JPS6379771A

JPS6379771A - 酸化物系セラミツクス用接着剤およびその接着方法

Info

Publication number: JPS6379771A
Application number: JP61224661A
Authority: JP
Inventors: 江畑　儀弘; 正憲香山; 玉利　信幸; 川本　貴道
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1988-04-09
Also published as: AU7208787A; US4857486A; WO1988001987A1; GB2204035A; GB2204035B; AU590706B2; GB8811304D0

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】〔発明の技術分野〕本発明は酸化物系セラミックス用接着剤とその接着方法
に関し、より詳細には単結晶体を含めて酸化物系セラミ
ックスを容易に、かつ極めて高強度に接着できる新規な
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。

〔従来技術〕

一般に酸化物系セラミックスは、高温における機械的強
度や、耐熱性が優れた材料として注目され、これらの材
料を用いた応用開発が進め、られている。

ところで、かかる酸化物系セラミックスを用いて各種の
機械、或いはその部材を製造する場合、これらセラミッ
クスの特性を十分に発揮させるためには、これら機械や
部材の製造工程において酸化物系セラミックス相互間の
接着が必要になる。

特に成形、加工の制約から、単純な形状に成形された部
材から複雑な形状の部材を組み立てる場合には、酸化物
系セラミックス相互間の接着技術の開発が不可欠となる
。

そこで従来、酸化物系セラミックスを接着させるには、
接着剤を被接着体間に介在させ、または介在させずに、
高温、高圧下でホットプレスする方法が採用されていた
。

しかしながら、ホットプレス法では高温、高圧下で処理
しなければならないので、複雑な形状のものや、異形部
材の接着は至難であった。

また、近年検討されている旧Ｐ法（熱間等方加圧成形法
）でも同様のことが云える。

従って、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
発が要望されている。

ところで、これまで知られている酸化物系セラミックス
の接着剤、接着方法としては、例えば下記のものがある
。

（ａ）フッ化ナトリウムおよびフッ化カルシウムの少な
くとも１種、またはこれらとカオリンとの混合物を有効
成分とするセラミックス用接着剤、接着方法（特公昭５
９−２５７５４）。

（′ｂ）アルカリ金属フッ化物およびアルカリ土類金属
フッ化物の少なくとも１種と、ランタニド系元素の酸化
物の少なくとも１種との混合物を有効成分とするセラミ
ックス用接着剤、接着方法（特公昭６Ｏ−１８６２７）
。

（Ｃ）アルカリ金属フッ化物およびアルカリ土類金属フ
ッ化物の少なくとも１種、またはこれとカオリンとの混
合物を有効成分とするセラミックス用接着剤、接着方法
（特公昭６ｌ−１６７５１）。

（ｄ）ＭｇＯ−Ａｌ□ｏ３−ｓｔｏ、系や、Ｍｇ０−Ａ
１ｚ０７−Ｔｉ０２系の酸化物系セラミックスを、Ｍｇ
Ｏｓ　Ａ１ｚ０３．５ｉ０２、ＢａＯおよびＺｒ０１を
それぞれ特定量含むガラスで融着した後、このガラスを
結晶化ガラスとするセラミックスの接着方法（特開昭５
７−４７７７７）。

しかしながら、（ａｌ〜（Ｃ）の接着剤はその接着強度
が２０〜３０Ｋｇ／ｍ−程度であるが、酸化物系セラミ
ックスの用途によっては必ずしも接着強度が十分とはい
えず、また特に問題となるのは単結晶体酸化物系セラミ
ックス、例えばアルミナ、マグネシャ等の接着が不可能
であることである。

また（ｄ）の方法では、接着強度が極めて低く、実用性
に乏しい欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来の欠点を解消すべ（なされたものであ
り、単結晶体を含めて酸化物系セラミックスを容易に、
かつ極めて高い接着強度で接着できる新規な酸化物系セ
ラミックス用接着剤およびその接着方法を提供すること
を目的とするものである。

〔発明の構成〕

上記目的を達成する本発明の酸化物系セラミックス用接
着剤は、５ｉ０２、Ａｌユ０３　、Ｌｉ２０ｓ　ＭｇＯ
および／またはＺｎＯｓ　ＴｔＯｌおよび／またはＺｒ
Ｏ２を主成分とする結晶化ガラスを有効成分とするもの
である。

また本発明の酸化物系セラミックスの接着方法は、５ｉ
０２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯおよび／またはＺ
ｎＯ、ＴｉＯ２および／またはＺｒ０１を主成分とする
結晶化ガラスを有効成分とするセラミックス用接着剤を
酸化物系セラミックスの相互間に介在させ、これを１２
００〜１６００℃に加熱することを特徴とするものであ
る。

本発明の酸化物系セラミックス用接着剤は、特定組成の
結晶化ガラスを有効成分とする。

ここで結晶化ガラスとは、６０〜７０重量％のＳｉＯス
、１９〜２３重量％のＡｌ、０３．２〜６重量％のＬｉ
２Ｏ，１〜８重量％のＭｇＯおよび／またはＺｎ０１３
〜５Ｍ量％のＴｉＯ２および／またはＺｒＯ□を主成分
とするものであり、これら成分を常法に従って開裂した
後、これを１２００℃付近で約１時間、再加熱すると結
晶化ガラスが得られる。

結晶化ガラスの上記各成分のうち、Ｔｒ０２およびＺｒ
Ｏｘは結晶化の際に核形成剤として作用し、これらの併
用によって結＆化がより有効に行われる。

またこの結晶化ガラスには、上記主成分の他に、ｐ、ｏ
、、Ｎａ、ＯｌＫ、Ｏ、ＢａＯ、ＣａＯ等を２重量％以
下程度の量で適宜含有させることもできる。

更に本発明においては、上記結晶化ガラスと共に、低融
点ガラスとしてＰ！ＯＪ−系、ｐｂｏ系、ＺｎＯ系また
は硬質ホウケイ酸ガラスを併用することもできる。

かかる低融点ガラスは、結晶化ガラスの融点を低下させ
る機能を有すると共に、酸化物系セラミックスの濡れ性
を改善して接着強度を向上させ、また接着層の熱膨張係
数を調節して耐熱衝撃性を向上させる作用を有する。

この低融点ガラスも常法に従って調製することができる
。

本発明においては低融点ガラスとして、５０〜７５重量
％のｐ２ｏｒおよび１５〜２０重量％のＡｔユＯＪより
主としてなるｐ、　ｏ、系が好ましく使用されるが、こ
れ以外に、接着強度が幾分低下する傾向があるが、６０
〜９０重量％のＰｂＯおよび５〜１５重量％のＢ、０３
より主としてなるＰｂＯ系、６０〜７０重量％のＺｎＯ
および２０〜２５重量％のＢユＯＪより主としてなるＺ
ｎＯ系の低融点ガラスや、７０〜８５重量％の５ｉ０２
．５〜１５重量％のＮａ１Ｏ等からなる硬質ホウケイ酸
ガラスも十分使用することもできる。

下記第１表にこれら低融点ガラスの組成例を示す。

（以下、本頁余白）第１表ＰユＯｔ系低融点ガラス組成例ｐ、ｏ、　　　　７２重量％　　　６８．２重量％Ａｔ
ユｏ、　　　１８〃１６．４＃Ｚｎ０　　　１０　　＃１３．１　　’５ｉＱ１　　　
　　　　　　　２．０　　”ｐｂｏ系低融点ガラス組成
例Ｐｂ０　６４．１重量％　７２重量％　８５重量％Ｒｉ
ｂｓ　　１１．９　　’　　　１Ｂ　　’　　　７．５
　　＃ＳｉＯ□　５　　−　　２．５＃７．５〃Ｚｎ０
　１９．０　　〃５．０’　　　　　□ＡＩ、Ｏコ　　
−　　　２．５Ｉ　　　　−ＺｎＯ−系低融点ガラス組
成例Ｚｎ０　　　　６５重量％　　　６５重量％Ｂ□０３　
　　　２２．５〃２３〃５ｉＯｚ　　　　　１２．５　〃１０　”（以下、本頁
余白）硬質ホウケイ酸ガラス組成例ＳｉＯユ　７１．０重量％　７２．０重量％　　８０重
量％Ｂよ０．　７．３　　〃３．１　　＃１２　　〃へ
ｌ、Ｑ、　　　４．１　　　”　　　　　　４．２　　
　＃　　　　　　　３　　　＃Ｎａ、０　１１．０　　
〃７；９　　’　　　　５　　’に、０　　３．３　　
〃３．４　　＃−Ｆｅｚ０３　０．２　　〃０．２　　
’　　　　　−Ｃａ０　　０．６　　’　　　０．２　
　”　　　　　□Ｍｇ０　　０．１　　〃０．５　　”
　　　　　□Ｍｎ０　　０．１　　〃０．１　　”　　
　　　□Ｚｎ０　　２．３　　〃７．０　　”　　　　
　−〇、４〃Ａｓａ０３　　　□ 注：（１）はビーカーの場合、（２）はフラスコの場合
、（３）は理化学器具用の場合の組成を示す。

かかる結晶化ガラスおよび低融点ガラスは、いずれも粉
末状で用いられ、粒度は３μｍ以下であることが好まし
い。

また、これら結晶化ガラスおよび低融点ガラスの使用割
合は、通常では結晶化ガラスの５０〜７０重量％に対し
て低融点ガラスが５０〜３０重量％であり、この範囲外
では接着強度が低下する傾向がある。

かかる本発明の接着剤は、結晶化ガラスの粉末状態、ま
たは結晶化ガラスおよび低融点ガラスの混合粉末状態で
使用しても良いし、ペレット状等に適宜成形して使用す
ることもでき、または粉末、混合粉末にバインダー、例
えばバルサム、スクリーンオイル等の有機粘結剤、また
は有機溶剤を適量配合してペースト状で使用しても良い
。

本発明の接着剤を酸化物系セラミックス相互間に介在さ
せるには、接着剤の形態に応じて、例えば粉末状の場合
には被接着面に散布すれば良く、ベレット状のものは被
接着面に挾み込み゛、またペースト状のものは通常の接
着剤と同様に被接着面に塗布して使用される。

介在させる量は、用いる接着剤の組成、接着剤介在後の
加熱条件、接着される酸化物系セラミックスの形状、特
に厚さに応じて適宜決定することができ、特に限定され
ないが、通常では本発明の接着剤の有効成分の重量換算
で被接着面積１ｄ当り０．０１〜Ｉｇ、好ましくは０．
０５〜０．３ｇとするのが適当である。

本発明の酸化物系セラミックスの接着方法においては、
上記接着剤を酸化物系セラミックス相互間に介在させた
後、これを加熱する。

この加熱温度は、１２００〜１６００℃の範囲内である
ことが必要であり、具体的には、この温度範囲内におけ
る結晶化ガラスの溶融温度、接着剤の組成等に応じて適
宜決定される。

加熱温度が１２００℃未満では、結晶化ガラスの溶融が
不十分で、接着作用が殆ど発揮されず、また１６００℃
を越える温度では、溶融したガラスが接着部周辺のセラ
ミックス上に流れる。

加熱時間は、加熱温度、セラミックスの形状等に応じて
変動するが、通常では２０〜６０分程度とするのが適当
である。

加熱時の雰囲気は、酸化雰囲気であっても、非酸化雰囲
気であっても良（、例えば空気中、真空中、または不活
性ガスの雰囲気等を挙げることができる。

なお、加熱に際しては、何等の加圧手段を採用する必要
はないが、接着面の密着性を確保するために若干加圧す
ることが好ましい。

かかる加熱処理によって、酸化物系セラミックス相互間
に介在させた接着剤が融着し、セラミックスは相互に強
固に接着される。

本発明者の知見によれば、加熱処理後の接着層に結晶化
ガラスの結晶が一部残存している場合には、特に接着強
度が高く、結晶が消失した場合には、接着強度が低下す
る。

従って、加熱温度、加熱時間等を調節して接着層に結晶
が一部残存している状態にするのが好ましい。

本発明の接着剤によって接着できる酸化物系セラミック
スは特に限定されず、例えばアルミナ、マグネシャ等の
単結晶体、アルミナジルコニヤ、マグネシャジルコニヤ
、コーヂライトムライト、コーヂライト等を挙げること
ができる。

またこれら酸化物系セラミックスは、ホットプレス成形
品、常圧焼結晶、単結晶体品等のいづれでも良く、これ
らの形状、大きさも特に限定されず、立方体、直方体、
球状、柱状、筒状等のいづれであっても良く、更にこれ
らを組み合せた複雑な形状、或いは異形状であっても良
い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の酸化物系セラミックス用接着
剤は、特定組成の金属酸化物を適宜組み合せただけであ
り、特殊な薬剤を使用していないので、容易に、かつ安
価に製造することができる。

また本発明の酸化物系セラミックスの接着方法によれば
、酸化物系セラミックスの間に接着剤を介在させ、加熱
するだけの極めて簡便な操作で、酸化物系セラミックス
を強固に、すなわち通常では４５Ｋｇ／　ｍ　ｇ程度以
上、従来法の約２倍以上の高強度に接着することができ
る。

特に従来の接着剤では殆ど不可能であった単結晶体をも
同様に強固に接着することができる。

かつ得られる接着部は透明性に冨み、特に単結晶体は光
学的であり、しかも接着強度も大きいので遺品価値が高
いという効果がある。

また接着後のセラミックスは、耐化学薬品性（４８χＫ
ＯＲ水溶液に７０℃で５０時間浸漬）に変化がなく、ま
た高温度、例えば６００℃での強度も極めて高く、高温
部材の接着用として極めて好適である。　勿論、複雑形
状のものも容易に接着することができる。

また、接着剤層の耐薬品性も優れている。

更にまた、低融点ガラスの配合量を変化させて、接着層
の熱膨張係数を調節することもできるので、接着層の耐
熱衝撃性を向上させることもできる。

以下、本発明の実施例を述べる。

〔実施例〕

実施例１第２表に示す成分の結晶化ガラスの粉末と、第３表に示
す成分の低融点ガラスの粉末とを第４表に示す比率で混
合したもの１６０ｍｇに、スクリーンオイル０．０６〜
０．５ｃｃを混合してペースト状とし、これを平板正方
形のアルミナ板（１５ｖｗＸ　１５ｍｍ　Ｘ　１５ｍｍ
）相互間に介在させ、１４００℃で２０分間加熱して接
着した。

得られた接着体試料から３１１ＩＩ×３ＩＩ１１×３Ｉ
Ｉ１１の角棒を切り出し、スパン２０ａ＋ｍ、荷重速度
０．５ｗ＋ｍ／ｌｌｌ１ｎの条件で三点曲げ試験を室温
および６００℃の温度条件で行い、３本の平均値でその
接着強度を求めた。

結果を第４表に併記する。

ガラス成分　　適性範囲　　　最適条件（％　　　　　
　％５ｉ０２　　　　６２〜７０６２Ａ１２０３　　　　１９〜２５２１Ｌｉユ０　　　　０〜１．８　　　　０．３Ｍｇ０．Ｚ
ｎ０　　　１〜７　　　　　１．７−旦販Ｊ鵡ｚ　　　
３二Ｊニー　　　２−一ガラス成分　　適性範囲　　　
最適条件（重量％）　　　（重量％）ＰｚＯｒ　　　　　５０〜７５６８Ａｔ、０３　　　　１５〜１８１６Ｚｎ０　　　　　１０〜１３１４ＳｉＯ２０，５〜　２５．０　　　　　　　　　２ＢＣ
Ｄ結晶化ガラス　　　　９０　　７０　　５０　　３０占
ガース　　　　１　　　０　　５０　　７０接着強度（
常温）　　　４８　　４７　　４５　　４２ｌｌｌ接着強度（６００℃）　　４２　　４２　　４０　　３
８’ＬＩＩ！！実施例２第２表に示した組成の結晶化ガラス粉末と、第３表に示
した低融点ガラスとを第４表に示した比率で混合したも
の１６抛ｇにスクリーンオイル０．０６〜０．５ｃｃを
混合してペースト状とし、これを平板正方形のマグネシ
ャ単結体（１５ｍｍＸ１５ａ１ｍ　Ｘ　１５ｇ−）相互
間に介在させて１４００℃で２０分間加熱して接着させ
た。

得られた接着体試料から３ＩＩＩＩ＋×３１１ＩＩＩＸ
３ＩＩＩｍの角棒を切り出し、荷重速度０．５ｓｍ　／
ｌｌ１ｉｎの条件で三点曲げ試験を室温および６００℃
の温度条件で行い、３本の平均値でその接着強度を求め
た。

結果を第５表に示す。

なお、第３表に示した低融点ガラスに代えてＰｂＯ系、
ＺｎＯ、または硬質ホウケイ酸ガラスを使用して調べた
結果、接着は可能であった。

ＢＣＤ結晶化ガラス　　　９０　　７０　　５０　　３０Ｆｋ
ｍ占カース１０　　３０　　５０　　７０接着強度（常
温”）　　４５　　４６　　３８　　４０（ＫＩｌｌＩ接着強度（６００℃）４５　　４４　　３６　　３８（
Ｋ／ｌｌｌ１１）本発明によって接着された酸化物系セラミックスは、上
記のような性質を有するので、光学用途を始め、多くの
用途に拡大が期待される。

実施例３第２表に示した成分で下記第６表の組成の結晶化ガラス
の粉末単味に、スクリーンオイル０．２ＣＣを混合して
ペースト状とし、これを平板正方形のアルミナ板（１５
ａｉ＊　Ｘ　１５＋＋＋＋ｓ　Ｘ　１５ｍｍ）相互間に
介在させ、１５００℃で２０分間加熱接着した。

得られた接着体試料から、３＋ｕ＋Ｘ　３ｍｍＸ　３ｍ
ｎ＋の角棒を切り出し、スパン２０霞霞、荷重速度０．
５＋＊ｍ／分の条件で、三点曲げ試験を室温および６０
０℃の温度条件で行い、３本の平均値でその接着強度を
求めた。

結果を下記第６表に示す。

（以下、重置余白）第６表結晶化ガラス成分ＳｉＯ２６２重量％＾１．ＯＪ　　　　２１　　／／ＬｉユＯＯ，３〃ＭｇＯ・Ｚｎ０　　１．７” ＴｉＯ！・ｚｒ０２２〃接着強度（常温）　　　　　　４４Ｋｇ／ａｈａ接着強
度（６００℃）４３Ｋｇ／ｍｍ特許出願人　工業技術院長　　　飯　塚　幸　三指定代
理人　工業技術院大阪工業技術試験所更速水諒三

Claims

【特許請求の範囲】１、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｌｉ＿２Ｏ、ＭｇＯ
および／またはＺｎＯ、ＴｉＯ＿２および／またはＺｒ
Ｏ＿２を主成分とする結晶化ガラスを有効成分とする酸
化物系セラミックス用接着剤。２、ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ｌｉ＿２Ｏ、ＭｇＯ
および／またはＺｎＯ、ＴｉＯ＿２および／またはＺｒ
Ｏ＿２を主成分とする結晶化ガラスを有効成分とするセ
ラミックス用接着剤を酸化物系セラミックスの相互間に
介在させ、これを１２００〜１６００℃に加熱すること
を特徴とする酸化物系セラミックスの接着方法。