JPH05148051A - 窒化けい素セラミツクス接合体 - Google Patents
窒化けい素セラミツクス接合体Info
- Publication number
- JPH05148051A JPH05148051A JP3339521A JP33952191A JPH05148051A JP H05148051 A JPH05148051 A JP H05148051A JP 3339521 A JP3339521 A JP 3339521A JP 33952191 A JP33952191 A JP 33952191A JP H05148051 A JPH05148051 A JP H05148051A
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- Japan
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- silicon nitride
- nitride ceramics
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- silicon
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い接合強度、特に高温下での使用に耐える
高い接合強度を示す窒化けい素セラミックス接合体を提
供する。 【構成】 カルシウム、けい素、アルミニウム、イット
リウムを含む希土類元素、酸素、窒素よりなる接合相を
有する窒化けい素セラミックス接合体。
高い接合強度を示す窒化けい素セラミックス接合体を提
供する。 【構成】 カルシウム、けい素、アルミニウム、イット
リウムを含む希土類元素、酸素、窒素よりなる接合相を
有する窒化けい素セラミックス接合体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特定の接合相を有する
窒化けい素セラミックス同士の接合体に関する。
窒化けい素セラミックス同士の接合体に関する。
【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、耐摩耗性を有している
ため、これらの特長を利用した構造部材としての研究開
発がすすめられるとともに実用にも供されている。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高温下での使用において高強度
かつ耐摩耗性が要求される部材、および溶融金属や化学
反応管の耐蝕ライニング部材などに好適な材料である。
れた耐熱性、耐蝕性、耐薬品性、耐摩耗性を有している
ため、これらの特長を利用した構造部材としての研究開
発がすすめられるとともに実用にも供されている。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高温下での使用において高強度
かつ耐摩耗性が要求される部材、および溶融金属や化学
反応管の耐蝕ライニング部材などに好適な材料である。
【０００３】しかしながら、形状が複雑な部材を一体的
に成形するのは困難であるため、別々に成形した簡単な
形状をした複数個のセラミックス部材を接合し、一個の
複雑な形状を有するセラミックス製品を作製することが
従来から行なわれてきた。セラミックス同士を接合する
方法としては、機械的接合法、有機系接着剤を使用する
接着剤法およびセラミックス表面をメタライズしてろう
材を用い接合するろう材法などがある。
に成形するのは困難であるため、別々に成形した簡単な
形状をした複数個のセラミックス部材を接合し、一個の
複雑な形状を有するセラミックス製品を作製することが
従来から行なわれてきた。セラミックス同士を接合する
方法としては、機械的接合法、有機系接着剤を使用する
接着剤法およびセラミックス表面をメタライズしてろう
材を用い接合するろう材法などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
接合法において、有機系接着剤を用いる接着剤法は使用
温度が２００℃と低く、また接合体の接合強度も１０ｋ
ｇ／ｍｍ2 以下と低い。また、ろう材法による接合体は
有機系接着剤を用いる接着剤法によるものと比較して高
温域まで大きな強度を示すが、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
が特長とする８００℃以上の高温での使用に耐えるもの
ではない。以上のような背景の下に本発明の目的は、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にある。
接合法において、有機系接着剤を用いる接着剤法は使用
温度が２００℃と低く、また接合体の接合強度も１０ｋ
ｇ／ｍｍ2 以下と低い。また、ろう材法による接合体は
有機系接着剤を用いる接着剤法によるものと比較して高
温域まで大きな強度を示すが、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
が特長とする８００℃以上の高温での使用に耐えるもの
ではない。以上のような背景の下に本発明の目的は、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にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、カルシウム、けい素、アルミニウム、イッ
トリウムを含む希土類元素と酸素、窒素よりなる接合相
を有する窒化けい素セラミックス接合体を提供する。
するために、カルシウム、けい素、アルミニウム、イッ
トリウムを含む希土類元素と酸素、窒素よりなる接合相
を有する窒化けい素セラミックス接合体を提供する。
【０００６】アルミニウムと希土類元素を焼結助剤とす
る窒化けい素セラミックスを酸化カルシウム−酸化けい
素ガラスに窒化けい素を添加した接合剤により接合した
場合、接合剤のカルシウム元素は窒化けい素セラミック
スに拡散し、窒化けい素側から接合相側へは窒化けい素
の助剤成分が拡散する。接合後の接合相の組成は、カル
シウム、けい素、アルミニウム、イットリウムを含む希
土類元素と酸素、窒素よりなる。各元素の拡散量は、接
合剤の組成に加え、窒化けい素剤の助剤の種類、量、組
織に依存する。
る窒化けい素セラミックスを酸化カルシウム−酸化けい
素ガラスに窒化けい素を添加した接合剤により接合した
場合、接合剤のカルシウム元素は窒化けい素セラミック
スに拡散し、窒化けい素側から接合相側へは窒化けい素
の助剤成分が拡散する。接合後の接合相の組成は、カル
シウム、けい素、アルミニウム、イットリウムを含む希
土類元素と酸素、窒素よりなる。各元素の拡散量は、接
合剤の組成に加え、窒化けい素剤の助剤の種類、量、組
織に依存する。
【０００７】接合後の接合相の組成において、特に、カ
ルシウム量が４重量％より多く１５重量％より少なく、
けい素量が３０重量％より多く５５重量％より少なく、
アルミニウム量が１重量％より多く１０重量％より少な
く、希土類元素量が２重量％より多く２０重量％より少
なく、窒素量が２重量％より多く３０重量％より少な
く、残りが酸素よりなる接合相はクラック、ボア等の欠
陥がなく、高い接合強度を有する接合体を提供するので
好ましい。
ルシウム量が４重量％より多く１５重量％より少なく、
けい素量が３０重量％より多く５５重量％より少なく、
アルミニウム量が１重量％より多く１０重量％より少な
く、希土類元素量が２重量％より多く２０重量％より少
なく、窒素量が２重量％より多く３０重量％より少な
く、残りが酸素よりなる接合相はクラック、ボア等の欠
陥がなく、高い接合強度を有する接合体を提供するので
好ましい。
【０００８】接合相中のカルシウム量は好ましくは４重
量％より多く１５重量％より少なく、より好ましくは６
重量％から１０重量％の範囲である。カルシウム量が多
過ぎる場合接合相の熱膨張率が大きくなり、接合相に縦
クラックが発生し易い。
量％より多く１５重量％より少なく、より好ましくは６
重量％から１０重量％の範囲である。カルシウム量が多
過ぎる場合接合相の熱膨張率が大きくなり、接合相に縦
クラックが発生し易い。
【０００９】接合相中のけい素量は好ましくは３０重量
％より多く、５５重量％より少なく、より好ましくは４
０重量％から５０重量％の範囲である。けい素量が３０
重量％以下の場合接合相の熱膨張率が大きくなり、接合
相に縦クラックが発生し、逆に５５重量％以上において
は接合相に気孔を生じ好ましくない。
％より多く、５５重量％より少なく、より好ましくは４
０重量％から５０重量％の範囲である。けい素量が３０
重量％以下の場合接合相の熱膨張率が大きくなり、接合
相に縦クラックが発生し、逆に５５重量％以上において
は接合相に気孔を生じ好ましくない。
【００１０】アルミニウムは接合剤の融点を低下させる
作用を示すほか酸化カルシウムと酸化けい素との液相分
離を抑制するのに有効である。そのようなアルミニウム
の量は好ましくは１重量％より多く１０重量％より少な
く、より好ましくは、２重量％から５重量％の範囲であ
る。アルミニウム量が１重量％以下においては上記の効
果が見られず、１０重量％以上においては接合剤の熱膨
張率が大きくなり好ましくない。
作用を示すほか酸化カルシウムと酸化けい素との液相分
離を抑制するのに有効である。そのようなアルミニウム
の量は好ましくは１重量％より多く１０重量％より少な
く、より好ましくは、２重量％から５重量％の範囲であ
る。アルミニウム量が１重量％以下においては上記の効
果が見られず、１０重量％以上においては接合剤の熱膨
張率が大きくなり好ましくない。
【００１１】また、イットリウムを含む希土類元素は、
酸化けい素と窒化けい素との反応による一酸化けい素
（ＳｉＯ），窒素（Ｎ2 ）ガスの発生による接合相中の
気泡の発生を抑制する作用がある。そのような希土類元
素の量は好ましくは２重量％より多く２０重量％より少
ない。２重量％以下においては上述の効果が得られず、
２０重量％以上においては接合剤の熱膨張率が大きくな
ると共に接合温度が高くなり好ましくはない。
酸化けい素と窒化けい素との反応による一酸化けい素
（ＳｉＯ），窒素（Ｎ2 ）ガスの発生による接合相中の
気泡の発生を抑制する作用がある。そのような希土類元
素の量は好ましくは２重量％より多く２０重量％より少
ない。２重量％以下においては上述の効果が得られず、
２０重量％以上においては接合剤の熱膨張率が大きくな
ると共に接合温度が高くなり好ましくはない。
【００１２】窒素は接合相の高温強度増加、熱膨張率の
低減による窒化けい素セラミックスとの接合時の熱応力
の低減をはかることができる。窒素量は好ましくは２重
量％より多く３０重量％より少なく、より好ましくは１
２重量％より多く２０重量％より少ない。窒素量が２重
量％以下においては上記の効果がえられず、３０重量％
以上においては、接合相の融点が高くなり過ぎ好ましく
ない。
低減による窒化けい素セラミックスとの接合時の熱応力
の低減をはかることができる。窒素量は好ましくは２重
量％より多く３０重量％より少なく、より好ましくは１
２重量％より多く２０重量％より少ない。窒素量が２重
量％以下においては上記の効果がえられず、３０重量％
以上においては、接合相の融点が高くなり過ぎ好ましく
ない。
【００１３】
【実施例】以下、実施例について本発明の窒化けい素セ
ラミックス接合体を具体的に説明する。まず、所定量の
酸化カルシウム、酸化けい素、酸化アルミニウム、酸化
イットリウムを配合し、溶融、急冷、粉砕し酸化物粉末
とした。この酸化物粉末に所定量の窒化けい素粉を添加
し接合剤を作製した。接合剤に市販のスクリーンオイル
を加えペースト化した。次に、これを試料となる窒化け
い素セラミックス（２×２５×２０ｍｍ）に塗布し、接
合面を合わせ、窒素雰囲気中１５００℃で接合を行い、
表１に示す接合相組成を有する接合体を得た。
ラミックス接合体を具体的に説明する。まず、所定量の
酸化カルシウム、酸化けい素、酸化アルミニウム、酸化
イットリウムを配合し、溶融、急冷、粉砕し酸化物粉末
とした。この酸化物粉末に所定量の窒化けい素粉を添加
し接合剤を作製した。接合剤に市販のスクリーンオイル
を加えペースト化した。次に、これを試料となる窒化け
い素セラミックス（２×２５×２０ｍｍ）に塗布し、接
合面を合わせ、窒素雰囲気中１５００℃で接合を行い、
表１に示す接合相組成を有する接合体を得た。
【００１４】一体化した試料体よりＪＩＳ試験片を切り
出し、ＪＩＳ Ｐ−１６０４に準拠して４点曲げ試験
（下スパン３０ｍｍ，上スパン１０ｍｍ，クロスヘッド
スピード０．５ｍｍ／ｍｉｎ）により８００℃の高温曲
げによる接合強度を測定した。結果を表１に示す。
出し、ＪＩＳ Ｐ−１６０４に準拠して４点曲げ試験
（下スパン３０ｍｍ，上スパン１０ｍｍ，クロスヘッド
スピード０．５ｍｍ／ｍｉｎ）により８００℃の高温曲
げによる接合強度を測定した。結果を表１に示す。
【表１】
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる接
合相を有する窒化けい素セラミックス接合体は、高い接
合強度を有し、特に高温下での使用にも十分耐え得る高
い強度を示す。
合相を有する窒化けい素セラミックス接合体は、高い接
合強度を有し、特に高温下での使用にも十分耐え得る高
い強度を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】 カルシウム、けい素、アルミニウム、イ
ットリウムを含む希土類元素、酸素、窒素よりなる接合
相を有する窒化けい素セラミックス接合体。 - 【請求項２】 接合相中のカルシウム量が４重量％より
多く１５重量％より少なく、けい素量が３０重量％より
多く５５重量％より少なく、アルミニウム量が１重量％
より多く１０重量％より少なく、希土類元素量が２重量
％より多く２０重量％より少なく、窒素量が２重量％よ
り多く３０重量％より少なく、残りが酸素よりなる接合
相を有する請求項１記載の窒化けい素セラミックス接合
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3339521A JPH05148051A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 窒化けい素セラミツクス接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3339521A JPH05148051A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 窒化けい素セラミツクス接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05148051A true JPH05148051A (ja) | 1993-06-15 |
Family
ID=18328270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3339521A Pending JPH05148051A (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 窒化けい素セラミツクス接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05148051A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110288648A1 (en) * | 2010-05-21 | 2011-11-24 | Fellows Joseph | Ceramic to ceramic joint and associated methods |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP3339521A patent/JPH05148051A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110288648A1 (en) * | 2010-05-21 | 2011-11-24 | Fellows Joseph | Ceramic to ceramic joint and associated methods |
| US9073787B2 (en) * | 2010-05-21 | 2015-07-07 | Ceramatec, Inc. | Ceramic to ceramic joint and associated methods |
| US10000422B2 (en) | 2010-05-21 | 2018-06-19 | Coorstek, Inc. | Ceramic to ceramic joining method |
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