JPH03279273A - セラミック接合体 - 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］ 本発明はセラミック板状体とセラミック管状体とから主
としてなるセラミック接合体に関する。

更に詳しくは、シール性および接合強度を向上させたセ
ラミック接合体に関する。

［従来の技術］ セラミックスは、その成分組成か酸化物、非酸化物に拘
らず、高度の耐熱・断熱性が有り、絶縁性、導電性、磁
気的・誘電的性質等の電気的・電子的機能を有し、また
耐摩耗性等の機械的性質も優れ、各種構造物の材料とし
て既に使用され、研究開発されている。

セラミックスを機械部品材料や構造物材料として使用す
る場合、種々の形状の機械部品や構造部材が要求され、
また各部品や部材の組合せも求められることになり、一
体成形により製造されるものは別として、あらゆる部分
においてセラミックスを接合固定する必要か生じる。

各種の部品一部材の中ても平板状部材と地形状の部材と
を組合せた接合体は、機械部品や構造部材として多く使
用され、平板に孔を穿ち管状体を貫通固定して使う例も
多い。例えば、出願人か特開昭６０−６２５９２号公報
て示した工業用炉のセラミック熱交換器には多数のセラ
ミック管状体を板状体に固定した部材か使用されている
。

［発明か解決しようとする課題］ 上記したように、熱交換器の部品・部材としてセラミッ
クスを適用しようとする試みも多くなされ、セラミック
管状体をセラミック板状体に形成された孔部に装入し固
定させる方法としては、特開昭６０−６２５９２号て出
願人が開示したように圧縮スプリングを利用し球面接合
する方法、あるいは接着材により板状体と管状体とを接
着固定する方法等か一般的に行なわれている。

例えば、第４図に示すように、板状体Ａの穿設孔１１’
と管状体Ｂとの間隙に接着層１２’を設けるような形状
・態様にて接着固定する場合にあっては、これを例えば
熱交換器などに用いる場合、十分なシール性及び接合強
度を得ることかてきなかった。

［課題を解決するための手段コ そこて、本発明者は上記課題に鑑み鋭意検討を行なった
ところ、シール性に富みしかも接合強度が大きいセラミ
ック接合体を見出し、本発明に至ったものである。

即ち本発明によれば、複数の穿設孔を有するセラミック
板状体と、該セラミック板状体の穿設孔に端部が装入さ
れてなるセラミック管状体と、該穿設孔内において前記
セラミック板状体と前記セラミック管状体との間に挿入
されるセラミック部材と、からなることを特徴とするセ
ラミック接合体か提供される。

また、本発明では、セラミック部材のセラミック板状体
の穿設孔と接する面がテーパー状および／または段形状
で且つセラミック板状体の穿設孔の形状かセラミック部
材に対応した形状とする場合、さらに、セラミック部材
かセラミック板状体の穿設孔の内周面の一部に設けた切
欠部に挿入されるような構造とする場合には、さらに接
合部のシール性および接合強度か向上するばかりでなく
セラミック管状体とセラミック板状体を直接接合してい
ないため発生応力か緩和され、接合体の寿命か長くなる
。

以下、本発明について更に詳細に説明する。

本発明に使用されるセラミックスは、酸化物及び非酸化
物化合物等いずれのセラミックスを用いてもよく、接合
体か使用される構造部材の種類、機械的強度等必要な使
用条件に応し適宜選択すればよい。例えば、エンジン、
産業機械及び熱交換器等に使用する場合は、高強度・高
耐熱性の窒化珪素や炭化珪素か用いられる。セラミック
板状体セラミックス管状体及びセラミック部材は、それ
ぞれ通常同種のセラミックスで構成される。

また、セラミック板状体の形状、厚み及び大きさは特に
制限されず、使用目的、条件にあわせて選択すればよい
。セラミック板状体に穿設される穿設孔は、セラミック
管状体および穿設孔内においてセラミック板状体とセラ
ミック管状体との間に挿入されるセラミック部材の形状
、大きさ及び装入数に応して定めればよい。

この穿設孔は、セラミック部材の形状に対応して定めら
れ、セラミック部材の穿設孔と接する面かテーパー状お
よび／または段形状の場合には、穿設孔の形状はセラミ
ック部材に対応したテーパー状および／または段形状に
形成される。

また、穿設孔はその内周面の一部に切欠部を設けた形状
に形成することもてき、この場合には切欠部に挿入する
セラミック部材はフランジとして形成されることになる
。

本発明において装入とは、板状体の穿設孔にセラミック
管状体が貫通して突き出るが、又は、穿設孔の一端とセ
ラミック管状体の一端部とか合致すると共に、セラミッ
ク管状体が穿設孔の他端を通り抜けている状態をいう。

セラミック板状体の穿設孔は、セラミック板状体の成形
時に同時に設けてもよいし、セラミック板状体に穿つよ
うにしてもよい。

本発明のセラミック管状体は、その大きさ、長さ、形状
は特に制限されず、円形、楕円形、矩形多角形、星形等
の異形等各種形状で、各種の長さ及び径のセラミック管
を使用することかてきる。

また、穿設孔内においてセラミック板状体とセラミック
管状体との間に挿入されるセラミック部材は、前記した
ように、セラミック板状体の穿設孔と接する面かテーパ
ー状および／または段形状に形成するが、あるいはセラ
ミック板状体の穿設孔の内周面の一部に設けた切欠部に
挿入するフランジ状に形成することが好ましいが、これ
に限定されるものではない。又、その大きさ、厚さ、全
体形状等は、挿入するセラミック板状体とセラミック管
状体の形状に対応して定められる。

また、一定の間隔て並行に並べた複数のセラミック板状
体にセラミック部材を接合したセラミック管状体を装入
して局着・接合してもよい。

次に、本発明の接合体の接合方法の例を説明する。

まず、セラミック管状体の端部にセラミック部材を嵌め
、焼成することによりこれらを接合する。次に、接着材
を、セラミック管状体に接合されたセラミック部材の周
表面及び／またはセラミック板状体の穿設孔の内表面に
塗布した後、セラミック部材を接合したセラミック管状
体をセラミック板状体の穿設孔に装入し、所望の位置に
固定しこれらを接合する。

上記セラミック部材周表面とセラミック板状体の穿設孔
内表面との間のクリアランスは、好ましくは０．０５〜
０．５園園とするのかよい。クリアランスがＱ、０５ｍ
１＋より小さくなると接着材層にむらか生しると共にシ
ール性及び接合強度か低下し、また０、５■■より大き
くなると位置精度が悪くなり、接着材層の厚みか不均一
となり好ましくない。

なお、本発明て用いる接着材は、セラミック板状体、セ
ラミック管状体及びセラミック部材に使用するセラミッ
クスの種類の機能的性質に応じてまた接合体を使用する
条件に応して選択すればよい。通常はセラミックス−セ
ラミックス接合で一般に使用されているガラス接着材、
例えばｐｂｏ−Ｂ２０．ガラスが用いられる。

［実施例］ 以下に、本発明の実施例について図面を参照にして詳し
く説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるも
のではない。

（実施例１） 第１図は本発明の一実施例を示す説明図であり、第１図
（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第１図（ｂ）
はセラミック板状体の断面説明図、第１図（Ｃ）はセラ
ミック管状体の断面説明図、第１図（ｄ）は外周面がテ
ーパー状であるセラミック部材の断面説明図、第１図（
ｅ）はセラミック接合体の断面説明図である。

第１図（ａ）（ｂ）に示したように、焼結助剤を含む窒
化珪素の微粒粉末を用い７００ｘ７００ｘ　１００ｎ■
の板状体に穿設孔１１を孔ピツチ７５■鳳で設置される
ようにしてセラミック多孔管板Ａを作製した。ここで、
穿設孔１１は、第１図（ｂ）のように、後述するセラミ
ック部材とセラミック管状体か装入される一端から５０
−閣内側部分までは５２１■■φ、５０■園部分から他
端までの５０ｎ■部分は５２．１ｍ■φから５０−１ｍ
５φに孔径か小さくなるテーパー状に形成した。

また、セラミック管状体Ｂは、第１図（Ｃ）に示す如く
、セラミック多孔管板Ａと同一原料の微粉末を用い、外
径５０■ｌφ、内径４０■麿φで長さ１０００■璽とな
るよう円管状体を作製した。

さらに、セラミック部材Ｃは、第１図（ｄ）のように、
セラミック多孔管板Ａの厚さと同じ１００■■の長さを
有し、外径５２ｍｗφ、内径５０醜■φで前述のセラミ
ック多孔管板Ａの穿設孔１１に対応した形状て、端部か
ら５０■驚の部分の外径か５２ａｍφから５０■■φの
テーパー状に形成した円管部材となるよう作製した。

次に、セラミック管状体Ｂにセラミック部材Ｃを嵌め合
わせ焼成することにより、両者を接合した。

次いで、第１図（ｅ）の如く、セラミック多孔管板Ａの
穿設孔１１の内表面上にＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３ガラス粉砕物
１００重量部とバインダー２重量部の混合物に水４０重
量％を加えてスラリーとした接着材層１２を塗布した後
、セラミック部材Ｃを接合したセラミック管状体Ｂを夫
々の端部１３゜１４かセラミック多孔管板Ａの外表面１
５に合致するようにセラミック管状体Ｂを各穿設孔にそ
れぞれ装入した。

上記のようにして形成した接合体を窒素雰囲気中焼成し
、セラミック接合体を作製した。焼成後、室温まて放冷
して接合体を取り出し、第５図に示すように、セラミッ
ク接合体３０を所定の治具３１にセットし水中に浸漬し
、８　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２の圧力てパイプ３２内を
加圧する方法でリーク試験を行ない、そのシール性を測
定したところ、気泡は確認されず、シール性は良好であ
った。

また、上記接合体について、片持ち曲げ強度試験を行な
ったところ、２００ＭＰａと高強度であった。さらに、
繰り返し疲労試験を行なったところ、１００ＭＰａ、１
０Ｈｚの条件下て１０００時間をクリアーした。

以上の条件、結果を第１表に示す。

（実施例２） 第２図は本発明の他の実施例を示す説明図であり、第２
図（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第２図（ｂ
）はセラミック板状体の断面説明図、第２図（Ｃ）はセ
ラミック管状体の断面説明図、第２図（ｄ）は外周面が
段形状であるセラミック部材の断面説明図、第２図（ｅ
）はセラミック接合体の断面説明図である。

この例では、セラミック多孔管板Ａの穿設孔の形状を段
形状とし、且つセラミック部材Ｃの外周面を上記穿設孔
に対応する段形状とした以外は、実施例１と同様にして
セラミック接合体を作製した。

ここでセラミック多孔管板Ａの穿設孔１１は、第２図（
ｂ）のように、後述するセラミック管状体及びセラミッ
ク部材Ｃか装入される一端から５０■■内側部分までは
５０．２ｍ■φ、５０■■内側部分から他端までのＳｏ
ｍｅ部分は４５−２ｍ■φに孔径か小さくなる段形状に
形成した。また、セラミック部材Ｃは、第２図（ｄ）に
示すように、外径５０■φ、内径４０ｍ５＋φでセラミ
ック多孔管板Ａの穿設孔１１に対応した形状て、端部か
ら５０■■の部分の外径か４５■ｌφの段形状に形成し
た。

このように作製されたセラミック接合体について、実施
例１と同一方法てリーク試験を行なったが、気泡は確認
されずシール性は良好であった。

又、上記接合体について片持ち曲げ強度試験を行なった
ところ、２３０　Ｍ　Ｐ　ａと高強度であった。

さらに、繰り返し疲労試験を行なったところ、１００Ｍ
Ｐａ、１０Ｈｚの条件下て１０００時間をクリアーした
。

以上の条件、結果を第１表に示す。

（実施例３） 第３図は本発明のさらに別の実施例を示す説明図であり
、第３図（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第３
図（ｂ）はセラミック板状体の断面説明図、第３図（Ｃ
）はセラミック管状体の断面説明図、第３図（ｄ）はセ
ラミック管状体の端部に嵌められてフランジとなるセラ
ミック部材の断面説明図、第３図（ｅ）はセラミック接
合体の断面説明図である。

この例ては、セラミック多孔管板Ａの穿設孔の内周面の
一部に切欠部１６を設けた形状とし、且つセラミック部
材Ｃを上記切欠部１６に挿入し得る形状とした以外は、
実施例１と同様にしてセラミック接合体を作製した。

ここてセラミック多孔管板Ａの穿設孔１１は。

第３図（ｂ）のように、後述するセラミック管状体及び
セラミック部材Ｃか装入される一端から８０１■内側部
分までは５０．４＠ｍφ、８０−■内側部分から他端ま
での２０■■部分（切欠部１６）は６０４履■φに孔径
が大きくなる段形状に形成した。

また、セラミック部材Ｃは、第３図（ｄ）に示すように
、外径６０■ｌφ、内径５０５ｍφ、長さ（厚さ）２０
１１■でセラミック多孔管板Ａの穿設孔１１に設けられ
た切欠部１６にそのまま挿入されるような円管状に形成
した。

このように作製されたセラミック接合体について、実施
例１と同一の方法でリーク試験を行なったが、気泡は確
認されずシール性は良好であった。又、上記接合体につ
いて片持ち曲げ強度試験を行なったところ、１９０　Ｍ
　Ｐ　ａと高強度であった。さらに、繰り返し疲労試験
を行なったところ１００　Ｍ　Ｐ　ａ、１０Ｈｚの条件
下で１０００時間をクリアーした。

以上の条件、結果を第１表に示す。

（実施例４） 実施例１とは、セラミック管状体Ｂの材質がセラミック
多孔管板Ａと異なり、またセラミック部材Ｃとしてその
熱膨張係数かセラミック多孔管板Ａとセラミック管状体
Ｂの中間となる原料を用いた以外は、実施例１と同様に
セラミック接合体を作製し、実施例１と同様にリーク試
験を行ない、そのシール性を測定したところ、気泡は確
認されず、シール性は良好であった。

また、上記接合体について、片持ち曲げ強度試験を行な
ったところ、２２０　Ｍ　Ｐ　ａと高強度てあった。さ
らに、上記接合体について繰り返し疲労試験を行なった
ところ、１００ＭＰａ、１０Ｈｚの条件下て１０００時
間をクリアーした。又、室温から８００°Ｃの熱サイク
ル試験も行なったが、１０００時間をクリアーした。

以上の条件、結果を第１表に示す。

（比較例） 比較例として、従来、セラミックス接合体を製造すると
きに行なわれていた一例を示す。

第４図は従来法の一例を示した説明図であり、第４図（
ａ）はセラミック多孔管板の平面説明図であり、第４図
（ｂ）はセラミック接合体の断面説明図である。

穿設孔１１’の直径か５０．２ｍｍφとなるようにした
以外は、実施例１と同様にして第４図（ａ）に示すよう
なセラミック多孔管板Ａを作製した。

また実施例１と同様のセラミック管状体Ｂを作製した。

次いて、予めＰ　ｂ　ＯＢ　２０３ガラス粉砕物１００
重量部とバインダー２重量部との混合物に水４０重量％
を加えスラリーとした接着材を、各セラミック管状体Ｂ
の端部１３′からセラミック多孔管板Ａの厚さに対応す
る長さ部分に塗布して接着層１２′を形成し、第４図（
ｂ）に示すように端部１３’かセラミック多孔管板Ａの
外表面１５′に合致するように、セラミック多孔管板Ａ
の穿設孔１１’に各セラミック管状体Ｂをそれぞれ装入
した。

その後、実施例１と同様に焼成して接合体を得、実施例
１と同様にリーク試験を行ない、そのシール性を測定し
たところ、気泡の発生が見られ、シール性に劣った。

また、上記接合体について、片持ち曲げ強度試験を行な
ったところ、１００　Ｍ　Ｐ　ａと低強度であった。さ
らに、上記接合体について繰り返し疲労試験を行なった
ところ、１００ＭＰａ、１０Ｈｚの条件下で２００時間
でセラミック管状体が破断した。

以上の条件、結果を第１表に示す。

（以下、余白） ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のセラミック接合体は、複
数の穿設孔を有するセラミック板状体と、その穿設孔に
端部が装入されてなるセラミック管状体と、穿設孔内に
おいて板状体と管状体との間に挿入されるセラミック部
材とから構成されているので、接合部のシール性および
接合強度が向上するばかりてなく、セラミック管状体と
セラミック板状体を直接接合していないため発生応力か
緩和され、接合体の寿命か長くなるという利点を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図であり、第１図
（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第１図（ｂ）
はセラミック板状体の断面説明図、第１図（Ｃ）はセラ
ミック管状体の断面説明図、第１図（ｄ）は外周面がテ
ーパー状であるセラミック部材の断面説明図、第１図（
ｅ）はセラミック接合体の断面説明図である。 第２図は本発明の他の実施例を示す説明図であり、第２
図（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第２図（ｂ
）はセラミック板状体の断面説明図、第２図（Ｃ）はセ
ラミック管状体の断面説明図、第２図（ｄ）は外周面が
段形状であるセラミック部材の断面説明図、第２図（ｅ
）はセラミック接合体の断面説明図である。 第３図は本発明のさらに別の実施例を示す説明図であり
、第３図（ａ）はセラミック板状体の平面説明図、第３
図（ｂ）はセラミック板状体の断面説明図、第３図（Ｃ
）はセラミック管状体の断面説明図、第３図（ｄ）はセ
ラミック管状体の端部に嵌められてフランジとなるセラ
ミック部材の断面説明図、第３図（ｅ）はセラミック接
合体の断面説明図である。 第４図は従来法の一例を示した説明図であり、第４図（
ａ）はセラミック多孔管板の平面説明図であり、第４図
（ｂ）はセラミック接合体の断面説明図である。 第５図はセラミック接合体のリーク試験を示す説明図で
ある。 Ａ、Ａ’−・・セラミック多孔管板、Ｂ・・・セラミッ
ク管状体、Ｃ−・・セラミック部材、１１・・・穿設孔
、１２・・・接着材層、１３・・・セラミック部材Ｃの
端部１４・・・セラミック管状体Ｂの端部、１５−・・
セラミック多孔管板Ａの外表面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の穿設孔を有するセラミック板状体と、該セ
   ラミック板状体の穿設孔に端部が装入されてなるセラミ
   ック管状体と、該穿設孔内において前記セラミック板状
   体と前記セラミック管状体との間に挿入されるセラミッ
   ク部材と、からなることを特徴とするセラミック接合体
   。
2. （２）セラミック部材のセラミック板状体の穿設孔と接
   する面がテーパー状および／または段形状であり、且つ
   該セラミック板状体の穿設孔の形状が該セラミック部材
   に対応した形状である請求項１記載のセラミック接合体
   。
3. （３）セラミック部材が、セラミック板状体の穿設孔の
   内周面の一部に設けた切欠部に挿入される請求項１記載
   のセラミック接合体。