JPH06298575A - 長尺セラミックスパイプの形成方法 - Google Patents

長尺セラミックスパイプの形成方法

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JPH06298575A
JPH06298575A JP11089593A JP11089593A JPH06298575A JP H06298575 A JPH06298575 A JP H06298575A JP 11089593 A JP11089593 A JP 11089593A JP 11089593 A JP11089593 A JP 11089593A JP H06298575 A JPH06298575 A JP H06298575A
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JP
Japan
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ceramic
forming
ceramics
pipe
long
Prior art date
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Application number
JP11089593A
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English (en)
Inventor
Koji Okuda
浩司 奥田
Hiroshi Takai
博史 高井
Hisakiyo Hoshino
久清 星野
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Daihen Corp
Original Assignee
Daihen Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックスパイプ焼結体同士による長尺
化に際して、より簡便に実施でき、しかも信頼性の高い
長尺パイプ形成方法を提供する。 【構成】 被接合セラミックスパイプ焼結体同士を突
合せ、この突合せ部の外周面と同形状または近似形状を
内周面に有する長尺パイプ形成用セラミックスを突合せ
部の外周面に沿って配設し、加熱による長尺セラミック
スパイプの形成方法を対象とし、長尺パイプ形成用セラ
ミックスは、上記突合せ部の周方向に分割されるセラミ
ックス焼結体からなり、被接合セラミックス同士及び被
接合セラミックスと長尺パイプ形成用セラミックスとを
接合することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱交換器や光輝処理炉
などの高温構造物に好適な長尺セラミックスパイプの形
成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、熱交換器や光輝処理炉などの高温
構造物に使用される長尺セラミックスパイプを形成する
場合、短尺の被接合セラミックスパイプ焼結体(以下、
被接合セラミックスという)同士の突合せ部の外周に、
この被接合セラミックスの外径より大きい内径を有し、
かつ焼結により収縮する素地成形体または仮焼結体から
なる長尺パイプ形成用セラミックスパイプを、被接合セ
ラミックスと同質の混合物を介在させて配設し、窒化焼
結して被接合セラミックスと長尺パイプ形成用セラミッ
クスパイプとの接合を行っている(特開昭57−670
83号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の長尺
パイプ形成用セラミックスパイプが素地成形体または仮
焼結体であり、焼結に伴うその収縮力を利用しているた
め、非常に厳密な収縮量の調整が必要となる。この収縮
量が当初予定の量より小さすぎると、被接合セラミック
スと長尺パイプ形成用セラミックスパイプとの間の接合
層がポーラスとなり、また隙間ができるために、接合強
度の小さなものしか得られない。逆に、収縮量が大きす
ぎると、長尺パイプ形成用セラミックスパイプにクラッ
クが発生する。このように良好な接合体を再現性よく得
るための厳密な収縮量の調整は、非常に難しく、原料の
組成や粒径、素地成形体の密度、加熱条件などの多くの
パラメーターの制御が必要になってくる。しかも、形
状、寸法や素材の種類が異なる毎に収縮量を求め、それ
に応じて加熱条件を最適化しなければならない。したが
って、長尺パイプ形成を複雑にし、また信頼性を低下さ
せ、さらに長尺パイプ形成コストの上昇につながる。
【0004】そこで、収縮量が予定通りに得られるよう
にしても、長尺パイプ形成用セラミックスパイプがパイ
プ形状であるために、接合剤である同質の混合物を被接
合セラミックスと長尺パイプ形成用セラミックスパイプ
との間に緻密に介在させることは難しく、接合層がポー
ラスになりやすい。このような場合、気密性や接合強度
の点で問題が発生する。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1においては、被
接合セラミックスパイプ焼結体同士を突合せ、この突合
せ部の外周面と同形状または近似形状を内周面に有する
長尺パイプ形成用セラミックスを突合せ部の外周面に沿
って配設し、加熱による長尺セラミックスパイプの形成
方法を対象とし、長尺パイプ形成用セラミックスは、上
記突合せ部の周方向に分割されるセラミックス焼結体か
らなり、被接合セラミックス同士及び被接合セラミック
スと長尺パイプ形成用セラミックスとを接合することを
特徴としている。
【0006】また、請求項2においては、被接合セラミ
ックスの突合せ面間及び被接合セラミックスと長尺パイ
プ形成用セラミックスとの間の少なくともどちらか一方
に接合剤が介在され、この接合剤が溶融または反応する
温度以上まで加熱することを特徴としている。
【0007】さらに、請求項3においては、上記の加熱
が、長尺パイプ形成用セラミックスを含めた被接合セラ
ミックスの突合せ部及び該近傍のみの局部的であること
を特徴としている。
【0008】
【作用】請求項1のように、長尺パイプ形成用セラミッ
クスとして、突合せ部の周方向に分割されるセラミック
ス焼結体を用いると、従来のように長尺パイプ形成用セ
ラミックスパイプの収縮量を考慮する必要がなくなり、
長尺パイプ形成が簡便に実施でき、また接合剤の塗布作
業が容易になる。
【0009】また、請求項2のように、被接合セラミッ
クスの突合せ面間及び被接合セラミックスと長尺パイプ
形成用セラミックスとの間の少なくともどちらか一方に
接合剤を介在させると、これを介在させた被接合セラミ
ックスの表面粗度がある程度大きくても緻密な接合層が
形成でき、また気密性及び接合強度の点で優れた長尺パ
イプ形成体を得ることが可能となる。
【0010】さらに、請求項3のように、長尺パイプ形
成用セラミックスを含めた被接合セラミックスの突合せ
部及び該近傍のみを局部的に加熱すると、長尺パイプ形
成に必要なエネルギーを低減し、かつ、高温による素材
劣化が全体に及ぶのを防止し、さらに高価で巨大な加熱
炉が不要となり、大型、長尺物のパイプ形成も可能とす
る。特に、直接通電加熱であれば、より短時間で、しか
もより小さなエネルギーで必要な加熱を行うことができ
る。
【0011】
【実施例】
<実施例1>図1(A),(B)は、それぞれ本発明の
第1の実施例を示す正面断面図及び側面断面図であっ
て、被接合セラミックスとして外径30mm×内径24mm
×長さ200mmのSi含有炭化珪素セラミックス1a,
1bを直接突合せ、この両端部を図示しない加圧装置に
より所定の圧力P1 で加圧し、突合せ面間に圧力が加わ
るように固定している。なお、突合せ面は面粗さがRma
x で約2ミクロン程度に仕上げられている。その突合せ
部の外周面に、例えば外径36mm×内径30mm×長さ2
0mmの上記被接合セラミックスと同質の炭化珪素セラミ
ックスパイプ焼結体をその軸を含む面で切断し、2分割
された長尺パイプ形成用セラミックス2a,2bをSi
C,C,バインダーからなる接合剤3を介在させて、上
記突合せ部が中央に位置するように対向配置させ、セラ
ミックス2a,2bをそれぞれ保持具4a,4bにより
軸方向に所定の圧力P2 で加圧し緊密に接触固定させ
る。この際、長尺パイプ形成用セラミックス2a,2b
の周囲から余分の接合剤をはみ出させ、そのはみ出た接
合剤により、分割された長尺パイプ形成用セラミックス
の切断面間の隙間を埋めるとともに、被接合セラミック
スと長尺パイプ形成用セラミックスとの外周面の段差を
なめらかな状態にしている。7は、突合せ部を中心とす
る局部加熱用の加熱炉であり、抵抗発熱体8と断熱材9
とからなっており、少なくとも突合せ部周辺が雰囲気制
御できるものである。10は、例えば熱電対などの測温
用センサーであり、炉の温度を制御するために設けられ
ている。
【0012】長尺セラミックスパイプの形成に際して
は、加熱炉7内をArガス雰囲気とし、加熱炉を測温用
センサー10からの信号により制御して、突合せ部を約
20℃/minの速度で加熱し、1500℃で10分保持し
た後、室温まで自然冷却する。接合メカニズムとして
は、被接合セラミックス間において、含有Siの融点以
上に加熱されることによりSiが界面に移動し、突合せ
面間の僅かの間隙をSiで埋め、さらに被接合セラミッ
クスと長尺パイプ形成用セラミックスとの間において
は、両部材から移動してきたSiにより接合剤が反応焼
結することにより強固な結合が得られているものと思わ
れる。
【0013】得られた長尺パイプ形成体について、接合
部を水中に入れて加圧(7Kg/cm 2)をし、気泡観察に
よる漏れ試験を行った結果、漏れは検出されなかった。
さらに、接合部を切断して光学顕微鏡により観察した結
果、被接合セラミックス同士間の接合部はSiの移動に
伴い、両部材が直接接合されており、また被接合セラミ
ックスと長尺パイプ形成用セラミックスとの間にも若干
のポアは認められるものの、約200〜400ミクロン
のほぼ良好な接合層を形成していた。
【0014】本実施例において、被接合セラミックスの
突合せ面を平滑に加工したのは、直接接合をより効果的
にするためであり、コスト上の問題などで精密加工を省
きたい場合は、この間に接合剤を介在させる方が望まし
い。また、被接合セラミックスと長尺パイプ形成用セラ
ミックスとの間に接合剤を介在させたが、直接接合が可
能な程度の充分な精度で両部材が加工されておれば、特
に接合剤を介在させる必要はない。しかしながら、セラ
ミックスの加工は一般的にコストアップにつながるた
め、加工は最小限にとどめて、両面に接合剤を介在させ
る方が望ましい。また、上記実施例において、はみ出し
た接合剤を取り去らずに周囲に塗布して段差をなめらか
にしたのは、その部分での応力集中を緩和する目的であ
り、特に応力集中を考慮する必要がなければ、余分な接
合剤を取り去ってもよい。さらに、被接合セラミックス
としては、炭化珪素以外のすべてのセラミックス、例え
ば、Al2 3 ,ZrO2 ,Si3 4 などが適用可能
であるが、その際には接合剤としてそのセラミックス部
材に適したもの、例えば、酸化物ソルダー、活性金属ろ
う剤など公知の接合剤を選択して用いればよい。
【0015】<実施例2>図2(A),(B)は、それ
ぞれ本発明の第2の実施例を示す正面断面図及び側面断
面図であって、本実施例は、実施例1とは異なり、直接
通電加熱により長尺パイプ形成用セラミックスを含めた
被接合セラミックスの突合せ部及び該近傍のみを局部加
熱させるものである。図において、2c,2d,2e,
2fは、セラミックスパイプ焼結体を4分割した長尺パ
イプ形成用セラミックス、3は接合剤であり、共に実施
例1と同質のものを用いている。5c,5d,5e,5
fは、4分割された長尺パイプ形成用セラミックス2c
〜2fの外周面にそれぞれ緊密に接触している通電電
極,6は電極5c,5e間及び5d,5f間に電圧を印
加して直接通電加熱を行う通電加熱用電源、10は測温
用センサー、11は、少なくとも電極5c〜5f及びそ
の間の部分を囲むマッフルであり、このマッフル内はガ
スフローなどの手段により、N2 やArガスなどの非酸
化性ガスによって置換されている。マッフル11の一部
には、温度計測用窓が設けられ、それを通して測温用セ
ンサー10である放射温度計により突合せ部の温度が測
定できるようになっている。さらに、マッフルの内面に
は断熱性能を高めるために断熱材9が設けられている。
【0016】長尺セラミックスパイプの形成に際して
は、通電電極5c,5e間及び5d,5f間に交互に電
圧を印加し、通電加熱用電源6を測温用センサー10か
らの信号により制御して、突合せ部を約100℃/minの
速度で加熱し、1500℃で10分保持した後、室温ま
で自然冷却する。得られた長尺パイプ形成体について、
実施例1と同様の評価を行った結果、良好な接合が行わ
れていることが分かった。
【0017】上記の各実施例において、長尺パイプ形成
用セラミックスを作製する分割数は、特に制限はない。
また、その種類は、被接合セラミックスと異なってもよ
い。さらに、長尺パイプ形成用セラミックスを含めた被
接合セラミックスの突合せ部及び該近傍のみの局部加熱
を行ったが、被接合セラミックスが小さなものであれ
ば、全体加熱を行ってもよく、加熱手段としては抵抗加
熱以外、例えば、高周波加熱など他の手段を用いてもよ
い。
【0018】
【発明の効果】請求項1によれば、従来のように長尺パ
イプ形成用セラミックスパイプの収縮量を考慮する必要
がなくなり、長尺パイプの形成が簡便に実施でき、また
接合剤の塗布作業が容易になる。
【0019】また、請求項2によれば、被接合セラミッ
クスの表面粗度がある程度大きくても緻密な接合層が形
成でき、また気密性及び接合強度の点で優れた長尺パイ
プ形成体を得ることが可能となる。
【0020】さらに、請求項3によれば、長尺パイプ形
成に必要なエネルギーを低減し、かつ、高温による素材
劣化が全体に及ぶのを防止し、さらに高価で巨大な加熱
炉が不要となり、大型、長尺物のパイプ形成も可能とす
る。特に、直接通電加熱であれば、より短時間で、しか
もより小さなエネルギーで必要な加熱を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A),(B)は、それぞれ本発明の第1の実
施例を示す正面断面図及び側面断面図である。
【図2】(A),(B)は、それぞれ本発明の第2の実
施例を示す正面断面図及び側面断面図である。
【符号の説明】
1a,1b 被接合セラミックスパイプ焼結体 2a,2b,2c,2d,2e,2f 長尺パイプ形成
用セラミックス 3 接合剤

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被接合セラミックスパイプ焼結体同士を
    突合せ、前記突合せ部の外周面と同形状または近似形状
    を内周面に有する長尺パイプ形成用セラミックスを前記
    突合せ部の外周面に沿って配設し、加熱による長尺セラ
    ミックスパイプの形成方法において、 前記長尺パイプ形成用セラミックスは、前記突合せ部の
    周方向に分割されるセラミックス焼結体からなり、前記
    被接合セラミックス同士及び前記被接合セラミックスと
    前記長尺パイプ形成用セラミックスとを接合する長尺セ
    ラミックスパイプの形成方法。
  2. 【請求項2】 前記被接合セラミックスの突合せ面間及
    び前記被接合セラミックスと前記長尺パイプ形成用セラ
    ミックスとの間の少なくともどちらか一方に接合剤が介
    在され、前記接合剤が溶融または反応する温度以上まで
    加熱する請求項1記載の長尺セラミックスパイプの形成
    方法。
  3. 【請求項3】 前記加熱が、前記長尺パイプ形成用セラ
    ミックスを含めた前記被接合セラミックスの突合せ部及
    び該近傍のみの局部的である請求項1または2記載の長
    尺セラミックスパイプの形成方法。
JP11089593A 1993-04-13 1993-04-13 長尺セラミックスパイプの形成方法 Pending JPH06298575A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013142829A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Extended length tube structures
US8998268B2 (en) 2012-03-22 2015-04-07 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Sinter bonded ceramic articles
US9751686B2 (en) 2012-03-22 2017-09-05 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Sinter bonded containment tube

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013142829A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Extended length tube structures
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US9751686B2 (en) 2012-03-22 2017-09-05 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Sinter bonded containment tube
US9995417B2 (en) 2012-03-22 2018-06-12 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Extended length tube structures

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