JPS62265184A - 非酸化物系セラミックス用接着剤および接着方法 - 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】 本発明は、熱膨張係数が２，５　ｘ１０−６／℃をこえ
る非酸化物系セラミックス用接着剤およびその接着方法
に関するものである。

［従来技術］ 窒化ケイ素や、炭化ケイ素などの非酸化物系セラミック
スは金属に比べて高温強度、耐熱衝撃性、耐摩耗性等に
優れているので、高温用部材として脚光を浴び、多くの
応用開発が進められている。

しかし、上記各種用途に、非酸化物系セラミックスを利
用して、その機能を十分に発揮させるためには、製造工
程でこれら非酸化物系セラミックス相互を接着させるこ
とが必要となってくる。特に、非酸化物系セラミックス
成形体は、成形および加工上の制約により、単純な形状
の部材から複雑な形状に組み立てる必要があり、非酸化
物系セラミックスの接着技術の開発が不可欠となる。

しかしながら、非酸化物系セラミックスは、一般に、溶
融物に対する親和性、いわゆるぬれ性が極めて悪く、し
かもアルミナ、マグネジＪ７などの酸化物系セラミック
スとは異なり、共有結合性が強く、また各種物質に対す
る反応性も非常に低いために、その接着は極めて困難で
ある。

従来、非酸化物系セラミックスの接着は、接着剤を被接
着体間に介在させ、または介在させないで、高温、高圧
下でホットプレスする方法がとられていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、ホットプレス法では、高温高圧下で処理せねば
ならないので、複雑なものや大型部材の接着は至難であ
る。また、最近検討されているＨＩＰ法でも同様である
。

したがって、大型で複雑な形状の材料を接着するには、
圧力を要せず、加熱するだけで容易に接着できる接着剤
の開発が望まれている。これまで非酸化物系セラミック
ス接着剤としてはアルミナ−シリカ−アルカリ土類金ｆ
ｉｌｌ化物系およびフッ化カルシウム−カオリン系、ま
たは、これに希土類故化物を少量添加したものが使用さ
れている。しかし、これらの接着剤は、いずれも非酸化
物系セラミックスに対しては接着強度が低く、非酸化物
系セラミックス成形体の特性が十分に生かされていない
。

さらに、従来、熱膨張係数が２．５　ｘｌｏ−６／’Ｃ
以下の低熱膨張係数の極めて成否されたセラミックス（
ＭｇＯ−Ａ　ｌ　２０３−８　ｉ　Ｏ２系セラミックス
、例えばコージェライト）、（ＭＣＩＯ−Ａ　Ｉ　　Ｏ
’　”−Ｔ　ｉ　０２系セラミツクス）相互間を、熱膨
張係数の小さい特定の結晶化ガラス粉末を塗布して焼成
して接合する方法が提案されている（特開昭５７−４７
７７７＞。しかし、　　　゛この方法で、本発明者が出
願した熱膨張係数が２．５ｘ１０°６／℃をこえる非酸
化物系セラミックスを接合しても、後述する第１表およ
び第２表の括弧内に示すように、本発明の接合強度にく
らべて憧端に低いために、実用的強度を得ることができ
なかった。なお、上記の結晶化ガラスを得るためには、
約１２００℃で２時間保温する必要があった。

Ｅ問題を解決するための手段１ 本発明者は、このような現状において、従来技術の欠点
を改善し、非酸化物系セラミックス成形体を目械部材と
して用いる際に必要な強度を持ち得る非酸化物系セラミ
ックスの接着技術の開°発を目的として研究を行い、非
酸化物系セラミックスに好適な接着剤および接着方法を
完成した。

本出願の第１の発明は、Ｌｉ２Ｏ、ＭＱＯｌＡ　Ｉ　　
Ｏ、Ｓｉ　０２の少なくとも一つの有効成分に、０．０
０１乃至０．０１重重重のＰｔまたはＡｕの金ｆｌＷ化
物を有効成分として添加した非酸化物系セラミックス用
接着剤を提供したちのであり、さらに本出願の第２の発
明は、非酸化物系セラミックス相互間に第１の発明の接
着剤を介在させて、空気中で１２００〜１６００℃の温
度でカロ熱するセラミックスの接着方法を提供したもの
である。

本発明の接着剤、これを単に非酸化物系セラミックス相
互間に介在させ、空気中１２００〜１６００℃の湿度で
加熱するのみで、何ら加圧することなく、容易に非酸を
物系セラミックスを接着することができる。その接着強
度は、従来の方法に比べて非常に高く、現在市販されて
いる非酸化物系セラミックス常圧焼結晶の強度（例、窒
化ケイ素、炭化ケイ素で３ＯＮ９／ｍ１２）に近く、し
かもその強度を９００℃まで維持できるものである。さ
らに、本発明の接着方法は、従来の方法では接着困難な
大型複雑な形状の非酸化物系セラミツ、クス部材の接着
にも容易に適用でき、これらの部材をも強力に接着する
ことができる。

加えて、本発明の接着剤は、その接着後に形成される接
看力が化学的に安定であって、９００℃までは十分な耐
熱性を有する。

本発明の接着剤の通用される非酸化物系セラミックスは
、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、サイアロン、窒化
アルミニウムなどであり、ホットプレス品、常圧焼結晶
、または反応焼結晶のいずれでもよく、特にその形状や
大きさの限定はなく、しかも接着すべき部材は同一形状
でも異形状でもよい。

［作　用コ 本発明の接着剤において有効成分である１ｉ２０、ＡＩ
　　Ｏ１ＳｉＯ７、Ｍ２Ｏ、Ｐｔ、Ａｕは市販のものを
いずれも使用でき、特にその製法、粒度、純度などは限
定されない。

また、本発明の接着剤のもう一つの有効成分である結晶
化のための核形成剤としては、ＰｔまたはＡｕの外にＴ
ｉＯ、フッ化物、Ｖ２゜、Ｐ　Ｏなどがあるが、いずれ
も熱膨張係数が２．５ｘ１０°６／℃をこえるものであ
る。

本発明に用いる高強度接着剤の核形成剤としては、ｐｔ
またはＡｕが特に有効である。

本発明の接着剤の有効成分の配合割合は、１００重堡％
とじた場合に、Ｌｉ２ｏを５〜１５％、Ｍ２Ｏ０〜３０
％、Ａ　Ｉ　２０３　０〜３０％、Ｓ　ｉ　Ｏ２６０〜
１００％、ｐｔまたはＡｕ　　Ｏ，００１〜０．０１ｆ
ｆｉｆｆｉ％としたときに、非常に強い接着強度が得ら
れる。特に、ｐｔの添加量が０．０Ｇ１〜ｏ、ｏｉｍｉ
ｔ％のときがａ遍である。これに対して、ｏ、ｏｏｉ重
量％未満のときまたは０．０１重量％をこえるときは、
接着剤の非酸化物系セラミックスに対するぬれ性がみら
れず、接着力は著しく低下する。

本発明の接着剤は、混合粉末状態で使用できるが、ベレ
ット状にした状態でも使用できる。

また、これらに適量のバインダー（バルサム、スクリー
ンオイルなどの荷重粘結剤またはこれと有波忍剤）を配
合してペースト状にした状態で用いることもできる。こ
のようにして得られた本発明の接着剤を非酸化物系セラ
ミックス成形体間へ介在させる方法としては、接着剤の
形態に応じて、例えば、粉末形態のものでは被接着面に
散布すればよく、ペレッ！・状のものでは被接着面には
さみ込めばよく、またペースト状のものでは通常の接着
剤と同球に塗布すればよい。その使用層は、用いる接着
剤の組成、加熱条件、被接着体とするセラミックスの形
状、特に厚さに応じて適宜決定でき、特に限定されない
が、通常、本発明の接着剤有効成分の重置換算で被接着
面’ｌａ　１　ｃｍ　”当り　０．０１〜１ｇ、好まし
くは０．０５〜０．３ｇ程度である。

本光明の方法に３３いて、接着剤を非酸化物系セラミッ
クス成形体間に介在させて、熱処理する温度としては１
２００〜１６００℃の範囲が必要である。これは、１２
００℃未満では接着剤が溶融しないため接着作用が発揮
されず、また１６００℃をこえる湿度では被接着体であ
るセラミックス成形体の特性異質等が問題となる。また
、接着剤の有効成分の蒸発も進み、さらには熱効率の面
からも好ましくないなどの理由による。また、熱処理雰
囲気としては、全気中、真窄中、または不活性ガス、窒
化ガス、窒素等の雰囲気下で熱処理が可能である。

本発明の接着剤を用いることにより、卓越した接着効果
が発揮される理由は、現在なお明確ではないが、以下の
如く推定される。即ち、本発明の接着剤は、およそ１２
００〜１６００℃の融点を有し、接着剤を介在させた非
酵化物系セラミックス成形体を１２００℃以上に熱処理
すると、接着剤は溶融し、非酸化物系セラミックス成形
体表面を充分にぬらすことができる。また、非酸化物系
セラミックス成形体と何らかの反応が起こり、非酸化物
系セラミックス成形体相互を強固に接着すると考えられ
る。この場合、接着剤の有効成分である核形成剤として
のＰｔと結晶化を促進するＬｉ２Ｏとが接着性を増すも
のと思われる。

［実施例１ 以下、本発明を実施例にもとづき、ざらに詳細に説明す
る。

実施例１ Ｌｉ　　Ｏ１０，９％、Ｍ　ｇ　Ｑ　　１７．８％、Ａ
１２ｏ３ｉ７．８％、Ｓ　ｉ　０２　５３．５％および
Ｐｔ又はＡｕ　　０．０１％を添加したものを１４００
℃で溶解し、ガラス化する。さらに、このガラスを８０
０℃で３０分間保ち、結晶化させる。この結晶化ガラス
を粉砕し、ペレット状にした。これを１５ｍ＃ＩＸ　１
５１ｍ　Ｘ　１０ｍＩＲの窒化ケイ素成形体間にはさみ
込み、全気中、１４００℃　２０分間加熱処理した。接
着剤量は接着面Ｔｆ＜　１　ｃｔＡ当り０．１ｇとした
。この接着体試料から３　ｍｍ×３　ｍ＠ｘ３０ｍ＋ｎ
の角棒を切り出し、スパン２０ｍｔ＋、荷重速度０．５
　ｍｍ／ｍｉｎの条件下で三点曲げ試験を空温および６
００°Ｃの温度条件下で行い、３本の平均値でその接着
強度を求めたところ、第１表のとおり空窩では３３Ｋｙ
／ｍＩｎ、６００°Ｃでは２８に！Ｊ／Ｊの強度がＩｎ
　ラレｔ＝。

なお、第１表の括弧内に示された数値は、特開昭５７−
４７７７７号公開特許公報に記載された接着剤を使用し
て窒化ケイ素および炭化ケイ素を接合した場合の接合強
度を比較のために示しである。

さらに、上記接着体試料を３０％、水酸化ナトリウム水
澄液および３０％硫酸中に５０℃、１００時間浸積して
耐食四を調べた結果、接着部には何らの異状も認められ
なかった。

第１表 接　　合　　強　　度　　　　　　　　単位　　Ｋｇ／
ｒＲ＃Ｉ２実施例２ サイアロン、窒化アルミを実施例１と同揉にして接着強
度を調べた結果、第２表のとおりその強度、耐化学薬品
性もほとんど変化が見られなかった。なお、第２表の括
弧内に示された数値は、特開昭５７−４７７７７号公開
特許公報に記載された接着剤を使用してサイアロンおよ
び窒化アルミを接合した場合の接合強度を比較のために
示しである。

第２表 接　　合　　強　　度　　　　　　　　単位　　Ｋ９　
／　ｍｍ　２［発明の効果］ 本発明の接着剤および接着方法によれば、従来方法では
接着困難であった大型、複雑、異形の非酸化物系セラミ
ックス部材相互を容易に、しかも強力に接着できる。加
えて、本発明の接着剤は、接着後形成される接着層が化
学的に安定であり、９００°Ｃまでは十分な耐熱性を有
する。

したがって、本発明により、非酸化物系セラミックスは
その機能を充分に発揮できるものであり、その応用、開
発はさらに発展するものである。また、セラミックス用
接召剤の製造過程において、績晶１ヒガラスを得るため
に、従来では１２００　”Ｃで２時間以上保温させる必
要があったのに対して、本発明においては、８００°Ｃ
で３０分から２時間ぐらい保温させればよい。

復代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｌｉ＿２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２
   に０．００１乃至０．０１重量％のＰｔまたはＡｕを添
   加した熱膨張係数が２．５×１０＾−＾６／℃をこえる
   非酸化物系セラミックス用接着剤。 ２、Ｌｉ＿２Ｏ、ＭｇＯ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２
   に０．００１乃至０．０１重量％のＰｔまたはＡｕを添
   加した接着剤を、熱膨張係数が２．５×１０＾−＾６／
   ℃をこえる非酸化物系セラミックス相互間に介在させ、
   これを酸化性または、非酸化性雰囲気下、１２００〜１
   ６００℃の温度で加熱して接合する非酸化物系セラミッ
   クスの接着方法。