JPS62197361A - 炭化珪素セラミツクスの接合法 - Google Patents
炭化珪素セラミツクスの接合法Info
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
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）
本発明は強度の優れた炭化珪素（以下ＳｉＣと記す）セ
ラミックスの接合法に関するものである。
ラミックスの接合法に関するものである。
（従来の技術）
ＳｉＣセラミックスは耐熱性、耐摩耗性が良くまた金属
と同等若しくは金属よりも優れた熱伝導性を示すことか
ら、高温ガスタービンやエンジンの部品、メカニカルシ
ール、熱交換器等広範囲に及ぶ製品への利用が検討され
ている。
と同等若しくは金属よりも優れた熱伝導性を示すことか
ら、高温ガスタービンやエンジンの部品、メカニカルシ
ール、熱交換器等広範囲に及ぶ製品への利用が検討され
ている。
ところでこのようなＳｉＣセラミックスの用途を拡大し
たり、新たな製品化を計画するにあたり、複雑な形状の
ものや大型部品への利用が要望され、これに伴なってセ
ラミックスを相互に接合するための技術の確立が重要に
なっている。
たり、新たな製品化を計画するにあたり、複雑な形状の
ものや大型部品への利用が要望され、これに伴なってセ
ラミックスを相互に接合するための技術の確立が重要に
なっている。
一般にセラミックス相互の接合に関しては以下の３つの
方法がある。
方法がある。
（ａ）無機系接着剤による接合法
（ｂ）金属化（メタライズ）法
（ｃ）加圧焼結による接合法
（ａ）の接着剤による接合法はシリカゾルを主成分とし
たペーストを介してＳｉＣセラミックス面を相互に接着
するもので極めて卑近な方法であるが、化学的結合によ
るものではないので結合力が弱く実用化されていない。
たペーストを介してＳｉＣセラミックス面を相互に接着
するもので極めて卑近な方法であるが、化学的結合によ
るものではないので結合力が弱く実用化されていない。
（ｂ）のメタライズ法はセラミックス表面に金属物質を
拡散してメタライズし、この形成された金属層を介して
セラミックスを相互に接着する方法で、セラミックスと
金属とのはんだ付は又は、ろう付けによるものであるが
、Ａａ、Ｏ，のような酸化物系セラミックスは金属との
反応性が良好で容易に金属層を形成するが、ＳｉＣセラ
ミックスのように非酸化物系セラミックスは、金属と反
応し難く容易には金属層を形成しない。
拡散してメタライズし、この形成された金属層を介して
セラミックスを相互に接着する方法で、セラミックスと
金属とのはんだ付は又は、ろう付けによるものであるが
、Ａａ、Ｏ，のような酸化物系セラミックスは金属との
反応性が良好で容易に金属層を形成するが、ＳｉＣセラ
ミックスのように非酸化物系セラミックスは、金属と反
応し難く容易には金属層を形成しない。
（発明が解決しようとする問題点）
第４図に示す従来技術によれば、ＳｉＣセラミックス１
の接合部３と非接合部２とは同等の特性が得られるが、
超高温下で圧力負荷ができるホットプレス装置が必要で
あって、長尺部品や大型部品に対する接合は難しく特に
接合する面の平滑度が不十分で第５図（ａ）に示すよう
に接触しない部分があると、同図（ｂ）に示すように気
孔１２または未接合部１３が境界面に残留するため結合
部の強度が低下する。
の接合部３と非接合部２とは同等の特性が得られるが、
超高温下で圧力負荷ができるホットプレス装置が必要で
あって、長尺部品や大型部品に対する接合は難しく特に
接合する面の平滑度が不十分で第５図（ａ）に示すよう
に接触しない部分があると、同図（ｂ）に示すように気
孔１２または未接合部１３が境界面に残留するため結合
部の強度が低下する。
上述の通り、安定した接合状態を保証するには、接合前
の接合面の平滑度や直角底などを高めるための高精度の
加工が必要であった。
の接合面の平滑度や直角底などを高めるための高精度の
加工が必要であった。
本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、接合
部分に欠陥がなく強度的バラツキのない、簡易なセラミ
ックスの接合法を提供することを目的としている。
部分に欠陥がなく強度的バラツキのない、簡易なセラミ
ックスの接合法を提供することを目的としている。
（問題点を解決するための手段）
本発明の目的達成は、ＳｉＣセラミックスの接合面に珪
素（以下Ｓｉと記す）と炭素（以下Ｃと記す）の混合粉
末または上記混合粉末に、ＳｉＣ粉末を加えたものを挟
み、加圧・加熱することによって得られる。
素（以下Ｓｉと記す）と炭素（以下Ｃと記す）の混合粉
末または上記混合粉末に、ＳｉＣ粉末を加えたものを挟
み、加圧・加熱することによって得られる。
（作用）
上記の構成によりＳｉ＋Ｃ→ＳｉＣの反応を起こさせて
反応熱を生成し、結合力が強く活性の高いＳｉＣセラミ
ックスを生成し接合するものである。
反応熱を生成し、結合力が強く活性の高いＳｉＣセラミ
ックスを生成し接合するものである。
（実施例）
本発明の実施例を図面によって説明する。
第１図は本発明に係るＳｉＣセラミックス管（以下Ｓｉ
Ｃ管）の接合の実施例の概要図で。
Ｃ管）の接合の実施例の概要図で。
ＳｉＣ管１の接合部の中間にＳｉとＣの混合粉末を圧密
成形して管の断面形とした圧密成形体３をはさみ、Ｓｉ
Ｃ管１の両端に設けた荷重負荷装置４により圧縮荷重Ｆ
を加え接合部２を加圧する。
成形して管の断面形とした圧密成形体３をはさみ、Ｓｉ
Ｃ管１の両端に設けた荷重負荷装置４により圧縮荷重Ｆ
を加え接合部２を加圧する。
一方ＳｉＣ管１に電極５を取付け、変圧器６により電圧
を負荷し抵抗加熱作用環よって、接合面間に圧密成形体
３をＳｉ＋Ｃ−＋ＳｉＣの反応に伴う反応温度まで加熱
し、ＳｉＣを生成すると同時にＳｉＣ管１の接合を行う
ものである。
を負荷し抵抗加熱作用環よって、接合面間に圧密成形体
３をＳｉ＋Ｃ−＋ＳｉＣの反応に伴う反応温度まで加熱
し、ＳｉＣを生成すると同時にＳｉＣ管１の接合を行う
ものである。
なおＳｉ＋Ｃ−＋ＳｉＣの反応とこれに伴う上記接合は
、わずか数秒で完了するが加熱昇温中のＳｉＣの酸化防
止のために、接合部３を局部的に真空または不活性ガス
の雰囲気中に置くためのチャンバ７が必要である。
、わずか数秒で完了するが加熱昇温中のＳｉＣの酸化防
止のために、接合部３を局部的に真空または不活性ガス
の雰囲気中に置くためのチャンバ７が必要である。
第２図は本実施例による接合部２の接合前（ａ）および
接合後（ｂ）の組織の状態を示す拡大図であって、Ｓｉ
Ｃ管１および圧密成形体３はどちらも導電性であるから
、ＳｉＣ管１に固定した電極５を介してＳｉＣ管１に電
流を通ずると、抵抗加熱作用により圧密成形体３の温度
が上昇し、数秒乃至１０数秒でＳｉの融点温度１４２０
℃に達し、同時にＳｉ粒子８とＣ粒子９とが反応して５
ｉＣ１０を生ずる。この反応は発熱を伴い１００〜２０
０℃の温度上昇があるから抵抗加熱による上記の温度上
昇と相まって、接合部２の温度は１８００〜１９００℃
に達する。したがって生成された上記５ｉＣＩＯは極め
て高い活性を有し、ＳｉＣ管１と完全に接合すると共に
組織が緻密化し１強固な接合層を形成するに至る。
接合後（ｂ）の組織の状態を示す拡大図であって、Ｓｉ
Ｃ管１および圧密成形体３はどちらも導電性であるから
、ＳｉＣ管１に固定した電極５を介してＳｉＣ管１に電
流を通ずると、抵抗加熱作用により圧密成形体３の温度
が上昇し、数秒乃至１０数秒でＳｉの融点温度１４２０
℃に達し、同時にＳｉ粒子８とＣ粒子９とが反応して５
ｉＣ１０を生ずる。この反応は発熱を伴い１００〜２０
０℃の温度上昇があるから抵抗加熱による上記の温度上
昇と相まって、接合部２の温度は１８００〜１９００℃
に達する。したがって生成された上記５ｉＣＩＯは極め
て高い活性を有し、ＳｉＣ管１と完全に接合すると共に
組織が緻密化し１強固な接合層を形成するに至る。
圧密成形体３の好ましい寸法としては、断面形状はＳｉ
Ｃチューブ１の断面形状と同一とし、厚さｔは加熱中に
圧密成形体３が甚しく変形したり、はみ出したりするお
それがあり、３閤以下が適当である。
Ｃチューブ１の断面形状と同一とし、厚さｔは加熱中に
圧密成形体３が甚しく変形したり、はみ出したりするお
それがあり、３閤以下が適当である。
圧密成形体３のＳ ｉ ／ Ｃの組成はＳｉ＋Ｃ→Ｓｉ
Ｃの反応を生起させるためにはモル比で１：１が基本で
あるが、実際には１．１〜１．２：１の割合が強度的に
すぐれた良質の接合部が得られることが発明者らの実験
で明らかになっている。この理由については加熱の際に
Ｓｉが蒸発又は酸化することにより減量すること、Ｓｉ
十Ｃ→ＳｉＣの反応の後、余剰のＳｉが溶融し接合部の
ＳｉＣ結晶間の小さな気孔を充填するためであろうと思
われる。
Ｃの反応を生起させるためにはモル比で１：１が基本で
あるが、実際には１．１〜１．２：１の割合が強度的に
すぐれた良質の接合部が得られることが発明者らの実験
で明らかになっている。この理由については加熱の際に
Ｓｉが蒸発又は酸化することにより減量すること、Ｓｉ
十Ｃ→ＳｉＣの反応の後、余剰のＳｉが溶融し接合部の
ＳｉＣ結晶間の小さな気孔を充填するためであろうと思
われる。
また圧密成形体３の配合の実際は、Ｓｉ粉末８は粒径５
〇−以下とＣ粉末８は粒径０．３〜１＋ｗ＋のコロイド
黒鉛を上記モル比で配合しこれに有機結合剤を３〜５％
内外添加した後プレス成形して製造する。Ｓｉ粉末８．
Ｃ粉末９以外にＳｉＣ粉末を配合する場合もあり、この
場合のＳ ｉ ／ Ｃの配合モル比も上記比率に準じて
よい。
〇−以下とＣ粉末８は粒径０．３〜１＋ｗ＋のコロイド
黒鉛を上記モル比で配合しこれに有機結合剤を３〜５％
内外添加した後プレス成形して製造する。Ｓｉ粉末８．
Ｃ粉末９以外にＳｉＣ粉末を配合する場合もあり、この
場合のＳ ｉ ／ Ｃの配合モル比も上記比率に準じて
よい。
圧密成形体３の製造はプレス成形以外の押し出し成形、
ラバープレス等の成形によることも可能である。
ラバープレス等の成形によることも可能である。
第３図は１本発明における接合時に負荷する圧力と接合
部の曲げ強さとの関係を示す特性図であって１曲げ強さ
は図示による応力値−／ｄで示す。
部の曲げ強さとの関係を示す特性図であって１曲げ強さ
は図示による応力値−／ｄで示す。
同図によると５０ｋｇ／ｄ以上の負荷圧力で接合すると
、おおむね３０００ ｋｇ／ｄの曲げ強さが得られるこ
とを示し、この値はＳｉＣセラミックス固有の曲げ強さ
にほぼ匹敵する。故に接合時に必要な圧力は５０ｋｇ／
ｄが好ましい。
、おおむね３０００ ｋｇ／ｄの曲げ強さが得られるこ
とを示し、この値はＳｉＣセラミックス固有の曲げ強さ
にほぼ匹敵する。故に接合時に必要な圧力は５０ｋｇ／
ｄが好ましい。
（発明の効果）
本発明によればホットプレスのような高価な装置を使用
することなく、比較的簡単な荷重負荷装置とＷ！、源装
置により、極めて短時間でＳｉＣセラミックス固有の曲
げ強さとほぼ同等の曲げ強さを有するＳｉＣセラミック
スの接合法が得られ、特にチューブなど長尺部品を接合
するのに効果的である。
することなく、比較的簡単な荷重負荷装置とＷ！、源装
置により、極めて短時間でＳｉＣセラミックス固有の曲
げ強さとほぼ同等の曲げ強さを有するＳｉＣセラミック
スの接合法が得られ、特にチューブなど長尺部品を接合
するのに効果的である。
第１図は本発明の一実施例の概要図、第２図は第１図実
施例による接合部の組織拡大図、第３図は本発明の負荷
圧力と接合部曲げ強さとの関係を示す特性図、第４図は
従来技術による接合部の拡大図、第５図は従来技術によ
る接合部の組織拡大図である。 １・・・ＳｉＣセラミックス管
施例による接合部の組織拡大図、第３図は本発明の負荷
圧力と接合部曲げ強さとの関係を示す特性図、第４図は
従来技術による接合部の拡大図、第５図は従来技術によ
る接合部の組織拡大図である。 １・・・ＳｉＣセラミックス管
Claims (1)
- １、炭化珪素セラミックス相互の接合において、接合面
の間に炭素と珪素の混合粉末あるいは上記混合粉末に炭
化珪素粉末を添加した密圧成形体を介在させ、上記接合
面を加圧・加熱することを特徴とするセラミックスの接
合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3822186A JPS62197361A (ja) | 1986-02-25 | 1986-02-25 | 炭化珪素セラミツクスの接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3822186A JPS62197361A (ja) | 1986-02-25 | 1986-02-25 | 炭化珪素セラミツクスの接合法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62197361A true JPS62197361A (ja) | 1987-09-01 |
Family
ID=12519246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3822186A Pending JPS62197361A (ja) | 1986-02-25 | 1986-02-25 | 炭化珪素セラミツクスの接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62197361A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009142375A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Nohmi Bosai Ltd | スプリンクラヘッド |
| JP2012532823A (ja) * | 2009-07-07 | 2012-12-20 | モーガン・アドヴァンスト・マテリアルズ・アンド・テクノロジー・インコーポレイテッド | 硬質非酸化物又は酸化物セラミック／硬質非酸化物又は酸化物セラミック複合体ハイブリッド物品 |
| JP2015124137A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 株式会社日本セラテック | 炭化珪素接合体及びその製造方法 |
| JP2021155237A (ja) * | 2020-03-25 | 2021-10-07 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | 接合方法 |
-
1986
- 1986-02-25 JP JP3822186A patent/JPS62197361A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009142375A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Nohmi Bosai Ltd | スプリンクラヘッド |
| JP2012532823A (ja) * | 2009-07-07 | 2012-12-20 | モーガン・アドヴァンスト・マテリアルズ・アンド・テクノロジー・インコーポレイテッド | 硬質非酸化物又は酸化物セラミック／硬質非酸化物又は酸化物セラミック複合体ハイブリッド物品 |
| US8906522B2 (en) | 2009-07-07 | 2014-12-09 | Morgan Advanced Materials And Technology Inc. | Hard non-oxide or oxide ceramic / hard non-oxide or oxide ceramic composite hybrid article |
| JP2015124137A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 株式会社日本セラテック | 炭化珪素接合体及びその製造方法 |
| JP2021155237A (ja) * | 2020-03-25 | 2021-10-07 | 一般財団法人ファインセラミックスセンター | 接合方法 |
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