JPS63170277A - セラミツク構造体の接合方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミック構造体の接合方法に関し、さらに
詳しく言えば強度低下をもたらすことなく内部構造体と
外部構造体を強固に一体的に接合するセラミック＊！！
！体の接合方法に関する。

［従来の技術］ 複雑形状のセラミック焼結体を製造する場合に分割して
作られた各構造体を組合せて接合する方法が採用されて
いる。例えば外部構造体の内側に、これと同材質で密度
がより大なる内部構造体を設け、これら両構造体を加熱
し焼結して接合する方法が知られている（特開昭５５−
７５４４号公報）異なる成形手段を用いて成形された収
縮率の異なる成形体を焼成工程で一体的に形成する方法
が知られている（特開昭５８−７９８７７号公報）。

［発明が解決しようとする問題点１ 上記の同材質で密度の差を利用して接合する方法は、内
部構造体は本焼成されており、外部構造体は仮焼成が行
われた構造体を使用している。従って内部構造体は焼結
温度近傍に２度さらされるため、内部構造体中に異常粒
成長が起こり大幅な強度低下をもたらす原因になるとい
う欠点を有する。

上記の成形法を異にした成形体で収縮率の異なる構造体
を接合後焼成する方法は、成形方法および成形条件によ
る収縮率が変化するため収縮率の差を設定する手数を要
する。また収縮率の差が大き１ぎると接合体に内部応力
が発生しやすく破損を起こすという欠点を有する。

本発明は上記欠点を克服するものであり、強度低下をも
たらすことなく内部構造体と外部構造体を強固に一体的
に接合するセラミック構造体の接合方法を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、内部構造体を外部構造体の内部にはめ合せ、
その模この両禍造体を焼成して一体的に接合するセラミ
ック構造体の接合方法において、上記外部構造体を構成
する外部セラミック材料の収縮率は、上記内部構造体を
構成する内部セラミック材料の収縮率よりも大きく、か
つ該外部構造体の収縮率は該内部構造体の収縮率よりも
太きいことを特徴とするものである。

上記外部構造体および内部構造体は、セラミック材料粉
末を通常の方法で成形して得られる。外部上ラミック材
料は、内部セラミック材料の収縮率よりも大きな収縮率
を有するセラミック材料より構成されている。外部構造
体は内部構造体の収縮率よりも大きな収縮率を有する。

上記内部構造体を外部構造体の内部にはめ合わせ両構造
体を焼成して一体的に接合する。

上記の外部構造体に使用するセラミック材料は、例えば
、α−窒化珪素、Ｑ−炭化珪素を主体とする結晶粉末が
用いられる。

また内部構造体に使用するセラミック材料は、例えば、
β−窒化珪素、β−炭化珪素を主体とする結晶粉末が用
いられる。

接合されたセラミック構造体において外部構造体の占め
る割合は好ましくは１０〜９０容量％であり、より好ま
しくは４０〜６０容量％である。

［作用］ 上記の例えばこの外部構造体にα−窒化珪素を内部構造
体にβ−炭化珪素または外部構造体にα−炭化珪素を内
部構造体にβ−炭化珪素を用いた場合は第３図のグラフ
に示すごとく焼成温度領域に於いて両構造体の収縮率に
差を有する。すなわち外部構造体の方が内部構造体より
も収縮率が大きい。従って焼成終了後はこの収縮率の差
により外部構造体と内部構造体とが強固に接合する。

本実施例により作製されるタービンホイールの断面図を
第１図に示し、このタービンホイールは翼部１、ハブ部
２とから成っている。

［実施例］ （実施例１） （１）外部構造体の作製 平均粒ｔ！１μｍからなるα−窒化珪素（α化率９２％
）７８重量部とスピネル（ＭＯＡ　ｌ　ｔ　０４　）６
億一部およびポリスチレン１４重量部にパラフィンワッ
クス４ｇ＠間部をよく混合した後、射出成形にて外部構
造成形体を成形した。

離型した模、１０℃／ｈｒの昇温速度で５０〜５００℃
まで昇温し脱脂を行い射出成形用に添加したバインダー
の熱可塑性樹脂、ワックスを除去した。さらに大気雰囲
気下にて８００℃、２時間の仮焼成を行い外ｓｓ構造体
を作製した。なお、外部構造体は射出成形の為、寸法精
度が±０．０３−の範囲であり、特に加工は行なわなか
った。この１１１１ｍ末成形体のｎ末の体積分率は５７
．２±０゜１容山％であった。

（２）内部構造体の作製 次に以下のようにして内部構造体の仮焼体を作製した、
まず静水圧成形法（ＣＩＰ）により内部構造体の作製に
必要なＣＩＰの圧力を設定するため、粉体体積分率とＣ
ＩＰとの関係の試験を行なった。平均粒径１μｍからな
るβ−窒化珪素（α化率１６％）７８重量部とスピネル
６重量部との混合品を静水圧法にて５００〜１６００ｋ
Ｑ／ｃｍ２の圧力にて試験片（φ３０Ｘ３０ｍｍ＞を成
形し８００℃で２時間仮焼成を行い粉体の体積分率をそ
れぞれ測定した。測定結果を第２図のグラフに示す。そ
の結果内部構造体の粉体体積分率を外部構造体の粉体体
積分率と一致させるＣＩＰの圧力は１２００ｋｇ／ｃａ
＋２であることが判明した。

次に上記と同様に内部構造体の成形型にて圧力を１２０
０ｋｇ／ａｍｔにして静水圧成形を行い８００℃で２Ｂ
Ｈｆｆｉ仮焼した。得られた仮焼結体の加工を行い内部
構造体を作製した。

（３）両構造体の接合 上記外部構造体を内部構造体にはめ合せた。その後１０
気圧の窒素雰囲気下で１７５０℃で２時間焼結を行い外
部構造体と内部構造体が一体的に接合されたタービンホ
イールを作製した。

この時の構造体の焼結温度−構造体の収縮率変化との関
係を第３図のグラフで示す。すなわら構造体の焼結温度
領域において収縮率に差があることを示している。第５
図に示すように、このタービンホイールの翼部、接合部
、ハブ部から各々外部構造体、内部構造体、接合座部よ
り各試験片（２ｘ２ｘ３０ｍｍ）として切り出しその３
点曲げ試験を行った。その結果を第４図に示す。第４図
に示す様に接合座部はｉ温でもハブ部とほぼ同一の強度
を示しており、両構造体は強固に接合されている。

また、タービンホイールの焼結体は全体がβ−窒化珪素
構造に変化していると考えられる。

（実施例２） （１）外部構造体の作製 平均粒径１μｍからなるα−炭化珪素（α化率９４％）
７８１１ｍ部とホウ素及びカーボン８２重ｆｆｉ部とポ
リスチレン１ｊＮ１１部にパラフィンワックス４ｆ１！
１部をよく撹拌した後、射出成形した模１０℃／ｈｒの
昇温速度で５０℃〜５００℃まで昇温して脱離を行なっ
た。さらに大気雰囲気下にて８００℃で２時間の仮焼成
を行ない外部構造体を作製した。この時、粉末成形体の
粉末の体積分率は５７．１±０．１容量％であった。

（２）内部構造体の作製 次に実施例１と同様の方法により必要な最適ＣＩＰの圧
力を求めた。すなわち、平均粒径１μｍなるβ−炭化珪
素（α化率１２％）を静水圧法により加圧成形し、ＣＩ
Ｐ圧力の設定値を求めたところ９００ｋｏ／ｃ＊３であ
った。上記のＣＩＰ圧力により内部構造を成形した１１
８００’Ｃで２時間仮焼成して内部構造体を作製した。

（３）両構造体の接合 上記の外部構造体を内部構造体にはめ合せ、１０気圧の
アルゴン雰囲気中で２１２０℃で３時間加熱を行ない、
両構造体の接合体を得た。この接合体は外部構造体、内
部構造体間に強固に接合を形成していた。

［効果］ 本発明の接合方法は、外部構造体のセラミック材料に大
きい収縮率を、内部構造体のセラミック材料に小さい収
縮率を有するセラミック材料を使用することにより焼結
時の外部構造体と内部構造体との両者の収縮率の差を利
用することを特徴とする。従って両構造体は一体的に強
固に接合することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で作成したタービンホイールの断面図で
あり、第２図は実施例の粉体体積分率と静水圧力との関
係を示すグラフであり、第３図はα−窒化珪素とβ−窒
化珪素の収縮率と温度の関係を示し、第４図は実施例の
強度試験結果を示すグラフであり、第５ＷＩは試験片切
り出し部分を示す概略図である。 １・・・関部　　　　　　　２・・・ハブ部５．８・・
・翼部内側部分 ７．１０・・・ハブ部中央部分 ６．９・・・接合座部部分

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部構造体を外部構造体の内部にはめ合わせ、そ
   の後この両構造体を焼成して一体的に接合するセラミッ
   ク構造体の接合方法において、上記外部構造体を構成す
   る外部セラミック材料の収縮率は、上記内部構造体を構
   成する内部セラミック材料の収縮率よりも大きくて、か
   つ該外部構造体の収縮率は該内部構造体の収縮率よりも
   大きいことを特徴とするセラミック構造体の接合方法。
2. （２）外部セラミック材料は、α−窒化珪素であり、内
   部セラミック材料はβ−窒化珪素である特許請求の範囲
   １項記載のセラミック構造体の接合方法。