JPS63170278A - 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構造体の
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、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ｒａＩ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）。

また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］ 上記の同材質で密度の差を利用して接合する方法は、内
部構造体が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１ｍ！を体は
焼結温度近傍に２度さらされるために、内部構造体中に
異常粒の成長が起こり大幅な強度低下をも゛たらす際因
になるという欠点を有する。

また上記の成形法を異にした成形体の収縮率の異なる構
造体を接合後焼成する方法は、成形方法および成形条件
により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す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１ 本発明は、内部構造体を外部構造体の内部にはめ合わせ
、その模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
−成するセラミック材料に対する焼結助剤の配合割合は
、該内部構造体を構成するセラミック材料に対する焼結
助剤の配合割合より０．０５〜２０重量％多く含有する
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のセラミック材料とし
ては、通常使用されるセラミック材料を適用できる。例
えば窒化珪素、炭化珪素、アルミナ、ジルコニアなどで
、外部構造体および内部構造体が同一の材料のセラミッ
ク材料を用いるのが好ましい。

上記焼成助剤には、上記セラミック材料の焼結に一般に
用いられる助剤のアルミナ、イツトリア、シリカ等と、
いわゆる焼結促進剤とを含む。この焼結促進剤としては
ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（ＭＯ＞、カルシウ
ム（Ｃａ）のＩａ族の元素、クロム（Ｃｒ）、モリブデ
ン（ＭＯ）、タングステン（Ｗ）の周期律表Ｖｌａ族の
元素、鉄（Ｆｅ）、コバルト（ＣＯ）の■属の元素、マ
ンガン（Ｍｎ）等を含有する化合物で例えば酸化物、水
酸化物、炭酸塩、等の化合物が用いられる。これらの焼
結助剤の使用量は、内部構造体と外部構造体を構成する
セラミック材料に対する配合割合が、０．１〜２０重量
％多く外部構造体へ添加される。この添加量が０．０５
重量％未満の場合は収縮率の差が小さいため強固に接合
できず、２０重量％を越える場合は収縮率の差が大きく
なりすぎ接合時に破損が生ずるためである。また焼結促
進剤は内部構造体と外部構造体を構成するセラミック材
料に対する配合割合が０．０５〜１０重量％多く、外部
構造体に添加されるのが好ましい。

とくに焼結促進剤は易焼結性のものが好ましく、これは
内部構造体より外部構造体が相対的に焼成が♀く進み即
ち焼成時に早く収縮するので内部構造体と強固に接合さ
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容惜％であり、よ
り好ましくは４０〜６０容量％である。

［実施例］ 以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１） 本実施例により作成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胃１１＄１とハ
ブ１２とから成っている。

（外部構造体の作製） 平均粒子径１μｍからなる窒化珪素７７ｆ！量部と、マ
グネシャ（ＭＱＯ）１．０１量部、アルミナ（ＡｌｔＯ
ｓ）１．０！Ｉ１１部とイツトリア（Ｙｇｏ３）３．０
重ω部及びポリスチレン１４重湯部にパラフィンワック
ス４型缶部をよく混合した後、射出成形にて外部構造体
を成形した。なお使用焼結助剤量は６型缶％である。離
型した後、１０℃／ｈｒにて５０℃から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ボ
リスヂレン、パラフィンワックスを除去した。さらに大
気雰囲気下にて８００℃で２時間の仮焼成を行い外部構
造体を作製した。この外部構造体の粉の体積分率は５７
．２±０．１容量％であった。

なお外部構造体は、射出成形による成形のため、寸法精
度が良好であり（±０．０３＋＋ｎ）、とくに加工はし
なかった。

（内ＰＩＩＩｌ造体の作製） 次に以下のようにして内部構造体の仮焼成体を作製した
。まず静水圧法（ＣＩＰ）により内部構造体に必要なＣ
ＩＰの圧力を設定するため粉の体積分率とＣＩＰの圧力
との関係の試験を行った。

平均粒径１μｍからなる窒化珪素７７重同郡とアルミナ
１．０重量部およびイツトリア３ｒｆ１ｍ部からなるセ
ラミック粉末をＣＩＰ法にて６００〜１６００ｋＱ／Ｃ
１ｇの圧力範囲で試験片（φ３０ｘ３０＋ｇｖ＋）を成
形し８００℃で２時間仮焼成を行い粉の体積分率をそれ
ぞれ測定した。なお使用焼結助剤−は５重量％である。

測定結果を第２図のグラフに示す。その結果内部構造体
の粉の体積分率を外部構造体の粉の体積分率に一致させ
るＣＩＰの圧力は１２００ｋＱ／ａｍ！であることが判
明した。

次に上記と同様の方法で内部構造体を作製した。

即ち所定割合のセラミック粉末を成形型にてＣＩＰ圧１
２００ｋＧ／ｃｍ２により静水圧成形し、ついで８００
℃で２時間仮焼成して内部構造体を作製した。

得られた内部構造体を加工して外部構造体と嵌め合せせ
用とした。

なお、上記外部構造体を構造するセラミック材料に対す
る焼結助剤の配合割合は、内部構造体への添加より１重
量％多い。

（両構造体の接合） 上記両構造体を嵌め合せ、この両構造体を１０気圧の窒
素雰囲気下で１７５０℃で２時間の焼成を行い、第１図
に示すように外部構造体と内部構造体が一体的に接合さ
れた、翼部１とハブ部２とから成るタービンホイールを
作製した。なお、上記の外部構造体と内部構造体の各焼
結Ｉ！痕、内部および外部構造体の収縮率変化との関係
を第３図のグラフに示、す。

なお上記外部構造体を構成するセラミック材料に対する
焼結助剤の配合割合は、内部構造体への添加より１ψｍ
％多い。

（接合体の評価） 第４図に示すようにこのタービンホイールの翼部の内側
部ａ１接合部底部ｂ１ハブ部の中心部Ｃから各試験片（
２Ｘ２Ｘ３０ｍｓ＞を切り出しその３点曲げ試験を行っ
た。その結果を第５図に示す。

第４図に示す様に接合部底部すは高温でも内側部ａ１重
合部Ｃとほぼ同一の強度を示しており一構造体は強固に
一体的に接合されている。

［実施例２］ 実施例１において外部構造体、内部構造体に添加する焼
成助剤の種類、岱を変えること以外は同じタービンホイ
ール型による成形、接合を行った。

（外部構造体の作製） 平均粒子径１μｍからなる窒化珪素７６重量部と焼結促
進助剤であるマグネシウム元素を有するスピネル（ＭＯ
ＡｌｔＯ＜）３重量部とイツトリア３重量部およびポリ
スチレン１４ｖｆ１１部、パラフィンワックス４重量部
をよく混合した後射出成形にて外部構造−形体を成形し
た。なお使用焼結助剤量は７１１量％である。離型した
後、１０℃／ｈｒにて５０℃から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ポリスチレ
ン、パラフィンワックスを除去した。さらに大気雰囲気
下にて８００℃で２時間の仮焼成を行い外部構造体を作
製した。この外部構造体の粉の体積分率は５７．０容量
％であった。

（内部構造体の製作） 次に以下のようにして内部構造体の仮焼成体を作製した
。実施例１と同様に静水圧法により内部構造体の作製に
必要なＣＩＰの圧力を求めた。

平均粒子径１μｍからなる窒化珪素７６Φｍ部とアルミ
ナ２重量部、イツトリア１１部からなるセラミック粉末
をＣＩＰ法にて成形仮焼成し粉の体積分率を測定した。

測定結果を第６図に示す。

この粘ｇＡＩＩｉｃ　Ｉ　Ｐ圧Ｇ；ｔ　１０００　ｋ　
Ｑ／ａｍ’　テアった。なお使用焼結助剤量は６！ｌｆ
１％である。次に上記と同様の方法で内部構造体（ハブ
部）を１０００ｋｇ／ｃｍ！のＣＩＰ圧力で成形し仮焼
成して内部構造体を作製した。得られた内部構造体は嵌
め合せの加工を行い上記で得た外部構造体を嵌め合せた
。

（両構造体の接合） 嵌め合せた両構造体を１０気圧の窒素雰囲気下で１７５
０℃で２時間の焼成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
７図に示す。焼成温度において４部構造−と内部構造体
とが収縮率を異にし焼門により強固な接合を形成する。

なお、上記外部構造体には焼結助剤は内部構造体より１
重量％多い。

〔発明の効果］ 本発明の接合方法は、外部構造体を構成するセラミック
材料に焼成助剤を内部構造体を構成するセラミック材料
より０．０５〜２０重量％多く含有することにより焼結
時の同構造体の収縮率の差を利用することを特徴とづる
。従って外部構造体は収縮率が大きいため、同構造体を
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図は実施例で作製したタービンホイールの断面図で
あり、第２図は実施例１の粉の体積分率と静水圧力（Ｃ
ＩＰ）との関係を示すグラフであり、第３図は内部構造
体と外部構造体の収縮率と温度の関係を示し、第４図は
実施例１の強度試験結果を示すグラフであり、第５図は
試験片切り出し部分を示す概略説明図で、第６図は実施
例２の粉の体積分率と静水圧力（ＣＩＰ）との関係を示
すグラフで、第７図は実施例２の内部構造体と外部構造
体との収縮率の差を示すグラフである。

Claims (1)

【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
   るセラミック材料に対する焼結助剤の配合割合は、該内
   部構造体を構成するセラミック材料に対する焼結助剤の
   配合割合より０．０５〜２０重量％多く含有することを
   特徴とするセラミック構造体の接合方法。