KR100639135B1 - 부분 또는 완전 - 일시적 액상을 사용하여 ｉｔｍ 재료를접합시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 구조체를 형성하는 방법에 관한 것인데, 이 방법은
(1) 회티탄석 구조 또는 형석 구조인 제1 및 제2 동일 결정 구조를 갖는 제1 및 제2 다성분 금속 산화물을 포함하는 제1 및 제2 소결 본체를 제공하는 단계;
(2) 1 이상의 금속 산화물을 포함하는 접합 재료를 제공하는 단계[여기서, 상기 1 이상의 금속 산화물은 (a) (i)다성분 금속 산화물들 중 하나에 있는 1 이상의 소결 본체 금속과 동일한 IUPAC 주기율표 족의 금속 1 이상 및/또는 (ii)다성분 금속 산화물들내에 포함되지 않은 제1열 D-블록 전이 금속 및/또는 (iii)다성분 금속 산화물들내에 포함되지 않은 란탄족을 포함하고; (b) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함된 금속을 포함하지 않으며; (c) 붕소, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 비소, 안티몬, 인 및 텔루륨의 양이온을 포함하지 않고; 및 (d) 소결 본체들의 소결 온도보다 낮은 융점을 가짐]; 및
(3) 상기 융점보다는 높고 소결 온도보다는 낮은 접합 온도로 가열시키는 단계
를 포함한다.
접합 방법

Description

부분 또는 완전 - 일시적 액상을 사용하여 ＩＴＭ 재료를 접합시키는 방법 {METHOD OF JOINING ITM MATERIALS USING A PARTIALLY OR FULLY-TRANSIENT LIQUID PHASE}
도 1은 BaO-CaO계의 상 다이어그램이다.
도 2는 CaO-CuO계의 상 다이어그램이다.
도 3a, 3b, 3c 및 3d는 1 시간 동안 1250℃에서 CuO-60 몰%의 CaO를 사용하여 La0.4Sr0.6CoO3 디스크(상부) 및 이에 접합된 동일한 재료의 튜브의 횡단면도로서, 프린팅용으로 사용되는 325 메쉬 스테인레스 스틸 스크린(도 3a 및 도 3b) 및 프린팅용 109 메쉬 스크린(도 3c 및 도 3d)을 사용하였고, 도 3a 및 도 3c는 연마된 상태의 횡단면도이고, 도 3b 및 도 3d는 파괴된 상태의 횡단면도이다.
연방 지원 연구 또는 개발에 관한 언급
본 발명은 프로그램 DE-FC-98FT40343하에 미국 에너지성이 최소한 일부 출자하여 이루어졌다.
본 발명은 특정 결정 구조의 다성분 금속 산화물을 포함하는 두 소결 본체 간의 계면에 접합을 형성하는 방법에 관한 것이다. 산소 분리 장치와 같은 장치에서 이러한 소결 본체를 사용할 경우, 이를 확실하게 접합시키거나 심지어 방기성 접합을 제공하는 것이 종종 의무인데, 상기 접합은 장치의 조작 조건을 견디는데 필요한 것이다. 상기 장치내의 일반적인 소결 본체는 운반 멤브레인(전해질), 상호접합기, 지지체, 세라믹 튜브, 씰 및 도관 등이다. 이러한 소결 본체는 일반적으로 각각 접합된 튜브-튜브, 튜브-평판 및 평판-평판이다.
어떤 접합은 전체 장치의 최약점이 되기 쉽다. 약점들은 소결 본체 스스로가 견뎌야 하는 높은 온도차 및 압력차 또는 고도의 산화 또는 환원 환경과 같은 혹독한 작동 조건에 장치를 노출시킬 경우 위험하다. 따라서, 시판 가능한 장치를 제공하기 위하여, 접합은 작동 조건에 노출시에도 기계적 통합성, 소결 본체와의 상용성 및 방기성을 유지할 것이 요구된다. 따라서, 이상적인 접합은 접합되는 재료로서 필적할만한 화학적 및 기계적 특성, 특히 필적할만한 열순환 안정성을 가져야 할 것이다.
지금까지, 소결 본체간의 접합은 금속 경납, 나노결정 산화물, 산화물-금속 공융물, 유리 및 세라믹-유리 복합체를 사용하여 제조하였다. 예를 들어, S.D.Peteves 등의 "The reactive route to ceramic joining: fabrication, interfacial chemistry and joint properties", Acta mater. 46권, 7호, (1988), 2407∼2414 페이지; Y. Lino, "Partial transient liquid-phase metals layer technique of ceramic metal bonding", J of Mat. Sci. Lett. 10, (1991), 104∼106 페이지; S.Serkowski, "Application of ceramic-metal eutectics for solid-state bonding between ceramics", Int. Symp. Ceram. Mater. Compon. Engines, 4판(Roger Carlsson et al. eds.)(1992) 348∼355 페이지; M. Neuhauser 등의 "Fugen von Technischen Keramiken mit Keramik-Grunfolien", Ber. DGK, 72권 1-2호, (1995) 17∼20 페이지; D. Seifert 등의 "Verbind poroser mit dichtgesinterter Al2O3-Keramik durch Fugen mit keramischen Folien", Ber. DGK, 73권 10호 (1996) 585∼589; 및 R. Chaim 등의 "Joining of alumina ceramics using nanocrystalline tape cast interlayer", J. of Materials Research, 15, (2000) 1724∼1728 페이지를 참조하시오. 세라믹-금속 공융물을 사용하는 소결 본체의 접합은 금속의 사용을 필요로 한다는 단점이 있다. 다수의 금속이 고온에서 공기중 산화되므로 금속 산화물의 형성을 방지하기 위하여 특별한 환원 대기의 사용을 필요로 한다. 접합되는 소결 본체는 이러한 환원 대기에서 안정하지 않을 수 있으므로 소결 본체가 분해될 것이다. 나노결정 내부층을 사용하는 소결 본체의 접합은 크리프 또는 심지어 균열로 인하여 접합되는 부품을 손상시킬 수 있는 매우 높은 압력을 요한다는 단점이 있다.
경납, 즉 금속 재료 또는 유리, 즉 다성분 금속 산화물의 고체 용액을 사용하는 것은 접합되는 재료의 특성과 상이하고 대부분 이 보다 못한 특성을 갖는 접합 재료의 계면 상을 뒤에 남기는 단점이 있다. 예를 들어, 경납은 승온에서 균열되거나, 주위 세라믹 재료와 비상용성이거나 또는 산화될 수 있는 연성 금속을 뒤에 남긴다. 마찬가지로, 유리 접합은 회티탄석 또는 형석 구조를 갖는 주위의 다성분 금속 산화물에 비하여 현저히 다른 열팽창계수를 가질 수 있어, 온도 변화후 바 람직하지 않은 잔류 응력이 결과된다. 유리 접합은 각각의 유리 전이 온도 이상의 온도에서 더 연화되어 유동하게 될 것이다. 최종적으로, 유리 접합은 승온에서 회티탄석 또는 형석 구조의 소결 본체와 화학적으로 비상용성일 수 있다. 어떤 경우에도, 잔류 재료로 인하여 필연적으로 접합이 육안으로 또는 현미경으로 검출될 수 있을 것이고, 그 특성은 접합시킬 본체가 아니라 접합 재료 자체에 의해서 결정된다.
접합을 형성시키는 또다른 방법은 B.H.Rabin 및 G.A.Moore의 "Reaction processing and properties of Sic-to-Sic joints", Material. Res. Soc. Symp. Proc. 314, (1993), 197-203(피츠버그 소재 머티리얼 리서치 소사이어티)에 기재되어 있다. 이 문헌에는, Si 및 C 분말의 혼합물을 사용함으로써 SiC 성분을 접합시킬 수 있다고 기재되어 있다. 이 문헌은 일반적으로 산화물을 접합시키는 것 및 형석 또는 회티탄석 구조를 갖는 다성분 금속 산화물의 접합에 대하여는 침묵하고 있다.
D. Seifert 등의 "Verbind poroser mit dichtgesinterter Al2O3-Keramik durch Fugen mit keramischen Folien", Ber. DGK, 73권 10호 (1996) 585-589에는 알루미나-티타니아-칼시아-마그네시아의 세라믹 접합 포일을 사용하여 알루미나 세라믹을 접합시키는 방법이 기재되어 있다. 알루미나-티타니아-칼시아-마그네시아-실리카 및 알루미나-티타니아-산화망간-산화철-실리카의 기타 접합 포일도 또한 기재되어 있다. 접합 온도는 접합시킬 알루미나 세라믹의 소결 온도 보다 100˚K 이상 더 낮았다. 이들 접합 조성물은 접합 온도로 가열시 액상을 형성하였다. 접합후, 접합은 접합 포일의 조성을 유지하였고 접합된 알루미나 본체와 조성이 상이하였다. 이 문헌은 사용되는 접합 조성물은 접합시킬 세라믹에 대해 매우 특이적임을 주장한다. 이 문헌은 다성분 금속 산화물을 접합시키는 방법에 관해서는 침묵하고 있다. 구체적으로 회티탄석 다성분 산화물을 접합시키는 방법에 관한 언급이 없다.
알루미나 세라믹을 접합시키는 또다른 방법은 M. Neuhauser 등의 "Fugen von Technischen Keramiken mit Keramik-Grunfolien", Ber. DGK, 72권 1-2호, (1995) 17-20 페이지에 기재되어 있다. 이 방법은 알루미나, 실리카 및 기타 산화물의 혼합물로부터 제조된 세라믹 포일의 사용을 요한다. 실리카는 접합시킬 세라믹과 화학적 또는 기계적으로 비상용성일 수 있으므로 실리카의 존재는 바람직하지 않다. 게다가, 이 문헌도 역시 다성분 금속 산화물을 접합시키는 방법에 관한 언급이 없다.
(Al,Cr)2O3-Cr 공융 접합 혼합물을 사용하여 알루미나 부품을 접합시키는 제3의 방법은 S.Serkowski, "Application of ceramic-metal eutectics for solid-state bonding between ceramics", Int. Symp. Ceram. Mater. Compon. Engines, 4판(Roger Carlsson et al. eds.)(1992) 348-355 페이지에 기재되어 있다. 접합을 얻는데 있어서, 접합 혼합물을 용융시키기 위하여 매우 낮은 산소 분압을 발생시키는 특정 기체 대기를 필요로 하였다. 이들 특정 기체 대기의 필요성은 공융 혼합물을 사용할 수 있는 세라믹을 한정한다. 다수의 세라믹은 공융물이 용융되는데 필요한 낮은 산소 분압 조건하에서 안정하지 않을 것이다. 또 공융 접 합 혼합물로는 결과적으로 접합시킬 본체와 화학적 및 기계적으로 유사하지 않은 접합 재료를 얻게 될 것이다. 이것은 접합의 안정성 및 통합성에 부정적인 영향을 줄 것이다. 게다가, 이 문헌은 다성분 금속 산화물을 접합시키는 것에 관하여 언급이 없다.
알루미나를 접합시키는 제4의 방법은 R. Chaim 등의 "Joining of alumina ceramics using nanocrystalline tape cast interlayer", J. of Materials Research, 15, (2000) 1724-1728 페이지에 기재되어 있다. 이 방법은 1200∼1300℃에서 55∼80 MPa의 1축 압력하에 접합시킬 알루미나 부품을 고온 압축할 것을 요한다. 이 방법은 접합 재료가 접합될 부품과 화학적 및 기계적으로 동일하다는 이점을 암시한다. 그러나, 고압은 접합시킬 세라믹 부품의 균열 또는 크리프를 초래하므로 접합시키기 위해 필요한 고압은 바람직하지 않다. 또, 이 문헌도 역시 다성분 금속 산화물을 접합시키는 방법에 관해서는 언급이 없다.
금속학에서는, 소위 일시적 액상 결합(TLP)인 또다른 유형의 결합이 최근 개발되었다. 예를 들어, Y. Zou 등의 "Modelling of transient liquid phase bonding", Int. Mat. Rev. 40권, 5호, (1995), 181 페이지 및 I. Tuah-Poku 등의 "Study of the Transient Liquid Phase Bonding, etc." Metallurgical Transactions A Vol. 19A, 1988년 3월, 675 페이지를 참조하시오. 이 방법은 용질 확산에 따른 액상의 일시적 형성에 의존한다. 결합 기술이 배타적으로 금속 본체 상에서 사용되었다.
따라서, 회티탄석 또는 형석 유형의 결정 구조를 갖는 제1 다성분 금속 산화 물을 포함하는 제1 소결 본체 및 제1 다성분 금속 산화물과 동일한 유형의 결정 구조를 갖는 제2 다성분 금속 산화물을 포함하는 제2 소결 본체 사이에 접합을 형성하는 방법으로서, 제1 및 제2 소결 본체와 화학적 및 기계적으로 상용성인 접합의 형성을 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이 요망된다. 또한 접합의 형성으로 뒤에 두드러진 계면 상을 남기지 않는 것이 요망된다. 또, 이 방법은 상용성이고 내화성인 계면 상 또는 접합, 특히 열순환 안정성을 보이는 접합을 형성할 수 있어야 한다는 것이 요망된다.
또, 상기 제1 및 제2 소결 본체 사이에 접합을 형성하는 방법을 제공하는 것이 요망되는데, 여기서 접합은 접합시킬 소결 본체와 유사한 화학적 및 기계적 특성을 갖거나 또는 추가 상의 형태인 접합(존재할 경우)은 심지어 제1 및 제2 소결 본체와 유사한 결정 구조 및 유사한 화학 조성을 가질 수 있을 것이다.
본원에 인용된 모든 참고문헌은 그 전체가 본원에 참고로 포함되어 있다.
따라서, 본 발명은 2 이상의 소결 본체를 접합하여 복합 구조체를 형성하는 방법으로서,
회티탄석 구조 및 형석 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 제1 결정 구조를 갖는 제1 다성분 금속 산화물을 포함하는 제1 소결 본체를 제공하는 단계;
제1 결정 구조와 동일한 제2 결정 구조를 갖는 제2 다성분 금속 산화물을 포함하는 제2 소결 본체를 제공하는 단계;
제1 소결 본체 및 제2 소결 본체 사이의 계면에 1 이상의 금속 산화물을 포 함하는 접합 재료를 제공하는 단계[여기서, 1 이상의 금속 산화물은 (a) (i)제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물 중 하나에 있는 1 이상의 소결 본체 금속과 동일한 IUPAC 주기율표 족의 금속 1 이상 및/또는 (ii)제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물내에 포함되지 않은 제1열 D-블록 전이 금속 및/또는 (iii)제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함되지 않은 란탄족을 포함하고; (b) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함된 금속을 포함하지 않으며; (c) 붕소, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 비소, 안티몬, 인 및 텔루륨의 양이온을 포함하지 않고; 및 (d) 제1 소결 본체의 제1 소결 온도 및 제2 소결 본체의 제2 소결 온도보다 낮은 융점을 가짐]; 및
제1 소결 본체 및 제2 소결 본체 사이에 접합을 형성시켜 복합 구조체를 제공하기에 충분한 시간 동안 융점보다는 높고 제1 및 제2 소결 온도보다는 낮은 접합 온도로 상기 소결 본체 및 상기 접합 재료를 가열시키는 단계
를 포함하는 방법을 제공한다.
바람직한 구체예에서는, 제1 및 제2 다성분 금속 산화물의 소결 본체와 동일한 유형의 결정 구조를 갖는 제3 다성분 금속 산화물을 계면에 형성한다.
본 발명은 또 본 발명 방법으로 접합되는 상기 정의한 바와 같은 두 소결 본체를 포함하는 복합 구조체에 관한 것이다. 바람직하게는, 이러한 장치는 산소를 함유하는 기체 혼합물로부터 산소를 분리하는 장치이다.
제1 양상에서, 본 발명은 회티탄석 또는 형석 유형의 결정 구조를 갖는 제1 다성분 금속 산화물을 포함하는 제1 소결 본체 및 제1 다성분 금속 산화물과 동일한 유형의 결정 구조를 갖는 제2 다성분 금속 산화물을 포함하는 제2 소결 본체 사이에 접합을 형성시키는 방법에 관한 것이다.
동일자 출원된 대리인 정리 번호 제06067USA호의 "METHOD OF FORMING A JOINT" 및 대리인 정리 번호 제06276 USA호의 "PLANAR CERAMIC MEMBRANE ASSEMBLY AND OXIDATION REACTOR SYSTEM", 이 두 계류중인 출원에도 유사한 기술이 기재되어 있다.
상기 제1 및 제2 소결 본체는 (i) 접합을 형성시킬 소결 본체들의 계면에 금속 산화물 또는 금속 산화물의 혼합물을 포함하는 접합 재료를 제공하는 단계, (ii) 상기 소결 본체 및 접합 재료를 가열하는 단계 및 (iii) 가열 온도를 유지하여 금속 산화물 또는 금속 산화물의 혼합물 또는 이들의 일부를 반응시키는 단계에 의하여 접합된다. 반응 결과 제1 및 제2 다성분 금속 산화물과 동일한 유형의 결정 구조를 갖는 제3 다성분 금속 산화물이 형성될 수 있다. 또한 이 반응 결과 계면에 임의의 두드러진 상이 형성됨 없이 접합이 형성될 수 있다.
단계 (ii)에서 가열시, 접합 재료에 의하여 액상이 제공된다. 이 액상은 이후 단계(iii)에서 반응하여 접합을 형성하므로 일시적 액상으로 불릴 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 일시적 액상 및 접합의 형성을 위한 소결에 의존한다. 일시적 액상 소결은 이전에도 소결된 재료의 고밀도화에 사용되어 왔는데, 예를 들어, L.A. Chick 등, "Phase Transitiona and Transient Liquid-Phase Sintering in Calcium-substituted Lanthanum Chromite", J.Am.Ceram.Soc. 80(8), (1997), 2109- 2120 페이지; R.N.Lumley 및 G.B.Schaffer, "The Effect of Solubility and Particle Size on Liquid Phase Sintering", Scripta Materialia 35권, 7호(1996), 589-595 페이지와 C.Hu 및 T.N.Baker, "An analysis of the capillary force and optimum liquid volume in a transient liquid phase sintering process", Materials Science and Engineering A190,(1995), 125-129 페이지를 참조하시오. 알루미나는 가열시 액상을 형성하는 접합 화합물을 사용하여 접합시켜 왔는데, 예를 들어, S. Serkowski, "Application of ceramic-metal eutectics for solid-state bonding between ceramics", Int. Symp. Ceram. Mater. Compon. Engines, 4판(Roger Carlsson 등, eds.)(1992), 348-355 페이지; M. Neuhauser, "Fugen von Technischen Keramiken mit Keramik-Grunfolien", Ber. DGK, 72권, 1-2호(1995), 17-20 페이지; D. Seifert 등, "Verbind poroser mit dichtgesinterter Al2O3-Keramik durch Fugen mit keramischen Folien", Ber.DGK, 73권, 10호(1996) 585-589를 참조하시오. 그러나, 이 방법은 다성분 금속 산화물의 접합에 사용된 적이 없다.
단계(ii)에서 가열시, 액상 및 임의로 1 이상의 고상, 바람직하게는 1 또는 2의 고상이 제공된다. 단계(iii)에서, 액상의 반응은 1 이상의 고상 또는 고상들 및/또는 제1 및/또는 제2 다성분 금속 산화물과의 반응일 수 있다. 반응 경로에서, 제3 다성분 금속 산화물이 계면에 형성될 수 있다. 이와는 다르게, 특히 고상이 제공되지 않고 및/또는 제1 및 제2 소결 본체와 반응이 일어나지 않을 경우, 계면에 추가적 상이 형성되지 않는다.
본 발명 방법에 의하여 접합되는 제1 및 제2 소결 본체는 각각 제1 및 제2 다성분 금속 산화물을 포함하고, 바람직하게는 이들로 이루어진다. 이들 다성분 금속 산화물은 각각 회티탄석 또는 형석 유형의 결정 구조를 가진다. 또, 제1 및 제2 다성분 금속 산화물 모두 동일한 유형의 결정 구조를 가진다. "동일한 유형"이란 표현은 회티탄석 구조의 제1 소결 본체의 경우 제2 소결 본체도 역시 회티탄석 구조를 가짐을 의미한다. 형석 구조의 제1 소결 본체의 경우, 제2 소결 본체도 역시 형석 구조를 가진다는 식이다. 바람직하게는, 이들은 동일한 구조 유형, 즉 동위구조이다.
회티탄석 구조는 하위구조로서 회티탄석 또는 형석-유사 층 또는 층들, 즉 2차 평방 배열로 배열된 8면체의 2차원 배열을 포함하는 구조 뿐만 아니라 8면체의 3차원 입방 배열을 포함하는 진정 회티탄석을 포함한다. 8면체는 6의 음이온 부위에 의하여 배위결합된 소직경 금속 이온으로 이루어진다. 이들 8면체는 대직경 금속 이온들에 의하여 전하 안정화된다. 회티탄석 구조의 예는 입방 회티탄석, 브라운밀레라이트, 아우리빌리우스(Aurivillius) 상 등을 포함한다. 때때로 라멜라 회티탄석으로 불리는 아우리빌리우스 상은 보다 큰 직경의 금속 양이온의 일부 또는 전체가 또다른 산화물, 통상적으로 (Bi2O2)2+의 층으로 대체된 회티탄석의 층으로 이루어진다. 브라운밀레라이트는 산소 이온의 6분의 1이 소실되고 남은 산소 이온 자리수는 결정내 연속 라인내로 배열되는 회티탄석이다. 예는 CaFeO2.5이다.
형석은 양이온 배위수 8 및 음이온 배위수 4를 특징으로 한다. 양이온은 음 이온들이 양이온들 사이의 4면체 부위를 차지하는 입방 밀집 충전 배열로 배열된다. 형석의 예에는 이트륨 안정화된 지르코니아, 안정화된 비스무스 산화물 및 도핑된 세륨을 포함한다.
제1 및 제2 다성분 금속 산화물은 형석, 브라운밀레라이트, 아우리빌리우스 상 및 회티탄석으로 이루어진 군에서 선택되는 유형의 통상적인 결정 격자 구조를 갖는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 소결 본체의 제1 및 제2 다성분 금속 산화물은 동일한 금속을 포함할 필요는 없다. 그러나, 바람직한 구체예에 따르면, 제1 및 제2 다성분 금속 산화물은 1 이상, 더 바람직하게는 2 이상의 동일한 금속을 포함한다. 예를 들어, 제1 다성분 금속 산화물은 란타늄 칼슘 철 휘코발트석 족에 속하는 반면 제2 다성분 금속 산화물은 란타늄 스트론튬 휘코발트석 족에 속할 수 있다. 둘다 회티탄석, 즉 동일하게 두 금속 La 및 Co를 포함하는 동일한 유형(회티탄석)의 결정 구조를 갖는 다성분 금속 산화물일 것이다. 두 소결 본체는 동일한 재료인 것, 즉 동일한 원소를 포함하는 것이 가장 바람직하다.
접합 재료는 금속 산화물로서 단일의 금속 산화물, 금속 산화물의 혼합물, 단일의 다성분 금속 산화물, 다성분 금속 산화물의 혼합물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 어떤 경우에도, 접합 재료는 반응하여 단계 (iii)에서 접합을 형성하는 액상을 형성한다. 접합 재료가 액상을 형성하는 메카니즘은 용융, 액상 및 고상으로의 상간이격 등과 같이 접합 재료로부터 액상을 제공하는 임의의 수단을 포함한다.
금속 산화물 또는 금속 산화물의 혼합물은 종래의 결합제 및/또는 용매와 조합되어 잉크, 페이스트 또는 테이프를 제공할 수 있다. 이러한 잉크, 페이스트 또는 테이프는 이후 계면에서 접합 재료로서 제공된다.
일반적으로, 본 발명 방법에 사용되는 접합 재료는
(1) (a)제1 및 제2 다성분 금속 산화물 중 하나에 있는 금속(들)과 동일한 IUPAC 주기율표 족의 금속 1 이상 및/또는
(b)제1 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함되지 않은 제1열 D-블록 전이 금속 및/또는
(c)제1 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함되지 않은 란탄족
을 포함하는 1 이상의 금속 산화물을 포함하고;
(2) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함된 금속을 포함하지 않으며;
(3) 붕소, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 비소, 안티몬, 인 및 텔루륨을 포함하지 않고;
(4) 두 소결 본체의 소결 온도보다 낮은 융점을 가지며;
(5) 임의로 가열 및 반응후 제1 및 제2 다성분 금속 산화물과 동일한 유형의 결정 구조를 갖는 제3 다성분 금속 산화물을 형성한다.
바람직하게는, 접합 재료는 (a)IUPAC 주기율표에서 제1 및 제2 다성분 금속 산화물 중 하나에 포함된 것과 동일한 족의 금속 1 이상 및/또는 (b)제1 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함되지 않은 제1열 D-블록 전이 금속 및/또는 (c)제1 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함되지 않은 란탄족을 포함한다.
존재할 경우, 접합 재료로서 금속 산화물로부터 형성된 제3 다성분 금속 산화물은 제1 다성분 금속 산화물 및/또는 제2 다성분 금속 산화물 및 금속 산화물내 함유된 금속들의 혼합물을 포함할 수도 있다.
특정 구체예에서, 접합 재료는 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화바륨, 산화스트론튬, 산화구리 및 혼합 산화물과 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 재료를 포함한다.
접합 재료의 금속 산화물은 실질적으로, 더 바람직하게는 완전히 붕소, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 비소, 안티몬, 인 및 텔루륨을 포함하지 않는다. 이들 원소를 포함하는 금속 산화물은 소정 결정 구조를 갖는 다성분 금속 산화물 대신 고체 용액(유리)을 형성하는 경향이 있으므로 본 발명 방법을 위한 접합 재료로서는 적당하지 않다. 이러한 성분들의 일반적인 예는 선행 기술에서 사용된 유리 씰이다.
접합 재료는 융점을 가지므로 두 소결 본체의 소결 온도 이하에서 용융된다. "융점"은 접합 재료가 액상을 제공하는 온도를 말한다. 이것은 예를 들어, 접합 재료의 1 이상의 또는 모든 금속 산화물 성분을 용융시키는 방법, 금속 산화물(들)로부터 상간 이격시키는 방법 또는 양 방법의 혼합에 의할 수 있다. 이 말은 모든 접합 재료가 융점 이상의 액상일 것은 요하지 않으나, 액상 및 1 이상의 고상을 형성할 것을 포함한다.
접합의 형성이 일반적으로 접합되는 본체의 구조적 통합성을 해하지 않아야 하므로, 소결 본체의 소결 온도 이하의 온도에서 접합시킨다. 본원에서 사용시 "소결 온도"란 소결 본체의 밀도가 뚜렷하게 변하기 시작하는 온도를 말한다. 여러가지 세라믹 조성물의 소결 온도는 숙련자에 공지되어 있거나 및/또는 일상 측정에 의하여 결정할 수 있다. 란타늄 스트론튬 휘코발트석과 같은 예시 회티탄석에 대한 일반적인 소결 온도는 1150∼1300, 특히 1200∼1250℃ 범위이다. 접합 재료의 융점은 소결 본체 및 접합 재료를 접합 재료의 상기 융점 이상 제1 및 제2 소결 본체의 소결 온도 이하의 온도로 가열시키기 위해 충분히 이들 소결 온도 이하이어야 한다. 일반적으로, 접합 재료의 융점은 각각 제1 및 제2 소결 본체의 최저 소결 온도 보다 50℃ 이상, 바람직하게는 약 100℃ 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 200℃ 더 낮다.
각각 단계 (ii) 및 (iii)에서 가열 및/또는 유지시, 접합 형성을 촉진하기 위하여 접합시킬 소결 본체에 임의로 압력을 가한다. 접합이 형성되는 전체 계면을 완전히 적실 수 있도록 충분한 액상을 형성시키는 것이 바람직하다. 불충분한 습윤은 열등한 접합이 얻어지는 원인이 될 것이다. 따라서, 접합 품질(예를 들어, 방기성, 다공성, 균열 강도 등)을 테스트함으로써, 숙련자는 액체의 필요량을 결정할 수 있다. 이후 액상은 각각 제1 및 제2 소결 본체의 제1 및/또는 제2 다성분 금속 산화물 및/또는 접합 재료의 임의의 잔류 고상(들)과 반응한다. 반응시, 제3 다성분 금속 산화물이 계면에 형성될 수 있다. 이것은, 제3 다성분 금속 산화물의 형성으로 접합시 공극이 채워질 수 있으므로 불균일한 표면의 경우 특히 유리하다. 그러나, 이러한 제3 산화물의 형성은 필수적인 것은 아니다. 반응이 진행됨에 따라, 액상은 소모되어 최종적으로는 사라진다.
접합 재료내 함유된 산화물의 상 다이어그램내에서 저융점 조성을 선택함으로서 일반적으로 충분한 양의 액상이 얻어진다. 적당한 조성 및 상 다이어그램은 소결 본체 및 접합 재료의 금속 산화물(들)의 각 금속 양이온의 크기, 원자가 및 배위를 고려하여 숙련자가 용이하게 결정할 수 있다. 저융점 조성물을 그대로 사용할 수 있고 또는 소정량의 액상 및 고상을 제공하는 접합 재료를 얻을 수 있도록 또다른 보다 내화성인 화합물 또는 화합물의 혼합물과 혼합시킬 수 있다. 첨부된 도 1 및 2에는 예시적인 상 다이어그램이 도시되어 있는데, 이것은 각각 Lee and Lee, J. Am. Ceram. Soc., 72[2], 314∼319 페이지, 1989 및 A.M.M. Gadalla et al., Trans. Br. Ceram. Soc., 62[4], 181∼190 페이지, 1966으로부터 취한 것이다.
접합 재료는 공지된 세라믹 절차에 따라 각각의 금속 산화물을 소정량으로 혼합시키고, 임의로 업계에 공지된 결합제 및 가소제를 첨가함으로써 형성된다.
가열 조건 및 분말 조성은 접합이 열처리 온도에서 완전히 고체가 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 종래의 소결용 장치내에서 상기 온도 범위까지 가열한다. 가열후, 단계 (iii)에서 접합이 형성되고, 특히 액상이 소모될 수 있기에 충분한 시간 동안 상기 온도에서 소결 본체를 유지한다. 적당한 유지 시간은 반응 속도 뿐만 아니라 조성, 계면 크기 및 액상의 부피에 따라 결정할 수 있다. 일반적인 유지 시간은 약 5 분 내지 약 24 시간, 바람직하게는 1∼4 시간의 범위이다. 가열은 다양한 대기중에서 행할 수 있고 소결 본체에 해를 주지 않는 공 기와 같은 대기중에서 행하는 것이 바람직하다. 특정 선행 기술 방법에서와 같은 환원 및/또는 산화 대기는 필요하지 않다.
본 발명 방법의 바람직한 구체예에서, 제1 및 제2 다성분 금속 산화물은 회티탄석 구조를 가진다. 더 바람직하게는 제1 및 제2 다성분 금속 산화물은 동일하거나 상이하고, 독립적으로 하기 화학식으로 표시된다:
AxA'x'A"x"ByB'y'B"y" O3-δ
상기 화학식에서, A는 F-블록 란탄족, La 또는 이들의 혼합물이고; A'는 2족 금속이며; A"는 주기율표의 1족, 2족 및 3족과 F-블록 란탄족으로부터 선택되고; B, B' 및 B"은 서로 상이하고 독립적으로 D-블록 전이 금속, 바람직하게는 제1열 D-블록 전이 금속에서 선택되며; δ는 조성물의 전하를 중성으로 하는 수이고; x, x' 및 x"은 0 이상 1 이하이며; y는 0 이상 1.1 이하이고, y' 및 y"은 0 이상 1 이하인데, 단, (x+x'+x")은 1이고 (y+y'+y")은 0.9 이상 1.1 이하인 것을 조건으로 한다.
더 바람직하게는 제1 및 제2 다성분 금속 산화물에서 A, A', A", B, B' 및 B" 중 2 이상은 동일하고 이들 각각의 지수 x, x', x", y, y' 및 y"은 ｜(x1-x 2)｜:x1, ｜(x1'-x2')｜:x1', ｜(x1"-x2" )｜:x1", ｜(y1-y2)｜:y1, ｜(y1'-y 2')｜:y1' 및 ｜(y1"-y2")｜:y1"이 각각 0.1 이하라는 조건을 부합시킨다[즉, ｜(x1-x2)｜:x1은 제1 다성분 금속 산화물의 지수 "x" 및 제2 다성분 금속 산화물의 지수 "x" 간의 차를 x1으로 나눈 값의 절대값은 0.1 이하임].
가장 바람직한 구체예에서, 제1 및 제2 다성분 금속 산화물은 독립적으로 하기 화학식으로 표시된다
LaxSrx'CoyFey"O3-δ
상기 화학식에서, (x+x')는 1이고; y는 0 이상 1.05 이하이며; y"은 0 이상 1.0 이하이고; (y+y")은 0.95 이상 1.05 이하이다.
이 경우, 접합 재료의 1 이상의 금속 산화물은 산화구리, 산화바륨, 산화란타늄, 산화코발트, 산화칼슘 및 혼합물과 이들의 혼합 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 바람직하고 산화구리, 산화칼슘 및 혼합물과 Ca2CuO3와 같은 이들의 혼합 산화물이 특히 바람직하다.
제2의 양상에서 본 발명은 본 발명 방법으로 접합된 상기 정의된 바와 같은두 소결 본체를 포함하는 복합 구조체에 관한 것이다. 접합은 두 평평한 표면 사이의 계면에 형성될 수 있을 것이나 튜브 등의 원통형 본체의 외면과 같이 휜 표면 및/또는 불균일한 표면을 따라서 형성될 수도 있다. 바람직하게는, 접합은 헬륨에 대하여 밀폐성이다. 또한 복합 구조는 계면 상을 포함하지 않는 것이 바람직하고 또는 이보다 덜 바람직하게는 적어도 제1 소결 본체 및 제2 소결 본체와 동일한 산화 및 환원 내성을 갖는 계면 상을 포함한다.
바람직하게는, 복합 구조체는 산소 함유 기체 혼합물로부터 산소를 분리하는 장치이고 및 임의로 상기 장치는 또한 산소를 반응시키기 위한 것이다. 이러한 장치는 업계에 공지되어 있는데, 예를 들어, 미국 특허 제5,240,480호, 제5,534,471호 및 제5,681,373호와 유럽 특허 출원 제1035072호에 기재되어 있다. 일반적으로, 이러한 경우들에서 소결 본체는 이온 교환막, 전해질, 상호접합기, 세라믹 튜브, 지지체 및 씰로 이루어지는 군에서 선택된다. 이들은 일반적으로 접합된 튜브-튜브, 튜브-평판 및 평판-평판이다(각각 버트-버트, 원주-버트 및 원주-원주 접합 포함).
본 발명은 이후 더 예시될 것이며 이의 목적 및 이점은 하기 실시예들(이들은 본 발명 영역을 제한하려는 의도가 아니라 단지 예시 목적으로 제시됨)을 참고로 하면 더 분명히 이해될 것이다.
실시예
실시예 1∼2: La 0.4 Sr 0.6 CoO 3-δ - 디스크 및 튜브의 접합
100 g의 2-프로판올 및 250 g의 구형 Y-TZP 매질과 함께 250 ml의 폴리에틸렌 단지에서 1 시간 동안 원료를 페인트 진탕함으로써 표 1에 나타낸 접합 재료 배취를 제조하였다. 슬러리를 건조시킨 다음 30 분동안 건식 제분한 후 -20 메쉬 스크리닝하였다. 시간 당 100℃ 내지 900℃로 가열하고 10 시간 동안 유지함으로써 상기 분말을 하소시켰다. 하소시킨 분말을 알루미나 막자를 사용하여 -40 메쉬 스크리닝한 다음 분산제로서 0.5 g의 폴리비닐 부티랄을 38.0 g의 톨루엔 및 9.5 g의 에탄올에 첨가하여 슬립을 제조하였다. 100 g의 하소시킨 분말을 250 Y-TZP 매질과 함께 250 ml의 폴리에틸렌 단지에 첨가하였다. 슬립을 1 시간 동안 페인트 진탕기 상에 두었다. 결합제(7.25 g의 PVB) 및 가소제(3.88 g의 부틸 벤질 프탈레이트(BBP))를 가하여 슬립을 약 60 부피% 고체로 하였다. 90 분 동안 페인트 진탕함으로써 결합제를 용해시켰다. 슬립을 탈기하고 규소-피복된 폴리에스테르 상에 캐스팅하여 두께 40∼50 ㎛인 무수 테이프를 얻었다.
접합 조성물
실시예 조성(몰%) 질량(g)
CuO1 BaCO2 2 CaCO2 3
1 48% BaO - 52% CuO 82.73 189.45 -
2 15% CaO - 85% CuO 135.23 30.03
1. Baker 등급 1814-05(lot K29157).
2. Kali-Chemie Corp. 등급 VL 700(고순도).
3. GE 등급 111-30-26(lot PL-1775).
La0.4Sr0.6CoO3-δ의 디스크 및 튜브를 1250℃에서 2 시간 동안 소결시킨 다음 20 ㎛의 다이아몬드 휠 상에서 분쇄하였다. 분쇄한 디스크의 두께는 600∼1000 ㎛였고 직경은 약 22 mm였다. 표 1의 각 조성의 테이프(직경 25 mm)를 두 분쇄한 디스크 사이 또는 튜브 및 디스크 사이에 끼웠다. 매스 37.5 g을 결합제 제거시 테이프가 디스크/튜브와의 접촉을 유지하도록 평행한 삽입부 세트 상에 두었다. 상기 세트를 시간당 20℃로 150℃까지, 시간당 10℃로 150∼300℃까지, 시간당 50℃에서 300∼1100℃까지 가열(1100℃에서 4 시간 유지)한 다음 시간당 50℃로 실온까지 냉각시켰다.
디스트-튜브 접합을 위하여, 테이프(직경 19 mm)를 다듬은 디스크의 상부에 두고 튜브 부분을 그 위에 두었다. 다듬은 튜브의 개방 직경은 15.5 mm이고 내경은 11.5 mm였다. 매스 811 g 또는 512 g을 두 튜브 상에 두었다. 시간당 20℃로 150℃ 까지, 시간당 10℃로 150∼300℃까지, 시간당 50℃에서 300∼1100℃까지(1100℃에서 4 시간 유지), 시간당 50℃에서 1100∼400℃까지(400℃에서 10 시간 유지)한 다음 시간당 50℃로 실온까지 냉각시킴으로써 3 튜브를 구웠다.
튜브 및 디스크는 예를 들어, 접합된 부품을 취급하거나 연마하는 것과 같은 약간의 기계적 응력하에서 실온에서 서로 접착할때 결합된 것으로 고려되었다. 결합된 튜브 부분은 결합의 질을 테스트하기 위하여 다시 실온에서 누수 체크를 하였다. 종래의 방식으로 헬륨을 이용하여 접합의 방기 테스트를 하였다. 테스트 결과 밀폐 접합이 이루어진 경우가 다수 있었다(하기 실시예 참조).
에너지 확산 분광법(EDS)을 사용하여 화학적 동질성을 조사하였다. EDS 맵핑은 1100℃에서 4 시간 유지시 Ca 및 Cu가 계면으로부터 확산되어 나가, 그 온도에서의 고화 가능성이 추정됨을 보여주었다. 접합은 또 육안으로, 현미경으로, 후방-산란 2차 전자 현미경(SEM) 영상(파괴된 및 연마된 샘플)에 의하여 추가 조사하였다. 각 경우 접합은 인식하기 어려웠으며 일부 경우 배율을 낮추면 육안으로 관찰되지 않았다.
실시예 3∼10 : 잉크의 제조
전범위 조성 8을 예시하기 위하여, CuO 및 산화구리와 산화칼슘의 혼합물에 대하여 표 2에 나타낸 조성으로부터 잉크를 제조하였다. 도 2는 공기 중의 Cu 및 Ca에 대한 상 다이어그램을 도시한 것으로, 모든 조성물이 1026℃ 이상에서 일부 용융상을 가져야함을 지시한다. 실시예 5, 즉 공융 조성물은 최저 온도에서 액체를 형성하고 실시예 10은 모든 온도에서 최소량의 액상을 가질 것이다.
하소 전 조성물
조성물 번호 조성 질량(g)
CuO CaCO3
3 CuO 200 0.0
4 CuO-0.1CaCO3 175.5 24.53
5 CuO-0.15CaCO3 163.7 36.54
6 CuO-0.2CaCO3 152.1 47.86
7 CuO-0.3CaCO3 129.9 70.06
8 CuO-0.4CaCO3 108.8 91.23
9 CuO-0.5CaCO3 88.56 111.4
10 CuO-0.6CaCO3 69.27 130.7
8 분말 모두를 250 g의 Y-TZP 구형 매질 및 100 g의 이소프로판올이 들어있는 250 ml의 고밀도 폴리에틸렌 단지내에서 1 시간 동안 페인트 진탕기 상에 두었다. 이후 혼합 분말을 밤새 공기-건조시킨 다음 70℃에서 3 시간 동안 건조시켰다. 건조시킨 분말을 30 분 동안 건식 제분한 다음 -40 메쉬 스크리닝을 하였다. CuO(실시예 3번)를 제외한 분말은 이후 900℃에서 10 시간 동안 100℃/hr 램프로 하소시켰다. 하소시킨 분말은 Cu K알파 조사를 사용하여 X-선 촬영하였다. 예상대로, 모든 조성물(실시예 3번 제외)은 900℃에서 하소후 CuO 및 Ca2CuO3의 혼합물로 이루어졌다.
[표 3]
잉크 조성물
Figure 112004011368311-pat00001
하소시킨 분말의 표면적은 0.2 m2/g 내지 0.5 m2/g 범위였다. 이들은 250 ml의 고밀도 폴리에틸렌 단지내에서 80 g의 2-프로판올 및 500 g의 구형 Y-TZP와 함께 48 시간 동안 진동 제분하였다. 제분된 분말의 표면적은 2∼7 m2/g이었다. 제분된 분말을 밤새 건조시킨 다음 테르피네올, V-006 및 올레산을 3-롤 제분기를 사용하여 표 3에 기재된 양으로 첨가하여 잉크로 제조하였다. 후방 롤러의 개구부는 50㎛, 전방 롤러의 개구부는 25 ㎛였다. 모든 잉크는 4회 롤러에 통과시킨 다음 잉크를 현탁액으로 유지하기 위해 천천히 회전시켰다.
실시예 11∼15: 부품의 접합
실시예 3∼10으로부터 얻은 잉크 3∼10을 튜브 상에 분산시키면서 다듬은 La0.4Sr0.6CoO3-δ(LSCo) 튜브를 다듬은 LSCo 디스크에 접합시킨 다음 튜브를 디스크 상에 두고 튜브-디스크 접촉이 이루어졌을 때 꼬아서 잉크를 강제로 배출시켰다. 따듯한 흐르는 공기를 사용하여 잉크를 건조시켰다.
하기 가열/냉각 프로파일을 사용하여 1 시간 동안 1250℃로 가열함으로써 약 10 kPa의 압력에서 18개 튜브를 18 디스크에 접합시켰다: RT-시간당 50℃에서 1250℃(1250℃에서 1 시간 유지), 시간당 50℃에서 1250∼700℃, 시간당 25℃에서 700∼650℃, 시간당 17℃에서 650∼600℃, 시간당 10℃에서 600∼550℃, 시간당 5℃에서 550∼500℃, 시간당 2.5℃에서 500∼450℃, 시간당 2℃에서 450∼400℃, 시간당 50℃에서 400∼20℃. 봉인후 튜브의 누스 체크를 하였다. 선택된 시료를 다이아몬트 페이스트로 연마하고 부순 다음 SEM으로 보았다. 연마된 튜브 부분은 누수계로 재체크하여 결합 질을 측정하였다.
튜브/디스크 어셈블리는 모두 잘 결합된 것으로 보였다. 누수 체크는 이들이 실온에서 거의 밀폐성임을 보여주었다. 연마는 온건한 기계적 응력을 야기하며 이것이 누수를 증대시킬 수 있다. 결과는 표 4에 실었다. 이들 결과는 도 2에 주어진 상 다이어그램으로 일정한데 1030℃ 이상의 액상을 보여준다. CuO가 회티탄석내로 확산되어 이것과 반응할때 액상은 일시적이다.
[표 4]
1 시간 동안 1250℃에서 접합시킨 후의 실온 누수율
Figure 112004011368311-pat00002
실시예 16∼23: 접합 재료의 양
실시예 3∼10에서 제조한 잉크를 사용하여, 프린팅용 스크린을 달리하는 것을 제외하고는 실시예 11∼15의 절차로써 튜브 및 디스크를 접합시켰는데, 결과적으로 계면에 제공되는 잉크의 양이 달라졌다. 튜브/디스크 어셈블리를 하기 가열/냉각 프로파일을 사용하여 노에서 1 시간 동안 온도로 가열함으로써 약 10 kPa의 압력에서 접합시켰다: RT-시간당 50℃에서 1250℃(1250℃에서 1 시간 유지), 시간당 50℃에서 1250∼700℃, 시간당 25℃에서 700∼600℃, 시간당 10℃에서 600∼500℃, 시간당 5℃에서 500∼400℃, 시간당 50℃에서 400∼20℃.
표 5는 잉크 조성물 CuO(실시예 3번), CuO-15 몰% CaO(실시예 5번), CuO-40 몰% CaO(실시예 7번) 및 CaO-60 몰% CuO(실시예 8번)에 대한 누수율 데이타를 나타낸다. 결합제로서 금속 산화물을 사용하여 모든 조성물에 대한 밀폐 결합을 형성시킬 수 있었다.
[표 5]
실시예 15∼18로부터 얻은 튜브/디스크 어셈블리에 대한 누수율 데이타
Figure 112004011368311-pat00003
밀폐성은 접합이 허용가능할만한지를 측정하는 유일한 수단이다. SEM을 사용한 조사에 따르면 CuO-60 몰% CaO가 다른 3 성분에 대하여 우수하도록 하는 최소한 의 Cu를 가지고 최상의 접합이 이루어졌다. 분쇄 및 연마에 관계된 응력은 CoO에서 Co3O4로의 전이로 인한 손상 구역(LSCo 매트릭스내 인장 응력으로 인하여 이 영역에서 과립간 균열 및 이동을 발생시킴)을 드러낸다. 임의의 분쇄 없이 표면으로부터 동시 파쇄시키는 것은 이와 동일한 효과로 인하여 고농도의 구리를 포함하는 잉크(실시예 16 및 18)에 대하여 기록되었다. CoO<->Co3O4 전이 온도 이상으로 어닐링하는 것은 이러한 효과를 제한하나 제거하지는 않았다.
균일한 접촉을 확보하기 위하여 약간 꼬는 동작과 함께 손으로 접합시킬 경우 CaO-40 몰% CuO 조성물(실시예 8번)로 만들어진 18 접합 중 18이 실온에서 He에 대하여 밀폐성이었다. 실시예 22는 다소 적은 잉크로 실시예 21의 반복을 보여주며 접합은 육안으로 명백히 보인다(도 3a 및 3b 참조). 더 많은 잉크를 사용할 경우(실시예 23 및 도 3c 및 3d 참조) 접합은 거의 보이지 않는다. 튜브/디스크 어셈블리는 1100℃ 이상에서 순환시켰고 순환후 밀폐성 상태로 남았다.
실시예 24∼29: 기타 접합 재료의 효과
4의 상이한 테이프를 사용하여 소결된 LSCo 튜브(6.35 g/cc) 및 다듬은 림을 디스크에 접합시켰다. 테이프틀 CuO-15몰% CaO(제2번), Ca1.01FeO2.5, Fe2O 3-26 중량% CaO 및 Fe2O3-23 중량% CaO였다. 4 조성물 모두 1250℃ 전에 일시적 액상을 형성하였다. 테이프는 모두 두께가 50 ㎛였다. 가열 속도는 접합 온도까지 시간당 50℃였다. 어셈블리를 모두 함께 접합시켰다. 표 6은 어떤 어셈블리가 밀폐성인가를 나타낸다.
LSCo 소결 본체 중 9개는 CuO-15 몰% CaO 테이프 및 잉크를 사용하여 접합시켰다. 이들 샘플 중 6개는 튜브-튜브 형태였고, 잉크를 이들 중 3에 도포하고 테이프를 다른 3에 사용하였다. 남은 3 샘플은 림 및 디스크 사이의 테이프로 이루어졌다. 소결된 샘플을 SEM 분석한 결과는 Ca2CuO3-CuO 조성이 잘 유동하고 접촉시 표면을 적신다는 것을 보여주었다. 2 시간 동안 1250℃로 가열하는 것은 튜브-튜브 샘플의 계면에 제3 상 또는 제3 다성분 금속 산화물을 남긴다. 이 제3 상은 계면의 임의의 공극을 채우므로 소수의 공극만이 남는다. 이 제3 상의 조성은 주로 칼슘, 철 및 산소이고 나머지는 소량의 구리이다. 제3 상은 1425℃에서 4 시간 동안 어닐링후 확산되어 나갔다. 접합은 모두 실온에서 He에 대하여 밀폐성이었다.
[표 6]
상이한 액상을 이용한 접합
Figure 112004011368311-pat00004
상기 실시예에 의하여 입증된 바와 같이 본 발명 방법에 따르면 일시적 액상을 사용함으로써 세라믹 튜브-디스크와 같은 소결 본체를 접합시킬 수 있다.
본 발명은 상세히 그리고 이의 특정 실시예로써 기술되었으나, 본 발명의 개념 및 범위를 일탈하지 않는 한 여러가지 변화 및 변형이 가능함은 숙련자에 명백할 것이다.
본 발명은 회티탄석 또는 형석 유형의 결정 구조를 갖는 제1 다성분 금속 산화물을 포함하는 제1 소결 본체 및 제1 다성분 금속 산화물과 동일한 유형의 결정 구조를 갖는 제2 다성분 금속 산화물을 포함하는 제2 소결 본체 사이에 접합을 형성하는 방법으로서, 제1 및 제2 소결 본체와 화학적 및 기계적으로 상용성인 접합의 형성을 가능하게 하는 방법을 제공한다. 또한 이 방법은 뒤에 접합의 형성으로 인한 두드러진 계면 상을 남기지 않는다. 또, 이 방법은 상용성이고 내화성인 계면 상 또는 접합, 특히 열순환 안정성을 보이는 접합을 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 소결 본체 사이에 접합을 형성하는 방법을 제공하는데, 여기서 접합은 접합시킬 소결 본체와 유사한 화학적 및 기계적 특성을 갖거나 또는 추가 상의 형태인 접합(존재할 경우)은 심지어 제1 및 제2 소결 본체와 유사한 결정 구조 및 유사한 화학 조성을 가질 수 있을 것이다.

Claims (28)

  1. 2 이상의 소결 본체를 접합하여 복합 구조체를 형성하는 방법으로서,
    회티탄석 구조 및 형석 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 제1 결정 구조를 갖는 제1 다성분 금속 산화물을 포함하는 제1 소결 본체를 제공하는 단계;
    제1 결정 구조와 동일한 제2 결정 구조를 갖는 제2 다성분 금속 산화물을 포함하는 제2 소결 본체를 제공하는 단계;
    제1 소결 본체 및 제2 소결 본체 사이의 계면에 1 이상의 금속 산화물을 포함하는 접합 재료를 제공하는 단계 [여기서, 1 이상의 금속 산화물은 (a) (i) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물 중 하나에 있는 1 이상의 소결 본체 금속과 동일한 IUPAC 주기율표 족의 금속 1 이상, (ii) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물내에 포함되지 않은 제1열 D-블록 전이 금속, (iii) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함되지 않은 란탄족, 및 (iv) 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하고; (b) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함된 금속을 포함하지 않으며; (c) 붕소, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 비소, 안티몬, 인 및 텔루륨의 양이온을 포함하지 않고; (d) 제1 소결 본체의 제1 소결 온도 및 제2 소결 본체의 제2 소결 온도 이하의 융점을 가짐]; 및
    제1 소결 본체 및 제2 소결 본체 사이에 접합을 형성시켜 복합 구조체를 제공하기에 충분한 시간 동안 융점보다는 높고 제1 및 제2 소결 온도보다는 낮은 접합 온도로 상기 소결 본체 및 상기 접합 재료를 가열하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가열시 1 이상의 금속 산화물이 액상 및 1 이상의 고상을 제공하는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 액상 및 1 이상의 고상이 반응하여 접합을 형성하는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제1 다성분 금속 산화물이 제2 다성분 금속 산화물에도 포함되어 있는 두 금속을 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 접합 재료가 (a) 제1 및 제2 다성분 금속 산화물 중 하나에 포함되지 않은 IUPAC 주기율표 2족 금속, (b) 제1 및 제2 다성분 금속 산화물내 포함되지 않은 제1열 D-블록 전이 금속, 또는 (c) 상기 둘 모두를 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 결정 구조가 형석, 브라운밀레라이트, 아우리빌리우스 상 및 회티탄석으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 구성원으로 이루어지는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 접합이 튜브-튜브, 평판-튜브 또는 평판-평판 접합으로 이 루어지는 군에서 선택되는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 다성분 금속 산화물이 동일하거나 상이하고 독립적으로 하기 화학식으로 표시되는 것인 방법:
    AxA'x'A"x"ByB'y'B"y" O3-δ
    상기 화학식에서, A는 F-블록 란탄족, La 또는 이들의 혼합물이고; A'은 2족 금속이며; A"은 IUPAC 주기율표의 1족, 2족 및 3족과 F-블록 란탄족으로부터 선택되고; B, B' 및 B"은 서로 상이하고 독립적으로 D-블록 전이 금속으로부터 선택되며; δ는 조성물의 전하를 중성으로 하는 수이고; x, x' 및 x"은 0 이상 1 이하이며; y 및 y"은 0 이상 1.1 이하이고, y'은 0 이상 1 이하인데, 단, (x+x'+x")은 1이고 (y+y'+y")은 0.9 이상 1.1 이하인 것을 조건으로 한다.
  9. 제8항에 있어서, 제1 다성분 금속 산화물이 제2 다성분 금속 산화물에도 포함되어 있는 두 금속을 포함하고, 지수 x, x', x", y, y' 및 y"은 (x1-x2):x1, (x1'-x2'):x1', (x1"-x2"):x1", (y1-y2):y1, (y1'-y2'):y1' 및 (y1"-y2"):y1"[상기 식들에서, 아래첨자 1은 각각 제1 다성분 산화물을 나타내고, 아래첨자 2는 각각 제2 다성분 산화물을 나타냄]이 각각 0.1 이하라는 조건을 부합시키는 것인 방법.
  10. 제8항에 있어서, 접합 재료가 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화바륨, 산화스트 론튬, 산화구리 및 혼합 산화물과 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 재료를 포함하는 것인 방법.
  11. 제9항에 있어서, 제1 및 제2 다성분 금속 산화물은 독립적으로 하기 화학식으로 표시되고, 1 이상의 금속 산화물은 산화구리, 산화바륨, 산화칼슘 및 혼합 산화물과 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 방법:
    LaxSrx'CoyFey"O3-δ
    상기 화학식에서, (x+x')는 1이고; y는 0 초과 1.05 미만이며; y"은 0 이상 1.0 이하이고; (y+y")은 0.95 이상 1.05 이하이다.
  12. 제11항에 있어서, 1 이상의 금속 산화물은 산화칼슘 및 산화구리의 혼합물 또는 혼합 산화물인 것인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 접합이 헬륨에 대하여 밀폐성인 것인 방법.
  14. 제1항에 있어서, 압력을 가하지 않고 행하는 것인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 공기중에서 가열하는 것인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 복합 구조체가 계면 상을 포함하지 않는 것인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 접합이 제1 소결 본체 및 제2 소결 본체와 적어도 동일한 산화 및 환원 내성을 갖는 계면 상을 포함하는 것인 방법.
  18. 제1항에 있어서, 접합 재료가 1 이상의 유기 결합제를 더 포함하는 것인 방법.
  19. 제18항에 있어서, 접합 재료가 제1 소결 본체 및 제2 소결 본체 사이의 계면의 형태를 따르기에 충분한 가소성을 상기 가열 전에 갖는 것인 방법.
  20. 제1항에 있어서, 접합에 0.001∼1 MPa의 압력을 가하는 것인 방법.
  21. 제1항의 방법에 의하여 제조되는 복합 구조체로서,
    회티탄석 구조 또는 형석 구조로 이루어지는 군에서 선택되는 제1 결정 구조를 갖는 제1 다성분 금속 산화물을 포함하는 제1 소결 본체
    제1 결정 구조와 동일한 제2 결정 구조를 갖는 제2 다성분 금속 산화물을 포함하는 제2 소결 본체, 및
    1 이상의 금속 산화물을 포함하는 제1 소결 본체 및 제2 소결 본체 사이의 접합
    을 포함하고, 상기 1 이상의 금속 산화물이
    (a) (i) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물 중 하나에 있는 1 이상의 소결 본체 금속과 동일한 IUPAC 주기율표 족의 금속 1 이상, (ii) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물내에 포함되지 않은 제1열 D-블록 전이 금속, (iii) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함되지 않은 란탄족, 및 (iv) 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하고;
    (b) 제1 다성분 금속 산화물 및 제2 다성분 금속 산화물에 포함된 금속을 포함하지 않으며;
    (c) 붕소, 탄소, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 비소, 안티몬, 인 및 텔루륨의 양이온을 포함하지 않고;
    (d) 제1 소결 본체의 제1 소결 온도 및 제2 소결 본체의 제2 소결 온도 이하의 융점을 갖는 것인 복합 구조체.
  22. 제21항에 있어서, 제1 및 제2 결정 구조가 형석, 브라운밀레라이트, 아우리빌리우스 및 회티탄석으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 구성원으로 이루어지는 것인 복합 구조체.
  23. 제21항에 있어서, 제1 및 제2 소결 본체가 튜브 또는 평판이고, 접합은 튜브-튜브, 평판-튜브 또는 평판-평판 접합인 것인 복합 구조체.
  24. 제21항에 있어서, 산소를 포함하는 기체 혼합물로부터 복합 구조체 산소를 분리시키는데 적용되는 것인 복합 구조체.
  25. 제21항에 있어서, 산소를 포함하는 기체 혼합물로부터 복합 구조체 산소를 분리시키고 상기 산소를 반응시키는데 적용되는 것인 복합 구조체.
  26. 제21항에 있어서, 접합이 헬륨에 대하여 밀폐성인 것인 복합 구조체.
  27. 제21항에 있어서, 복합 구조체가 계면 상을 포함하지 않는 것인 복합 구조체.
  28. 제21항에 있어서, 접합이 제1 소결 본체 및 제2 소결 본체와 적어도 동일한 산화 및 환원 내성을 갖는 계면 상을 포함하는 것인 복합 구조체.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1368154A4 (en) * 2001-02-05 2005-06-15 Univ Rutgers TRANSIENT EUTECTIC PHASE PROCESS FOR CERAMIC-METAL BOND, METALLIZATION AND COMPOSITE MODE
FR2872072B1 (fr) * 2004-06-24 2006-09-29 Snecma Propulsion Solide Sa Procede de brasage de pieces en materiau composite thermostructural siliciure
US7954490B2 (en) 2005-02-09 2011-06-07 Vbox, Incorporated Method of providing ambulatory oxygen
US7695580B2 (en) * 2006-01-17 2010-04-13 Air Products And Chemicals, Inc. Method of forming a ceramic to ceramic joint
EP2076517A1 (en) * 2006-09-22 2009-07-08 Janssen Pharmaceutica N.V. Spiro benzazepines as vasopressin antagonists
CA2665849A1 (en) * 2006-09-22 2008-03-27 Janssen Pharmaceutica N.V. Spiro benzazepines used as vasopressin antagonists
JP4976207B2 (ja) * 2007-06-15 2012-07-18 三井金属鉱業株式会社 ガス中の酸素除去装置及び高純度窒素ガスの製造装置
DE102009050019B3 (de) * 2009-10-16 2011-03-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur hochtemperaturfesten Verbindung von sauerstoff-permeablen Oxidkeramiken auf der Basis substituierter Erdalkalicobaltate durch dotierungsunterstütztes diffusives Reaktionssintern
SG185586A1 (en) 2010-05-21 2012-12-28 Ceramatec Inc Ceramic to ceramic joint and associated methods
RU2477342C2 (ru) * 2011-06-03 2013-03-10 Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН Способ соединения деталей из тугоплавких оксидов
EP2898936A1 (en) 2014-01-28 2015-07-29 Air Products And Chemicals, Inc. Planar solid-state membrane module for oxygen separation
EP2898937A1 (en) 2014-01-28 2015-07-29 Air Products And Chemicals, Inc. Planar solid-state membrane module for oxygen separation
US20150209721A1 (en) * 2014-01-28 2015-07-30 Air Products And Chemicals, Inc. Solid-State Membrane Module

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4884737A (en) * 1987-05-21 1989-12-05 Lanxide Technology Company, Lp Method for surface bonding of ceramic bodies
JPH0610957Y2 (ja) * 1987-08-07 1994-03-23 ブラザー工業株式会社 ミシン
JPH0832599B2 (ja) * 1989-05-15 1996-03-29 日本碍子株式会社 酸化物超電導体の筒状体構造
WO1994007270A1 (en) * 1992-09-14 1994-03-31 Conductus, Inc. Improved barrier layers for oxide superconductor devices and circuits
US5240480A (en) * 1992-09-15 1993-08-31 Air Products And Chemicals, Inc. Composite mixed conductor membranes for producing oxygen
JPH0797277A (ja) * 1993-08-02 1995-04-11 Kyocera Corp 酸化物超電導体の接合方法
US6355093B1 (en) * 1993-12-08 2002-03-12 Eltron Research, Inc Two component-three dimensional catalysis
JPH082977A (ja) * 1994-06-16 1996-01-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd ペロブスカイト型セラミックスの接合方法
WO2003002483A1 (fr) * 2001-06-29 2003-01-09 International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation Procede de jonction d'oxyde supraconducteur et corps a cet effet

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