合ガス中で高温プラズマを発生
させ、これを熱源としてＳ１粉末あるいはＳｉの有機化
合物、ハロゲン化物、水素化物などの易分解性化合物と
カーボン源を反応させてＳｉＣを得る。

好適なＳｉ有機化合物としては、ＣＨ＊Ｓ＋ＣＩ１、ｃ
、ＨｓＳｉＣＩ３、（ＣＨ３）ｉｓ　ｉ　Ｃ！　、　（
ＣＨ：＋）ｚｓ　ｒ　ＣＩ　ｚ、（Ｃ２Ｈ５）２Ｓ　ｉ
　ＣＩ　ｚ、（ＣＨ３）４Ｓ　ｉ　、　ＣＨｚＳ　ｉ　
Ｈｉ、（ＣｉＨｓ）Ｓ　ｉ　Ｈ２、（Ｃ３Ｈ１）ＳｉＨ
，ＣＨｚＳｉＨＣ１□が挙げられる。また、Ｓｉのハロ
ゲン化物あるいは水素化物としてはＳｉ　ＣＩ　ａ、Ｓ
　ｉ　ＨＣＩｓ、Ｓ　ｒ　Ｆ　ａ、５ｉＢｒ、、５ＩＨ
４等が用いられるが、この場合にはＳｉ［にＳ１粉末を
用いたときと同じく、ＣＨ４、Ｃｔ　Ｈ＝、Ｃｓ　Ｈｅ
、Ｃ，Ｈ，、ＣＣｌ３、ＣＨＣＩｔのような有機物質を
併用する必要がある。

他方、例えば酸化物系のＡｌｚＯｉを接合成分とすると
きには、不活性ガス、水素ガス、酸素ガスの単独または
混合ガス中で高温プラズマを発生させ、このプラズマに
よりＡｔあるいはＡ１□Ｏ１、ＡｌＣｌ３、Ａ！ｔｃＩ
ｈ、ＡｌＢｒ５Ａｌｚ（ＳＯａ）３・１６Ｈ，Ｏなどの
ＡＩ化合物を分解して気体状のＡ１１ｂｉを生成させる
。

これら接合成分となる物質は、必ずしも接合すべきセラ
ミックス材料と同種のものである必要はなく、接合材料
と同等材質で特に熱膨張係数が近似するセラミックスで
あれば十分に適用が可能である。

このように発生された気体状の接合成分を接合するセラ
ミックス材料の突き合わせ部分に溶射し、析出させるこ
とによって強固な接合状態が得られる。

なお、上記の接合方法を採る場合、従来のような接着剤
を使用しても差し支えなく、その種類は限定されない。

〔作　用〕

本発明の接合方法によれば、接合すべきセラミックス材
料の材質、形状、接着剤の種類と有無、接合段階の雰囲
気などに制約を受けることはなく、常に自由度の高い条
件で強固な接合状態を得ることができる。とくに特徴的
な事項は、従来のレーザー溶接法では不可能とされてい
た大気中での非酸化物系セラミックスの接合が円滑に実
施できる点である。゛この理由は、本発明を適用する場
合には、プラズマガスとしてのアルゴンのような不活性
ガスや接合するセラミックス材料と同種・同等の組成を
もつガス体がプラズマ周辺を覆い、これが外部からの酸
素ガスの拡散・侵入を阻止する作用をなすことに基づく
ものであると推測される。

この特有の作用によって、例え大気中その他の酸化性雰
囲気であっても接合部分を酸化損傷させることなしに接
合することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

実施例１ 直流電源２と接続し、調整バルブ３．４を介してガス供
給装置５とパイプ連結するプラズマトーチｌと、このプ
ラズマトーチ１の下部に接合材料の回転機構手段８を備
える接合チャンバー６を設置した図示構造の装置を設置
した。そして、プラズマトーチ１の直下１０胴のところ
に突き合わせ部分が位置する状態に、接合材料７となる
２本のＡＩｚＯｚパイプ（直径３０価、肉厚３薗、曲げ
強度１５ｋｇ／ｍａ＋２）をセットした。

調整バルブ３を開いて装置系内をアルゴンガスで置換し
、接合材料７を６０間／分の周速で回転させながら、電
源出力４に−で放電させた。このようにして発生させた
直流プラズマを３分間に亘り接合材料の突き合わせ部分
に照射し、接合処理した。

接合後、接合部分の曲げ強度を測定したところ、１５ｋ
ｇ／ｍｌ”であり、接合すべきＡＩｔｏ、パイプの本体
強度と同値であった。

実施例２ 実施例Ｉと同一の装置を用い、プラズマトーチ１の直下
１０ｍのところに突き合わせ部分が位置するように接合
材料７をセットした。接合材料７としては、ＳｉＣパイ
プ（直径３０ｍｍ、肉厚２ｇ、曲げ強度１０ｋｇ／＋ｗ
２）を用いた。

接合チャンバー６の内部をアルゴンガスで置換したのち
、調整バルブ３を開いてアルゴンガスを１０ｐ、７分、
水素ガス３１７分の混合ガスを流した。

ついで接合材料７を周速８０ｍｍ／分で回転させながら
電源出力８に−で放電させ、その後、調整バルブ４を介
してＣＨ，０，６１７分、Ｓ　ｉ　Ｈｓ　０．６　ｚ／
分の混合ガスを３分間流入した。このようにして系内に
生成した気体状のＳｉＣを突き合わせ部分にプラズマ溶
射した。

上記の方法で接合したＳｉＣパイプの接合部分の曲げ強
度は８ｋｇ／ｌｒ＋＋ｎ”であり、本体部分と大差なく
強固なものであった。

実施例３ 実施例１と同一の装置を用い、プラズマトーチｌの直下
１０ｍのところに突き合わせ部分が位置するように接合
材料７をセットした。接合材料７は、実施例１と同一の
ＡｌｚＣｈパイプとし、突き合わせ面に粒径０．２μｍ
のＡ１□０．粉末にポリビニルアルコールを１ｗｔ％添
加して作成した接着剤を介在させた。

調整バルブ３を開いて装置系内をアルゴンガスで置換し
、接合材料７を６０ａｍ／分の周速で回転させながら、
電源出力１１に−で放電させた。このようにして発生さ
せた直流プラズマを３分間に亘って接合材料の突き合わ
せ部分に照射し、接合処理を施した。

接合後、接合部分の曲げ強度を測定したところ１５ｋｇ
／ｍｍ”であり、本体と同じ強度が付与されていること
が６！認された。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば接合時の条件に左右され
ることなく、酸化物系、非酸化物系を問わずあらゆる種
類のセラミックス材料相互を強固に接合することができ
る。したがって、要求される多様の構造設計に沿う接合
に対して常に円滑かつ迅速に対応することができるから
、セラミックス材料のより一層の用途拡大が期待できる
。

【図面の簡単な説明】

図は実施例に使用した直流プラズマ接合装置を示す略断
面図である。 ■・・・プラズマトーチ、　　２・・・直流電源、３．
４・・・調整バルブ、　５・・・ガス供給装置、６・・
・接合チャンバー　　７・・・接合材料。 特許出願人　　東海カーボン株式会社 東海高熱工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水素、酸素、窒素、不活性ガスおよびこれら二種以
   上の混合ガス中で発生させた高温プラズマを熱源とする
   ことを特徴とするセラミックス材料の接合方法。 ２、高温プラズマを、接合すべきセラミックス材料の突
   き合わせ部分に照射してセラミックス成分を溶融・拡散
   させる請求項１記載のセラミックス材料の接合方法。 ３、高温プラズマにより有機化合物、無機化合物、金属
   あるいは非金属を分解または気化させて、接合すべきセ
   ラミックス成分と同種もしくは異種の気体を生成し、該
   気体をセラミックス材料の突き合わせ部分に溶射・析出
   させる請求項１記載のセラミックス材料の接合方法。