KR20130132983A - Alumina conjugate and bonding method for alumina sintered bodies - Google Patents

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Abstract

알루미나 소결체들이 접합부를 개입시켜 접합된 알루미나 접합체이다. 상기 접합부는 두께 30㎛ 이상의 알루미나로 이루어지며, 상기 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 상기 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대(coarse) 독립 기공과, 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역과, 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역으로 이루어진 형성되는 알루미나 접합체로 형성되어 있다.The alumina sintered bodies are the alumina conjugates joined through the joint part. The joint is made of alumina having a thickness of 30 μm or more, coarse independent pores having a hole diameter in the thickness direction of the joint of 40 to 100% of the thickness of the joint, and a hole diameter of 5 μm or less. It is formed of an alumina conjugate formed of a microcrystalline region including fine pores and a dense sintered region having a relative density of 98% or more.

Description

알루미나 접합체 및 알루미나 소결체의 접합방법 {Alumina conjugate and bonding method for alumina sintered bodies}Bonding method of alumina conjugate and alumina sintered body {Alumina conjugate and bonding method for alumina sintered bodies}

본 발명은 알루미나 소결체들을 접합한 알루미나 접합체 및 알루미나 소결체의 접합 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 길이 수 m에도 이르는 대형 부재로의 적용이 가능한, 고순도이며 고강도의 요구를 만족할 수 있는 알루미나 접합체 및 이와 같은 알루미나 접합체를 제작하기 위한 알루미나 소결체의 접합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an alumina conjugate bonded to alumina sintered bodies and a method for joining an alumina sintered body, and more particularly, to an alumina conjugate capable of satisfying the requirements of high purity and high strength, which can be applied to a large member up to several m in length. It relates to a joining method of an alumina sintered body for producing the same alumina bonded body.

최근, 각종 제조 분야에 있어서의 품질과 생산성의 향상을 향해서, 생산 용도로 이용되는 엔지니어링 세라믹스 부재에는, 대형화와 고순도화가 요구되고 있다. 특히 수 m에 이르는 대형 부재의 제작에는, 종래의 일체형의 세라믹스 성형·소성기술로는 대응이 곤란하다. 따라서, 복수의 작은 세라믹스 소결체(블록)를 제작하여 조합시키고, 이들을 접합하는 부분만을 국소적으로 가열함으로써 접합하여 원하는 부재를 제작하는 기술의 개발이 필요하게 되었다. 또, 내열성과 내식성이 요구되는 반도체 제조 장치나 화학 플랜트 등에서는, 제품으로의 불순물 원소의 혼입이 엄격하게 제한되고 있으며, 이용되는 부재에 대해 고순도의 것이 요구되고 있다. 특히, 리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른 (rotary kiln)의 구성 부재로서 이용되는 대형의 세라믹스 파이프 (관 부재)에서는, 고순도이며 또한 높은 고온 강도를 갖고, 지름이 최대 30㎝ 정도이며 길이가 최대 5m 정도에도 달하는 대형 제품이 필요하게 되고 있다.In recent years, in order to improve the quality and productivity in various manufacturing fields, the engineering ceramic member used for a production use is required to enlarge and high purity. In particular, in the production of a large member of several meters, it is difficult to cope with conventional integrated ceramic molding and firing techniques. Therefore, the development of the technique which manufactures and combines several small ceramics sintered bodies (block), joins by locally heating only the part which joins them, and produces the desired member is needed. Moreover, in the semiconductor manufacturing apparatus, chemical plant, etc. which require heat resistance and corrosion resistance, incorporation of the impurity element into a product is restrict | limited severely, The thing of high purity is calculated | required for the member used. In particular, in the large-scale ceramic pipe (tubular member) used as a structural member of the rotary kiln used for manufacture of the positive electrode material for lithium ion secondary batteries, it has high purity, high temperature strength, and has a diameter up to 30. There is a need for large products that are about 5 inches in length and up to 5 meters in length.

일반적인 세라믹스 소결체의 접합 방법에는, 산화물 솔더법이나 고융점 금속법 등이 있지만, 이들 접합 방법은, 불순물 원소의 혼입이나 고온 강도의 열화가 일어나기 때문에 상기와 같은 용도에서는 바람직하지 않다. 또, 고상 가압 접착법과 같이, 가열중에 높은 압력을 피접합재에 부하하는 것은, 대형 부재의 제조에서 곤란하고, 이러한 대형 부재 제작의 요구에 응할 수 없다.Although the bonding method of a common ceramic sintered compact includes the oxide solder method, the high melting-point metal method, etc., these joining methods are unpreferable in the above uses, since mixing of impurity elements and deterioration of high temperature strength arise. In addition, as in the solid state pressure bonding method, it is difficult in the production of a large member to load a high pressure material to be joined during heating, and it cannot meet the demand for production of such a large member.

이에 대해, 세라믹스 소결체들을 무가압으로 접합하고, 얻어진 접합체가 고순도를 유지할 수 있는 접합 방법으로서 상기 세라믹스 소결체와 동일 조성인 세라믹스 입자를 순수한 물에 분산시킨 슬러리를 이용하여 접착하고, 소성하여 접합하는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 1 참조).On the other hand, as a bonding method in which ceramic sintered bodies are bonded under no pressure, and the obtained bonded body can maintain high purity, the technique of bonding, firing, and bonding by using a slurry in which ceramic particles having the same composition as the ceramic sintered body is dispersed in pure water. This is known (refer patent document 1).

그러나 상기 특허 문헌 1에 기재되어 있는 접합 방법에서는, 접합 강도가 100㎫ 미만으로 접합 강도가 충분하지 않다는 문제에 더하여 접합층의 두께가 0.5㎛로 매우 얇기 때문에 대형 부재의 접합에는 적용할 수 없다는 문제가 있었다. 왜냐하면, 대형 부재 제작을 위해서 접합에 이용하는 세라믹스 소결체(블록)의 피접합면은, 예를 들면, 관 모양 소결체의 경우에는 지름이 수 10㎝ 이상으로 크기 때문에 단면의 평탄도를 1㎛ 이하로 하는 것은 일반적으로 곤란하고, 상기 특허 문헌 1에 기재되어 있는 접합 방법에 필요하다고 생각되는 최대 0.1㎛ 정도의 평탄도에 피접합면을 완성시키는 데는, 다대한 제조 비용이 들어 실용적이지 않기 때문이다. 이와 같이, 큰 세라믹스 소결체의 단면을 연삭가공에 의해 고정밀도로 완성하는 것은 제조비용 관점에서 바람직하지 않기 때문에, 피접합면의 요철이 수 10㎛이어도 허용할 수 있는 접합 방법이 요구된다.However, in the joining method described in the patent document 1, in addition to the problem that the joining strength is less than 100 MPa and the joining strength is not sufficient, the joining layer has a problem that it cannot be applied to joining large members because the joining layer is very thin at 0.5 탆. There was. This is because the surface to be joined of the ceramic sintered body (block) used for joining for the production of a large member is, for example, a tubular sintered body having a diameter of several centimeters or more, so that the flatness of the cross section is 1 μm or less. This is generally difficult, and it is because it is not practical to use a large production cost to complete the surface to be joined at a flatness of up to about 0.1 μm, which is considered necessary for the bonding method described in Patent Document 1. As described above, it is not preferable to finish the cross section of the large ceramic sintered body by grinding with high precision. Therefore, a joining method that can tolerate even unevenness of the surface to be joined is required even if several tens of micrometers are required.

이 외의 접합 방법으로서는, 베타 알루미나 관과 세라믹스 관과의 접합에서, 알루미나 슬러리를 인서트재로서 피접합면에 약 0.2㎜의 두께로 도포하고, 양관을 당접하여 건조한 후, 마이크로파 가열에 의해 접합재를 얻는 기술이 알려져 있다(특허 문헌 2 참조).As another joining method, in joining a beta alumina tube and a ceramic tube, an alumina slurry is applied to the surface to be joined as an insert material at a thickness of about 0.2 mm, the both tubes are abutted and dried, and then a joining material is obtained by microwave heating. The technique is known (refer patent document 2).

그러나 상기 특허 문헌 2에 기재되어 있는 접합 방법은, 마이크로파의 흡수가 큰 베타 알루미나에 응용이 한정되는 특수한 수법이다. 구조용 세라믹스로서 일반적으로 이용되고 있는 것은 알파 알루미나이며, 그 마이크로파의 흡수는 매우 작기 때문에 마이크로파에 의한 가열이 일반적으로 곤란하다. 마이크로파에 의한 가열을 원한다면 마이크로파를 잘 흡수하는 불순물을 첨가할 필요가 있지만, 그 경우는, 알루미나 접합 부재가 고순도가 아니게 되어 버린다. 또, 마이크로파에 의한 가열에서는, 열전대를 사용할 수 없기 때문에 온도 측정이 곤란하고, 피접합재의 온도를 정확하게 제어할 수 없기 때문에, 돌발적인 발열에 의한 피접합재의 손상의 우려나, 재현성이 있는 가열을 할 수 없다고 한 문제점을 가진다. 또, 상기 특허 문헌 2에는, 접합 강도의 기재가 없고, 상기 문제점을 고려하면, 접합 강도를 안정적으로 얻을 수 있었는지 의문이며, 접합체를 얻을 수 있었다고 해도, 그 강도는 아마 수 10㎫ 이하로, 측정치의 불균형의 큰 것이었다고 쉽게 추측된다.However, the bonding method described in the said patent document 2 is a special method by which the application is limited to the beta alumina which a microwave absorption is large. It is alpha alumina generally used as structural ceramics, and since the absorption of the microwave is very small, heating by microwave is generally difficult. If heating by microwave is desired, it is necessary to add an impurity which absorbs microwaves well, but in that case, the alumina joining member becomes not high purity. In addition, since the thermocouple cannot be used for heating by microwaves, temperature measurement is difficult, and since the temperature of the to-be-joined material cannot be controlled accurately, there is a fear of damage of the to-be-joined material due to unexpected heat generation and heating with reproducibility. I have a problem that I can't. Moreover, the said patent document 2 does not have description of joining strength, and considering the said problem, it is a question whether joining strength could be obtained stably, Even if a joining body could be obtained, the strength is probably 10 MPa or less, It is easily assumed that this was a large imbalance of the measurements.

또한, 상기 특허 문헌 2에 기재되어 있는 접합 방법에서는, 균일한 가열을 위해서 피접합재에 누름돌을 얹은 상태로 마이크로파 소결 장치 내에서 매분 10회전으로 회전시키는 것이 기록되어 있지만, 대형의 세라믹스 소결체를 마이크로파 소결 장치 내에서 같은 조건하에서 회전시키는 것은 기술적으로 어렵다. 이들 문제점으로부터, 이 수법은 고순도가 필요하게 되는 대형의 알루미나 소결체의 접합 방법으로서 현실적인 것은 아니다.In addition, in the joining method described in Patent Document 2, it is recorded that the ceramic sintered body is rotated at 10 revolutions per minute in the microwave sintering apparatus while the pressed material is placed on the joined material for uniform heating. It is technically difficult to rotate under the same conditions in the device. From these problems, this method is not practical as a joining method of a large alumina sintered compact which requires high purity.

이와 같이, 현재 상태로서는 고순도를 유지할 수 있는 치밀질 알루미나 소결체의 고강도인 접합 방법이 없기 때문에, 로터리 킬른용의 대형 세라믹스 파이프로서는, 대형 성형체를 일체 소성한 다공질인 세라믹스로 이루어진 파이프이거나, 치밀질인 소결체로 이루어진 파이프를 맞댄, 특수한 구조를 갖는 프레임 내에 수납하여 양단으로부터 압축 응력을 거는 것으로 기계적으로 연결한 대형 파이프라는 상품이 판매되고 있을 뿐이다. 그러나 전자의 경우, 기공율이 최대 25% 정도로 높고, 굴곡강도가 최대에서도 8㎫ 정도밖에 없기 때문에, 높은 응력에 견딜 수 없다는 문제가 있다. 또, 후자의 경우, 접합부에 단차가 있거나, 장치가 복잡하고 대규모가 된다는 문제가 있다.As described above, since there is no high strength joining method for the dense alumina sintered compact which can maintain high purity at present, as a large ceramic pipe for rotary kiln, a pipe made of porous ceramics integrally calcined with a large molded article or a dense The products of large pipes, which are mechanically connected by placing them in a frame having a special structure and applying compressive stress from both ends, are only sold. However, in the former case, since the porosity is high at a maximum of about 25% and the bending strength is only about 8 MPa at the maximum, there is a problem in that it cannot endure high stress. In the latter case, there is a problem in that there is a step in the joint or the apparatus becomes complicated and large in size.

JPJP 2010-184482010-18448 AA JPH8-59358 AJPH8-59358 A

본 발명은, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해서 된 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 높은 접합 강도와 뛰어난 내식성을 가지며, 접합부가 불순물을 포함하지 않도록 구성할 수 있음과 동시에, 피접합재의 피접합면의 평탄도에 대해 높은 허용도를 갖는 것으로 대형 부재에 매우 적합하게 적용할 수 있는 알루미나 접합체와 이들 알루미나 접합체로 이루어지며, 리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재 등으로서 매우 적합하게 이용되는 관 부재와 이들 알루미나 접합체를, 저하중하에서의 열처리에 의해 제작할 수 있는 알루미나 소결체의 접합 방법을 제공하는 것에 있다.This invention is made | formed in order to solve the said technical subject, The objective is to have a high joint strength and the outstanding corrosion resistance, and to be comprised so that a junction part may not contain an impurity, and the to-be-joined surface of a to-be-joined material It has a high tolerance to the flatness of and consists of alumina conjugates which can be applied to large-scale members very suitably and these alumina conjugates, and the structural members of rotary kilns used for the production of positive electrode materials for lithium ion secondary batteries. It is providing the joining method of the alumina sintered compact which can produce the tubular member and these alumina joined bodies which are used suitably as a heat processing under low load.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한, 이하의 알루미나 접합체, 관 부재 및 알루미나 소결체의 접합 방법이 제공된다.In order to achieve the said objective, the joining method of the following alumina joined body, a pipe member, and an alumina sintered compact is provided by this invention.

[1]알루미나 소결체들이 접합부를 개입시켜 접합된 알루미나 접합체에 있어서, 상기 접합부는 두께 30㎛ 이상의 알루미나로 이루어지며, 상기 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 상기 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대(coarse) 독립 기공과, 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역과, 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역으로 이루어 형성된 알루미나 접합체.[1] An alumina bonded body in which alumina sintered bodies are joined through a joint, wherein the joint is made of alumina having a thickness of 30 µm or more, and the pore diameter in the thickness direction of the joint is 40 to 100% of the thickness of the joint. An alumina conjugate formed by coarse independent pores having a length, a microcrystalline region including fine pores having a pore diameter of 5 μm or less, and a dense sintered region having a relative density of 98% or more.

[2]상기 알루미나 접합체로부터 상기 접합부를 포함하도록 자른 시험편을 이용하고, JIS R1601에 준거하여 측정된 실온에서의 굴곡강도가 200㎫ 이상이며, JIS R1604에 준거하여 측정된 1200℃ 대기중에서의 굴곡강도가 100㎫ 이상인 상기 1에 기재된 알루미나 접합체.[2] Flexural strength in the atmosphere at 1200 ° C. measured at a room temperature of 200 MPa or more based on JIS R1601, using a test piece cut from the alumina bonded body to include the junction, and measured according to JIS R1601. The alumina conjugate as described in said 1 whose value is 100 Mpa or more.

[3][1]또는[2]에 기재된 알루미나 접합체로 이루어진 관 부재에 있어서, 상대 밀도가 95% 이상인 치밀질의 알루미나 소결체들이, 상기 접합부를 통해 접합된 접합 구조를 갖는 관 부재.[3] A pipe member comprising the alumina bonded body according to [1] or [2], wherein the dense alumina sintered bodies having a relative density of 95% or more have a joined structure in which the joined structure is joined through the joined portion.

[4]리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재로서 이용되는[3]에 기재된 관 부재.[4] The tube member according to [3], which is used as a structural member of a rotary kiln used for producing a positive electrode material for a lithium ion secondary battery.

[5]알루미나 소결체들을 접합하는 알루미나 소결체의 접합방법에 있어서, 분산제를 첨가한 순수한 물을 분산매로 하고, 이 분산매에 고형분으로서 순도가 99.8% 이상의 알루미나 입자만을 첨가한 알루미나 슬러리를 조제하고, 이 알루미나 슬러리를 상기 알루미나 소결체의 피접합면에 도포한 후, 피접합면들을 맞대어 피접합면사이에 개재하는 상기 알루미나 슬러리로 이루어진 접합부의 두께가 30㎛ 이상이 되도록 조정한 채로 건조시켜 가접합체를 제작하고, 이 가접합체를, 상기 피접합면의 면압이 0.015㎫ 이상이 되도록 하중을 건 상태로, 1300℃ 이상 1700℃ 이하의 온도에서 대기 중에서 열처리함으로써 상기 접합부를 소결시키고, 상기 알루미나 소결체들을 접합하는 알루미나 소결체의 접합방법.[5] In the joining method of the alumina sintered body in which the alumina sintered bodies are joined, an alumina slurry in which pure water to which a dispersant is added is used as a dispersion medium and in which only alumina particles having a purity of 99.8% or more is added as a solid content is prepared. After applying the slurry to the to-be-joined surface of the alumina sintered body, it is made to dry by adjusting the junction to be bonded to each other and the thickness of the junction portion made of the alumina slurry interposed between the to-be-joined surface to be 30 μm or more. And alumina for sintering the joint by heat-treating the temporary bonded body in an air at a temperature of 1300 ° C. or more and 1700 ° C. or less with a load applied such that the surface pressure of the surface to be bonded is 0.015 MPa or more, and joining the alumina sintered bodies. Joining method of sintered body.

[6]상기 알루미나 슬러리에 있어서의 알루미나 입자의 함유량이, 65 질량 %더욱 많고, 77.5 질량% 미만인[5]에 기재된 알루미나 소결체의 접합방법.[6] The method for joining the alumina sintered body according to [5], wherein the content of the alumina particles in the alumina slurry is more than 65% by mass and less than 77.5% by mass.

본 발명의 알루미나 접합체는, 후술하는 본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법과 같이, 마이크로파에 의한 가열을 하지 않고, 대기 중에서 소결시키는 것으로 접합부를 형성할 수 있으므로, 접합부에, 마이크로파를 잘 흡수하는 불순물을 첨가할 필요가 없고, 피접합재인 알루미나 소결체뿐만 아니라, 이들을 접합하는 접합부에서도, 고순도의 알루미나에만 따라 구성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 알루미나 접합체는, 접합부 내에 잔류한 불순물에 의한 내식성이나 강도의 열화가 없고, 높은 접합 강도와 뛰어난 내식성을 발휘됨과 동시에, 불순물에 의한 오염의 우려도 없다. 이 때문에, 본 발명의 알루미나 접합체는, 각종 대형 구조 부재에 넓게 적용할 수 있고, 특히 불순물 원소의 혼입의 우려가 없는 고순도 재료로 구성되는 것이 요구되는 반도체 제조 장치나 화학 플랜트 부재 등의 생산 용도로 이용되는 대형 부재로서 매우 적합하게 사용할 수 있다. 또, 본 발명의 알루미나 접합체는, 접합부의 두께가 30㎛ 이상인 것부터, 피접합재 단면(피접합면)의 평탄도가 수 10㎛라도 그 요철을 흡수할 수 있고, 이것에 의해, 피접합면의 가공 마무리에 대한 요구를 저하시킬 수 있다. 즉, 대형의 피접합재에 대한 고정밀도의 가공이 불필요해지기 때문에, 대형의 접합체라도 저비용으로 제작하는 것이 가능해진다. 또, 상기와 같이 두께에 여유를 갖게 한 접합부가 접합면의 요철을 흡수함으로써, 피접합면전면에서의 접합이 가능해져, 높은 접합 강도를 발휘한다. 또한, 상기와 같이, 접합부를 고순도의 알루미나에만 따라 형성하고, 유리 등의 불순물을 포함하지 않도록 할 수 있기 때문에, 1200℃의 고온 환경에서도 높은 접합 강도를 유지할 수 있어 내열성이 요구되는 용도로의 적용도 가능해진다.Since the alumina bonded body of the present invention can form a joined portion by sintering in the air without heating by microwaves, as in the joining method of the alumina sintered compact of the present invention described below, the joined portion contains impurities which absorb microwaves well. There is no need to add, and not only the alumina sintered body which is a to-be-joined material, but also the junction part which joins these can be comprised only according to the high purity alumina. Therefore, the alumina conjugate of the present invention exhibits no corrosion resistance or deterioration in strength due to impurities remaining in the joint, exhibits high bonding strength and excellent corrosion resistance, and is free from contamination by impurities. For this reason, the alumina conjugate of the present invention can be widely applied to various large-scale structural members, and is particularly suitable for production applications such as semiconductor manufacturing apparatuses and chemical plant members, which are required to be composed of high-purity materials without the possibility of mixing of impurity elements. It can be used suitably as a large member used. Moreover, since the alumina joined body of this invention is 30 micrometers or more in thickness, even if the flatness of the to-be-joined material end surface (surface to be joined) is several micrometers, it can absorb the unevenness | corrugation, and by this, The demand for finishing can be reduced. That is, since high precision processing with respect to a large to-be-joined material becomes unnecessary, even a large joined body can be manufactured at low cost. In addition, as the above-described joining portion having a margin in thickness absorbs the unevenness of the joining surface, joining is possible on the front surface to be joined, and high joining strength is exerted. In addition, as described above, since the joining portion can be formed only according to high-purity alumina, and it can be made free of impurities such as glass, it is possible to maintain high bonding strength even in a high temperature environment of 1200 ° C., and to be used for applications requiring heat resistance. It also becomes possible.

본 발명의 관 부재는, 본 발명의 알루미나 접합체를, 그 대표적인 용도의 하나인 관 부재에 적용한 것이다. 이 관 부재는, 상기와 같이 본 발명의 알루미나 접합체의 효과를 발휘하기 때문에, 특히 고순도·고강도인 것이 요구되는 대형 구조 부재, 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.The tubular member of this invention applies the alumina joined body of this invention to the tubular member which is one of the typical uses. Since this tube member exhibits the effect of the alumina bonded body of this invention as mentioned above, the rotary structure used for manufacture of the large structural member especially required for high purity and high strength, for example, the positive electrode material for lithium ion secondary batteries. It can be used suitably as a structural member of a kiln.

본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법에 의하면, 상기와 같은 뛰어난 효과를 갖는 본 발명의 알루미나 접합체를 제작할 수 있다. 또, 본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법은, 피접합재인 알루미나 소결체를, 대기 중에서 저가중 하에서 열처리함으로써 접합할 수 있으므로, 대형의 접합체를 제작하는 경우라도, 대형의 핫 프레스로(hot press furnace) 등을 이용하지 않고, 통상의 대기로(air atmosphere furnace)에 의해 접합할 수 있다.According to the joining method of the alumina sintered compact of this invention, the alumina joined body of this invention which has the outstanding effect as mentioned above can be manufactured. Moreover, since the alumina sintered compact of the present invention can be joined by heat-treating the alumina sintered compact, which is a material to be joined, at low cost in the air, even when producing a large joined body, a large hot press furnace It is possible to join by a normal air atmosphere furnace without using such.

도 1은 본 발명의 알루미나 접합체의 일례와 그 전구체인 가접합체의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 알루미나 접합체의 접합부의 단면의 SEM 사진이다.
도 3은 비교예 2의 알루미나 접합체의 접합부의 광학 현미경 사진이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows schematic structure of an example of the alumina conjugate of this invention, and the provisional conjugate which is its precursor.
2 is a SEM photograph of a cross section of a junction of an alumina conjugate of the present invention.
3 is an optical photomicrograph of the junction of the alumina conjugate of Comparative Example 2. FIG.

이하, 본 발명을 구체적인 실시 형태에 근거하여 설명하지만, 본 발명은, 이것에 한정되어 해석되는 것이 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 당업자의 지식에 근거하여, 여러 가지의 변경, 수정, 개량을 더할 수 있는 것이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, although this invention is demonstrated based on specific embodiment, this invention is not limited to this and is interpreted, Various changes and correction are based on the knowledge of a person skilled in the art, unless it deviates from the range of this invention. We can add improvement.

본 발명의 알루미나 접합체는, 알루미나 소결체들이 접합부를 통해 접합된 것이며, 상기 접합부는 두께 30㎛ 이상의 알루미나로 이루어지고, 상기 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 상기 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대 독립 기공과, 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역과, 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역으로 형성되는 것을, 그 주요한 특징으로 한다.In the alumina bonded body of the present invention, the alumina sintered bodies are joined through a joined part, and the joined part is made of alumina having a thickness of 30 µm or more, and the pore diameter in the thickness direction of the joined part is 40 to 100% of the thickness of the joined part. Its main feature is that it is formed of coarse independent pores having a length, fine grain regions including fine pores having a pore diameter of 5 µm or less, and dense sintered regions having a relative density of 98% or more.

도 1은, 본 발명의 세라믹스 접합체의 일례와 그 전구체인 가접합체의 개략 구성을 나타내는 개략도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows schematic structure of an example of the ceramic joined body of this invention, and the provisional bonded body which is its precursor.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 세라믹스 접합체는 본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법에 따라 제작할 수 있다.The ceramic joined body of the present invention having the above characteristics can be produced according to the joining method of the alumina sintered body of the present invention.

본 발명의 알루미나 소결체의 접합 방법에서는, 우선, 미량의 분산제를 첨가한 순수한 물을 분산매로 하고, 그 분산매에 고형분으로서 순도가 99.8% 이상의 알루미나 입자만을 첨가하고, 혼합·교반하여 알루미나 슬러리를 조제한다. 여기서, 고형분으로서 소결조제 등을 첨가하면, 접합 부내에 불순물이 잔류하여, 내식성의 악화나, 고온 강도의 열화, 불순물 원소에 의한 오염 등을 일으키게 되어 바람직하지 않다. 분산제로서는, 예를 들면, 폴리카르본산암모늄염 등을 사용할 수 있다. 또한, 순수한 물에 분산제를 첨가하지 않는 경우에는, 유동성이 있는 상태로 고농도에 알루미나 입자를 더욱 많이 첨가하는 것이 어렵고, 높은 접합 강도를 갖 접합부를 얻는 것이 어렵다.In the joining method of the alumina sintered compact of this invention, first, pure water to which the trace amount of dispersing agent is added is used as a dispersion medium, and only the alumina particle of 99.8% or more of purity as solid content is added to this dispersion medium, and it mixes and stirs and prepares an alumina slurry. . When a sintering aid or the like is added as a solid content, impurities remain in the joining portion, which leads to deterioration of corrosion resistance, deterioration of high temperature strength, contamination by impurity elements, and the like, which is not preferable. As a dispersing agent, polyammonium salt etc. can be used, for example. In addition, when no dispersant is added to pure water, it is difficult to add more alumina particles at a high concentration in a fluid state, and it is difficult to obtain a joint with high bonding strength.

알루미나 슬러리 중의 알루미나 입자의 함유량은, 65질량 %보다 많고, 77.5 질량% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량이 65질량% 이하이면, 알루미나 슬러리의 건조시에 수분의 증발에 의해서 접합부에 큰 공동이 형성되어 강도 저하를 일으키는 경우가 있다. 한편, 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량이 80질량% 이상에서는, 알루미나 슬러리가 유동성의 부족한 것이 되어, 피접합면 전체에 균일하게 슬러리를 도포하지 못하고, 접합 얼룩이 발생하는 경우가 있다. 또, 77.5질량%에서는 균일하게 슬러리를 도포할 수 있지만, 도 3의 광학 현미경 사진에 나타낸 바와 같이 접합부와 피접합면과의 사이에 균열 (30)이 생겨 버려, 강도 저하를 일으키는 경우가 있으므로 바람직하지 않다. 이 균열 (30)의 형성 메카니즘은 분명하지 않지만, 도포 후에 슬러리 표면이 건조하여 막을 형성하고, 이것이 피접합면과 슬러리와의 밀착성을 저해하는 것이 한 요인으로서 생각할 수 있다.Content of the alumina particle in an alumina slurry is more than 65 mass%, and it is preferable to set it as less than 77.5 mass%. When alumina content in an alumina slurry is 65 mass% or less, large cavity may be formed in a junction part by evaporation of water at the time of drying of an alumina slurry, and a strength fall may be caused. On the other hand, when the alumina content in an alumina slurry is 80 mass% or more, an alumina slurry will become inferior to fluidity, and it may not be able to apply | coat a slurry uniformly to the whole to-be-joined surface, and a bonding unevenness may arise. Moreover, although a slurry can be apply | coated uniformly at 77.5 mass%, since the crack 30 may arise between a junction part and a to-be-joined surface, as shown in the optical micrograph of FIG. Not. Although the formation mechanism of this crack 30 is not clear, it can be considered as one factor that a slurry surface dries after application | coating and a film | membrane forms, and this impairs the adhesiveness of a to-be-joined surface and a slurry.

이어서, 조제한 알루미나 슬러리를, 알루미나 소결체 (1a 및 1b)의 양쪽 모두의 피접합면, 또는, 다른 한쪽의 피접합면에 도포하고, 알루미나 소결체 (1a 및 1b)의 피접합면들을 맞대어 상기 피접합면 사이에 개재하는 상기 알루미나 슬러리로 이루어진 접합부(소결전의 접합부)(2)의 두께가 30㎛ 이상이 되도록 조정한 채로 건조시켜 가접합체 (1A)를 제작한다. 이 접합부의 두께가 30㎛ 미만에서는, 피접합면의 요철을 흡수하지 못하고 알루미나 소결체 (1a 및 1b)들이 접합되지 않을 우려가 있다. 또한, 접합부의 두께의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 접합부의 두께가 너무 두꺼우면, 경우에 따라서는, 접합부에 형성되는 조대 독립 기공의 사이즈가 너무 커져서, 접합 강도가 불충분이 될 가능성이 있으므로, 접합부의 두께는 100㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.Subsequently, the prepared alumina slurry is applied to both to-be-joined surfaces of the alumina sintered bodies 1a and 1b or the other to-be-joined surface, and the to-be-joined surfaces of the alumina sintered bodies 1a and 1b are faced to each other. 1A of temporary joining bodies are manufactured by drying, adjusting so that the thickness of the junction part (bonding part before sintering) 2 which consists of the said alumina slurry interposed between surfaces may be 30 micrometers or more. If the thickness of this junction is less than 30 µm, there is a concern that the alumina sintered bodies 1a and 1b may not be joined without absorbing the unevenness of the surface to be joined. In addition, although the upper limit of the thickness of a junction part is not specifically limited, When the thickness of a junction part is too thick, in some cases, since the size of the coarse independent pore formed in a junction part may become large too much and join strength may become inadequate, a junction part It is preferable to make the thickness of 100 micrometers or less.

이어서, 제작한 가접합체 (1A)를 대기중에서 열처리한다. 이 열처리에 의해, 가접합체 (1A)의 접합부 (2)를 소결시키고, 소결 후의 접합부 (3)에 의해서 알루미나 소결체 (1a 및 1b)가 접합된 본 발명의 알루미나 접합체 (1B)를 얻는다. 이 열처리는, 피접합면의 면압이 0.015㎫ 이상, 바람직하게는 0.015∼0.030㎫가 되도록 하중을 건 상태로 실시한다. 열처리 때의 피접합면의 면압이, 0.015㎫ 미만의 경우, 접합부와 피접합면과의 사이에 수 100㎛에 이르는 균열이 생겨 접합 강도가 열화한다. 피접합면의 면압의 조정은, 예를 들면, 가접합체 (1A)를, 도 1과 같이 알루미나 소결체 (1A 및 1B)가 상하 방향이 되도록 배치하고, 가접합체 (1A)의 상부에, 소정의 질량의 누름돌을 얹는 것으로 실시할 수 있다. 누름돌로서는, 예를 들면 알루미나 소결체를 매우 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 알루미나 소결체 1a가 그 자기 무게에만 따라, 피접합면에 0.015㎫ 이상의 면압을 일으키게 하는 것인 경우에는, 누름돌과 같은 외부로부터의 하중의 부하는 필요 없다. 예를 들면, 길이가 1m이 상당하는 알루미나 소결체의 직방체 또는 원통을 세로로 쌓아 올려 접합할 때에, 알루미나 소결체의 자기 무게로 생기는 피접합면의 면압은 0.04㎫ 정도이며, 이러한 대형 소결체의 접합에서는, 외부로부터 하중을 부하하지 않고 충분한 강도를 갖는 접합체를 얻을 수 있다. 또한, 이 정도의 저하중 하에서의 열처리는, 통상의 대기로를 이용하여 실시하는 것이 가능하다.Subsequently, the produced temporary joint 1A is heat-treated in air. By this heat treatment, the junction part 2 of the provisional bonded body 1A is sintered, and the alumina joined body 1B of this invention by which the alumina sintered bodies 1a and 1b were joined by the junction part 3 after sintering is obtained. This heat treatment is performed in a state where a load is applied so that the surface pressure of the surface to be joined is 0.015 MPa or more, preferably 0.015 to 0.030 MPa. When the surface pressure of the to-be-joined surface at the time of heat processing is less than 0.015 Mpa, the crack of several 100 micrometers arises between a junction part and a to-be-joined surface, and joining strength deteriorates. Adjustment of the surface pressure of the to-be-joined surface arrange | positions the temporary bonded body 1A so that an alumina sintered compact 1A and 1B may be an up-down direction like FIG. 1, for example, and it is predetermined | prescribed on the upper part of the temporary bonded body 1A. We can carry out by putting mass push stone. As a press stone, an alumina sintered compact can be used suitably, for example. In addition, when the alumina sintered body 1a causes surface pressure of 0.015 MPa or more to be joined on the basis of its own weight alone, there is no need for an external load such as a push stone. For example, when stacking a rectangular parallelepiped or cylinder of an alumina sintered body having a length of 1 m vertically and joining, the surface pressure of the surface to be bonded generated by the magnetic weight of the alumina sintered body is about 0.04 MPa. A joined body having sufficient strength can be obtained without loading a load from the outside. In addition, heat processing under such a fall can be performed using a normal atmospheric furnace.

이 열처리는, 1300℃ 이상 1700℃ 이하의 온도로 실시한다. 열처리 온도가 1300℃ 미만에서는, 접합부의 알루미나 분체의 소결이 충분히 진행하지 않고, 접합부에 있어 충분한 접합 강도를 얻을 수 없다. 한편, 1700℃를 넘으면, 소결체의 알갱이 성장이 발생하여 모재의 기계적 성질의 열화가 생길 우려가 있다.This heat processing is performed at the temperature of 1300 degreeC or more and 1700 degrees C or less. If the heat processing temperature is less than 1300 degreeC, sintering of the alumina powder of a junction part does not fully advance and sufficient joint strength cannot be obtained in a junction part. On the other hand, when it exceeds 1700 degreeC, there exists a possibility that the grain growth of a sintered compact may arise and the mechanical property of a base material may deteriorate.

피접합면의 면압이나, 열처리 온도를 상기와 같이 설정하고 열처리를 실시하면, 가접합체 (1A)의 알루미나 분체로 이루어진 접합부 (2)는, 그 일부의 영역에 있어 알루미나 분체의 소결에 수반하는 체적의 수축이 생겨 치밀화가 진행하지만, 피접합체인 알루미나 소결체 (1a 및 1b)는 수축을 하지 않기 때문에, 다른 영역에서는 치밀화가 진행되지 않고 미소결 영역이 되어 많은 미세 기공을 남긴다. 또한, 상기와 같이 치밀화한 영역의 수축에 의해, 다른 영역에 있어 접합부가 수평 방향으로 끌려가 접합 부내에 조대한 독립 기공이 형성된다. 그리고 이 열처리의 결과, 접합체 (1A)의 알루미나 분체로 이루어진 접합부 (2)는, 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대 독립 기공 (20c)과 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역 (20a)에서 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역 (20b)으로 형성되는 접합부 (3)가 되고, 이 접합부 (3)가 피접합재인 알루미나 소결체 (1a 및 1b)와 결합함으로써 본 발명의 알루미나 접합체(1B)가 얻어진다.When the surface pressure and the heat treatment temperature of the surface to be bonded and the heat treatment temperature are set as above, the heat treatment is performed, and the joint portion 2 made of the alumina powder of the temporary bonded body 1A has a volume accompanying the sintering of the alumina powder in a part of the region. Shrinkage occurs and densification proceeds. However, since the alumina sintered bodies 1a and 1b, which are to be joined, do not shrink, densification does not proceed in other regions, leaving a large grain area and leaving many fine pores. In addition, due to the contraction of the densified region as described above, the joining portion is dragged in the horizontal direction in another region, and coarse independent pores are formed in the joining portion. As a result of this heat treatment, the joint part 2 made of the alumina powder of the joined body 1A has coarse independent pores 20c and a hole whose hole diameter in the thickness direction of the joined part is 40 to 100% of the thickness of the joined part. It becomes the junction part 3 formed from the dense sintered area 20b whose relative density is 98% or more in the microcrystal area | region 20a containing the micropore whose diameter is 5 micrometers or less, and this junction part 3 is an alumina sintered compact which is a to-be-joined material. By combining with (1a and 1b), the alumina conjugate 1B of the present invention is obtained.

도 2는, 본 발명의 알루미나 접합체의 접합부의 단면의 SEM 사진이며, 이 사진보다, 접합부 (3)는 (1) 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공이 밀집한 미소결 영역 (20a), (2) 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역 (20b), 및, (3) 접합부 (3)의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 접합부 (3)의 두께의 40∼100%의 길이인 조대 독립 기공 (20c)으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또, 미소결 영역 (20a)과 소결 영역 (20b)에서, 접합부 (3)와 상하의 알루미나 소결체(피접합재)는 밀착하고 있고, 접합계면에 있어 균열 등은 관찰되지 않고, 접합부 (3)가 알루미나 소결체의 결합을 담당하고 있는 것을 알 수 있다.FIG. 2 is a SEM photograph of a cross section of a junction part of the alumina bonded body of the present invention, and from this photograph, the junction part 3 includes (1) microcrystalline regions 20a and 2 in which micropores having a pore diameter of 5 µm or less are concentrated. ) The dense sintered region 20b having a relative density of 98% or more, and (3) the coarse independent pores whose hole diameter in the thickness direction of the junction 3 is 40 to 100% of the thickness of the junction 3. 20c) can be confirmed. In addition, in the green region 20a and the sintered region 20b, the junction 3 and the upper and lower alumina sintered bodies (bonded materials) are in close contact with each other, and no cracks or the like are observed at the junction interface, and the junction 3 is alumina. It turns out that it is in charge of bonding of a sintered compact.

또한, 접합부 (3)에 조대 독립 기공 (20c)이 몇 개 존재함으로써, 피접합면의 일부가 결합을 하고 있지 않은 미접합 영역을 안게 되지만, 이들 조대 독립 기공 (20c)은 서로 연결되지 않고 고립하여 존재하기 때문에, 큰 균열을 형성하는 데는 이르지 않고, 조대 독립 기공 (20c)의 존재에 의한 접합 강도의 열화는 크지 않다. 또, 열처리시에서, 접합부는 수평 방향 (접합부의 두께 방향에 대해서 수직인 방향)에의 수축이 허용되고 있는 것으로, 수직 방향 (접합부의 두께 방향)에는 크게 수축할 필요가 없기 때문에, 소결 영역 (20b)과 미소결 영역 (20a)에 있어서도, 접합부 (3) 내를 수평 방향으로 횡단하는 날카로운 균열의 생성이 억제되어 접합 강도를 크게 해치는 것이 없다.In addition, since several coarse independent pores 20c exist in the junction part 3, although the part of a to-be-joined surface contains an unbonded area | region which is not joined, these coarse independent pores 20c are not connected but isolate | separated from each other. In this case, the formation of large cracks does not occur, and deterioration of the bonding strength due to the presence of the coarse independent pores 20c is not significant. In the heat treatment, the joining portion is allowed to shrink in the horizontal direction (direction perpendicular to the thickness direction of the joining portion), and it is not necessary to shrink significantly in the vertical direction (thickness direction of the joining portion). ) And the non-grained region 20a also suppress the generation of sharp cracks that cross the inside of the junction 3 in the horizontal direction and do not significantly deteriorate the bond strength.

이 결과, 본 발명의 알루미나 접합체는, 높은 강도를 발현한다. 구체적으로는, 본 발명의 알루미나 접합체로부터 접합부를 포함하도록 자른 시험편을 이용하여 JIS R1601에 준거하여 측정된 실온에서의 굴곡강도로서 200㎫ 이상의 강도를 발현할 수 있다. 또, JIS R1604에 준거하여 측정된 1200℃ 대기중에서의 굴곡강도로서 100㎫ 이상의 강도를 발현할 수 있다.As a result, the alumina conjugate of this invention expresses high intensity | strength. Specifically, the strength of 200 MPa or more can be expressed as the flexural strength at room temperature measured according to JIS R1601 using a test piece cut from the alumina bonded body of the present invention to include a bonded part. Moreover, the intensity | strength of 100 Mpa or more can be expressed as the bending strength in 1200 degreeC atmosphere measured according to JISR1604.

본 발명의 관 부재는, 본 발명의 알루미나 접합체로 이루어진 관 부재이며, 상대 밀도가 95% 이상인 치밀질의 알루미나 소결체들이, 상기 접합부를 통해 접합된 접합 구조를 갖는 것이다. 이 관 부재는, 본 발명의 알루미나 접합체를, 그 대표적인 용도의 하나인 관 부재에 적용한 것이다. 이 관 부재는, 피접합재인 알루미나 소결체로서 상대 밀도가 95% 이상이라는 치밀질의 것을 사용하고 있고, 또, 상기와 같은 본 발명의 알루미나 접합체의 효과를 발휘하기 때문에 특히 고순도·고강도인 것이 요구되는 대형 구조 부재, 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.The tubular member of the present invention is a tubular member made of the alumina joined body of the present invention, and has a joined structure in which dense alumina sintered bodies having a relative density of 95% or more are joined through the joined part. This tubular member applies the alumina joined body of this invention to the tubular member which is one of the typical uses. This tubular member uses a dense material having a relative density of 95% or more as an alumina sintered body to be joined, and exhibits the effect of the alumina bonded body of the present invention as described above, and thus is particularly required to have high purity and high strength. It can use suitably as a structural member of the rotary kiln used for manufacture of a structural member, for example, the positive electrode material for lithium ion secondary batteries.

(실시예)(Example)

이하, 본 발명을 실시예에 근거하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to this Example.

(알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량의 검토) (Investigation of Alumina Content in Alumina Slurry)

알루미나 순도가 99.5% 이상으로, 상대 밀도가 99.0% 이상인 시판의 알루미나 소결체를 20㎜×16㎜×5㎜으로 가공하여, 20㎜×16㎜면을 #200번의 연삭 숫돌로 연삭한 시험편을 몇 개 준비하였다. 순수한 물에, 분산제로서 폴리아크릴산 암모늄염을 주성분으로 하는 나카교 유지사 제조의 셀나 D305 (상품명)를, 질량비로 17:1이 되도록 첨가하여, 잘 교반하여 분산매를 제작하였다. 이 분산매에 대해서, 순도가 99.8% 이상이고, 평균 입자 지름이 600㎚인 알루미나 입자를, 함유량이 표 1에 나타낸 바와 같이 각각 65.0 질량%, 69.5질량%, 74.5질량%, 77.5질량%, 80.0질량%가 되도록 첨가하여 교반하고, 분산매 중에 알루미나 입자가 분산 혼합한 슬러리를 얻었다. 또한, 이러한 슬러리를 진공 펌프를 이용하여 약 2분간 진공탈기하고, 슬러리 중의 기포의 제거를 하였다. 이와 같이 하여, 알루미나 입자의 함유량이 다른 5종의 알루미나 슬러리를 조제하였다.Commercially available alumina sintered bodies having alumina purity of 99.5% or more and relative density of 99.0% or more were processed to 20 mm × 16 mm × 5 mm, and several test pieces ground 20 mm × 16 mm by grinding wheel # 200 Ready. Nakagyo oil and fat manufactured by Nakagyo Oil & Fat Co., Ltd. which has a polyammonium polyacrylate salt as a main component as a dispersing agent was added so that it might become 17: 1 by mass ratio, and it stirred well, and produced the dispersion medium. About this dispersion medium, 65.0 mass%, 69.5 mass%, 74.5 mass%, 77.5 mass%, 80.0 mass of alumina particle whose purity is 99.8% or more and whose average particle diameter is 600 nm as shown in Table 1, respectively. It added and stirred so that it might become%, and obtained the slurry which the alumina particle disperse | distributed and mixed in the dispersion medium. In addition, this slurry was vacuum degassed for about 2 minutes using a vacuum pump, and air bubbles in the slurry were removed. In this manner, five kinds of alumina slurries having different content of alumina particles were prepared.

이어서, 상기 시험편을 2매 1조로 하고, 또한 시험편의 20㎜×16㎜면의 전면에, 상기 알루미나 슬러리를 도포하고 나서, 다른 쪽 시험편의 20㎜×16㎜면을 십자가 되도록 맞추었다. 여기서, 2장의 시험편의 틈새가 대략 90㎛가 되도록 조정하고, 이전에 알루미나 슬러리를 충전하고, 하룻밤 건조시켜 가접합체를 얻었다. 또한, 알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량이 80 질량%의 것은, 유동성이 충분하지 않고 시험편에 도포를 충분히 할 수 없었기 때문에 가접합체의 제작을 할 수 없었다.Subsequently, the said test piece was made into two sets, and after apply | coating the said alumina slurry to the whole surface of the 20 mm x 16 mm surface of a test piece, the 20 mm x 16 mm surface of the other test piece was matched so that it might cross. Here, it adjusted so that the clearance of two test pieces might be set to about 90 micrometers, The alumina slurry was filled previously, and it dried overnight, and obtained the temporary conjugate. In addition, the thing of 80 mass% of alumina content in an alumina slurry was not able to produce a temporary joint because the fluidity | liquidity was not enough and application | coating to the test piece was not enough.

이러한 가접합체를 대기로로 옮겨, 피접합면의 면압이 0.03㎫가 되도록 가접합체의 상부에 알루미나 소결체의 누름돌을 얹고, 1650℃에서 2시간 소성하여, 알루미나 접합체를 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 알루미나 접합체로부터, 3 ㎜×2㎜×10㎜의 막대 모양 시험편을 제작하고, 하부 스팬을 8㎜로 한 3점 소성 시험에 의해 굴곡강도를 각 3∼4개 측정하여 평균값을 산출하였다. 그 결과를 표 1에 나타냄과 함께, 상기 결과에 근거하여 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량의 효과에 대해 검토하였다.The temporary bonded body was transferred to the atmosphere, and the alumina sintered compact was placed on the upper part of the temporary bonded body so that the surface pressure of the surface to be bonded was 0.03 MPa, and calcined at 1650 ° C. for 2 hours to prepare an alumina bonded body. The rod-shaped test piece of 3 mm x 2 mm x 10 mm was produced from the alumina joined body obtained in this way, and 3-4 plastic flexural strengths were measured by the 3-point plastic test which set the lower span to 8 mm, and an average value is computed. It was. The result was shown in Table 1, and the effect of the alumina content in an alumina slurry was examined based on the said result.

Figure pct00001
Figure pct00001

(검토 결과) (Review the results)

알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량을 65.0질량%로 한 비교예 1에서는, 알루미나 슬러리가 건조할 때의 수분의 증발량이 크고, 접합부내에 큰 공동이 형성되어 버려, 접합 강도의 열화가 분명하였다. 한편, 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량을 80.0질량%로 한 비교예 3에서는, 상술한 바와 같이 슬러리의 유동성이 충분하지 않고, 접합부의 두께를 제어하지 못하여 가접합체의 제작을 할 수 없었다. 이것에 대해, 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량을 각각 69.5질량%와 74.5 질량%로 한 실시예 1과 2에서는, 거의 200㎫ 정도의 굴곡강도를 갖는 알루미나 접합체를 제작할 수 있었다. 그러나 알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량을 77.5 질량%로 한 비교예 2에서는, 가접합체의 제작 및, 소결에 의해 접합체의 제작은 할 수 있었지만, 도 3에 나타낸 바와 같이 접합계면에 균열 (30)을 일으켜 굴곡강도는 120㎫ 정도 밖에 얻을 수 없었다. 이들 결과로부터, 알루미나 슬러리 중의 알루미나 함유량은, 65.0질량%보다 크고, 77.5질량% 미만인 것이 매우 적합하다라고 하는 것을 알 수 있다.In Comparative Example 1 in which the alumina content was 65.0 mass% in the alumina slurry, the amount of evaporation of moisture when the alumina slurry was dried was large, large voids were formed in the joint, and the deterioration of the bond strength was evident. On the other hand, in Comparative Example 3 in which the alumina content in the alumina slurry was 80.0% by mass, as described above, the fluidity of the slurry was not sufficient, and the thickness of the joint was not controlled, so that the provisional conjugate could not be produced. On the other hand, in Examples 1 and 2 in which the alumina content in the alumina slurry was 69.5% by mass and 74.5% by mass, respectively, an alumina bonded body having a flexural strength of about 200 MPa could be produced. However, in Comparative Example 2 in which the alumina content in the alumina slurry was 77.5 mass%, the bonded body could be produced by the preparation of the temporary conjugate and the sintering, but as shown in FIG. Flexural strength was only about 120 MPa. From these results, it turns out that the alumina content in an alumina slurry is larger than 65.0 mass%, and it is suitable that it is less than 77.5 mass%.

(접합부의 두께의 검토) (Investigation of the Thickness of the Joint)

알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량을 74.5질량%로 고정하고, 가접합체의 접합부의 두께를 각각 60㎛, 40㎛, 36㎛로 한 것 이외는 상기와 동일하게 하여 알루미나 접합체를 제작하여 3점 굴곡강도의 평균치를 산출하였다. 그 결과를, 상기 실시예 2 (접합부의 두께 90㎛의 것)의 결과와 함께 표 2에 나타냄과 동시에, 상기 결과에 근거하여 접합부의 두께의 효과에 대해 검토하였다.Alumina conjugates were prepared in the same manner as above except that the alumina content in the alumina slurry was fixed at 74.5% by mass, and the joint portions of the temporary joints were 60 μm, 40 μm, and 36 μm, respectively. The average value was calculated. The result was shown in Table 2 with the result of the said Example 2 (thing of 90 micrometers in thickness of a junction part), and the effect of the thickness of a junction part was examined based on the said result.

Figure pct00002
Figure pct00002

(검토 결과) (Review the results)

접합부의 두께가 30∼90㎛의 범위에 있는 실시예 2∼5 중 어느 하나의 알루미나 접합체에서도, 200㎫ 이상의 충분한 굴곡강도를 얻을 수 있었다. 또한, 접합부의 두께가 30㎛ 미만이 되면 알루미나 소결체의 피접합면의 요철에 충분히 대응할 수 없다고 생각되었으므로, 여기에서는 접합부의 두께가 30㎛ 미만의 알루미나 접합체의 제작을 하지 않았다.Sufficient flexural strength of 200 MPa or more was obtained also in the alumina bonded body in any one of Examples 2-5 in which the thickness of a junction part is 30-90 micrometers. In addition, when the thickness of the junction part was less than 30 micrometers, it was thought that the unevenness | corrugation of the to-be-joined surface of an alumina sintered compact cannot fully be corresponded, and the thickness of the junction part here was not manufacturing the alumina joined body below 30 micrometers.

(소결시의 피접합면의 면압의 검토) (Investigation of surface pressure of surface to be joined at sintering)

알루미나 슬러리중의 알루미나 함유량을 74.5질량%로 고정하여, 접합부의 두께를 90㎛로 한 가접합체를 제작하였다. 이러한 가접합체에, 각각 피접합면의 면압이 0.015㎫, 0.008㎫, 0㎫(자기 무게만)이 되도록, 알루미나 소결체의 누름돌을 얹은 것 이외는 상기와 동일하게 하여 알루미나 접합체를 제작하고, 3점 굴곡강도의 평균값을 산출하였다. 그 결과를, 상기 실시예 2 (피접합면의 면압이 0.03㎫의 것)의 결과와 함께 모두 표 3에 나타냄과 동시에, 상기 결과에 근거하여 소결시의 피접합면의 면압의 효과에 대해 검토하였다.The alumina content in an alumina slurry was fixed at 74.5 mass%, and the temporary joint body which made the thickness of a junction part 90 micrometers was produced. An alumina bonded body was produced in the same manner as above except that the pressurized stone of the alumina sintered body was mounted on the temporary bonded body so that the surface pressures of the surface to be bonded were 0.015 MPa, 0.008 MPa, and 0 MPa (self-weight only). The average value of flexural strength was calculated. The results are all shown in Table 3 together with the results of Example 2 (the surface pressure of the surface to be bonded is 0.03 MPa), and the effect of the surface pressure of the surface to be bonded at the time of sintering was examined based on the results. It was.

Figure pct00003
Figure pct00003

(검토 결과) (Review the results)

소결시의 피접합면의 면압을 0.015㎫ 이상으로 한 실시예 2와 6에서는, 200㎫ 이상의 충분한 굴곡강도를 얻을 수 있었다. 한편, 소결시의 피접합면의 면압을 0.008㎫ 이하로 한 비교예 4와 5에서는, 굴곡강도는 200㎫에 도달하지 않았다. 이것으로부터, 소결시에 0.015㎫ 이상의 면압을 피접합면에 부하하는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다. 또한, 높이가 1m 이상 있는 알루미나 소결체의 접합에서, 자기 무게에 의해 얻어지는 피접합면의 면압은, 0.04㎫ 정도라고 추측되므로, 그러한 대형 소결체의 접합에서는, 외부로부터 하중을 부하하지 않고 충분한 강도를 갖는 알루미나 접합체를 얻을 수 있다는 것을 알았다.In Example 2 and 6 which made the surface pressure of the to-be-joined surface at the time of sintering 0.015 Mpa or more, sufficient bending strength of 200 Mpa or more was obtained. On the other hand, in Comparative Examples 4 and 5 in which the surface pressure of the surface to be joined at the time of sintering was set to 0.008 MPa or less, the flexural strength did not reach 200 MPa. From this, it is understood that it is necessary to load a surface pressure of 0.015 MPa or more to the surface to be joined at the time of sintering. In addition, since the surface pressure of the to-be-joined surface obtained by magnetic weight is about 0.04 Mpa in the joining of the alumina sintered compact whose height is 1 m or more, in the joining of such a large sintered compact, it has sufficient strength, without loading a load from the outside. It was found that an alumina conjugate can be obtained.

(보다 큰 알루미나 소결체의 접합) (Joining of Larger Alumina Sintered Body)

상기 검토 결과를 근거하여 실시예 2를 참고로서 보다 큰 알루미나 소결체 (블록)를 피접합재에 이용하여 알루미나 접합체를 제작하고, 실온과 1200℃ 대기 중에서의 4점 굽기 시험을 실시하였다. 구체적으로는, 우선, 알루미나 순도가 99.5% 이상으로, 상대 밀도가 99.0% 이상인 시판의 알루미나 소결체를 40㎜×13㎜×20㎜로 가공하고, 40㎜×13㎜면을 #200번의 연삭숫돌로 연삭한 시험편을 몇 개 준비하였다. 순수한 물에, 분산제로서 폴리 아크릴산 암모늄염을 주성분으로 하는 나카교 유지사 제의 셀나 D305(상품명)를, 질량비로 17:1이 되도록 첨가하고, 잘 교반하여 분산매를 제작하였다. 이 분산매에 대해서, 순도가 99.8% 이상으로, 평균 입자 지름이 600㎚인 알루미나 입자를, 함유량이 74.5질량%가 되도록 첨가하여 교반하고, 분산매 중에 알루미나 입자가 분산 혼합한 슬러리를 얻었다. 또한, 이 슬러리를 진공 펌프를 이용해 약 2분간 진공탈기하고, 슬러리 중의 기포의 제거를 하였다. 이와 같이 하여, 알루미나 입자의 함유량이 74.5질량%의 알루미나 슬러리를 조제하였다.Based on the above examination result, the alumina bonded body was produced using the larger alumina sintered compact (block) for a to-be-joined material, and the 4-point baking test in room temperature and 1200 degreeC atmosphere was implemented. Specifically, first, a commercially available alumina sintered body having alumina purity of 99.5% or more and a relative density of 99.0% or more is processed to 40 mm x 13 mm x 20 mm, and the 40 mm x 13 mm surface is processed with a # 200 grinding wheel. Several ground specimens were prepared. To pure water, a cell or D305 (trade name) manufactured by Nakagyo Co., Ltd. whose main component is ammonium polyacrylate salt was added so as to be 17: 1 by mass ratio, and stirred well to prepare a dispersion medium. About this dispersion medium, the purity was 99.8% or more, and the alumina particle of 600 nm in average particle diameter was added and stirred so that content might be 74.5 mass%, and the slurry which the alumina particle disperse | distributed and mixed in the dispersion medium was obtained. The slurry was vacuum degassed for about 2 minutes using a vacuum pump to remove bubbles in the slurry. In this way, an alumina slurry having a content of alumina particles of 74.5% by mass was prepared.

이어서, 상기 시험편을 2매 1조로 하고, 한쪽 시험편의 40㎜×13㎜면의 전면에, 상기 알루미나 슬러리를 도포하고 나서, 다른 쪽의 시험편의 40㎜×13㎜면을 맞추었다. 여기서, 2매의 시험편의 틈새가 대략 90㎛가 되도록 조정하고, 이전에 알루미나 슬러리를 충전하여 하룻밤 건조시켜 40㎜×13㎜×40㎜의 가접합체를 얻었다.Subsequently, the said test piece was made into two sets, the said alumina slurry was apply | coated to the whole surface of 40 mm x 13 mm surface of one test piece, and the 40 mm x 13 mm surface of the other test piece was matched. Here, it adjusted so that the space | interval of two test pieces might be set to about 90 micrometers, The alumina slurry was previously filled and dried overnight, and the temporary bonded body of 40 mm x 13 mm x 40 mm was obtained.

이 가접합체를 대기로로 옮겨, 피접합면의 면압이 0.03㎫가 되도록 가접합체의 상부에 알루미나 소결체의 누름돌을 얹고, 1650℃에서 2시간 소성하여, 알루미나 접합체를 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 알루미나 접합체로부터, JIS R1601에 준한 3㎜×4㎜×40㎜의 막대 모양 시험편을 제작하고, 하부 스팬 (span)을 30㎜, 상부 스팬을 10㎜로 한 4점 굽기 시험을 실시하였다. 측정에 이용한 막대 모양 시험편의 수는, 실온 굽기 시험에서는 5개로 하고, 1200℃ 대기중의 고온 굽기 시험에 대해서는 4개로 하고, 각각 평균치를 산출하였다. 이와 같이 하여, JIS R1601의 표준 시험편을 이용한 실온과 1200℃ 대기중에서의 4점 굴곡강도의 산출 결과를 표 4에 나타낸다.This temporary bonded body was moved to the atmosphere, the alumina sintered compact was put on the upper part of the temporary bonded body so that the surface pressure of a to-be-joined surface might be 0.03 Mpa, and it baked at 1650 degreeC for 2 hours, and produced the alumina bonded body. The rod-shaped test piece of 3 mm x 4 mm x 40 mm which conformed to JIS R1601 was produced from the alumina joined body obtained in this way, and the 4-point baking test which made a lower span 30 mm and an upper span 10 mm was performed. It was. The number of the rod-shaped test pieces used for the measurement was made into five in the room temperature baking test, and made into four about the high temperature baking test in 1200 degreeC atmosphere, and computed the average value, respectively. Thus, Table 4 shows the calculation results of the four-point bending strength in the room temperature and 1200 ° C atmosphere using standard test pieces of JIS R1601.

Figure pct00004
Figure pct00004

표 4에 나타낸 바와 같이, 상기와 같이 제작한 실시예 7의 실온으로의 평균 굴곡강도는, 표 1에 나타낸 실시예 2의 평균 굴곡강도와 동일한 정도의 높은 값이 되었다. 이것으로부터, 시험편 사이즈가 증대하여도 재현성 좋게 고강도를 발현할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 시험편 사이즈와 강도와의 관계에 대해 논한 세라믹스의 강도 이론에 의하면, 일반적으로, 시험편 사이즈의 증대와 함께 강도가 저하하는 것이 알려져 있다. 이것은, 강도를 다루는 큰 균열 결함의 존재하는 확률이, 작은 시험편보다 큰 시험편이 높아지기 때문이다. 그러나 본 실시예에서는, 강도를 다룬다고 생각할 수 있는 조대 결함은, 접합부 내에 주로 존재한다고 생각되며, 실시예 2와 7에서는, 접합부의 두께가 같기 때문에, 조대 결함이 존재한다고 생각되는 부위의 체적은 크게 다르지 않고, 그 결과, 시험편 사이즈에 관계없이 거의 동등의 높은 강도를 얻을 수 있는 것이라고 생각된다.As shown in Table 4, the average flexural strength at room temperature of Example 7 produced as described above was the same high value as the average flexural strength of Example 2 shown in Table 1. From this, it turned out that high intensity | strength can be expressed reproducibly even if the test piece size increases. According to the strength theory of ceramics which discussed the relationship between test piece size and strength, it is generally known that strength decreases with increase in test piece size. This is because the test piece with a larger probability of the presence of a large crack defect dealing with strength becomes larger than the small test piece. However, in this embodiment, the coarse defect which can be considered to deal with the strength is considered to exist mainly in the junction, and in Examples 2 and 7, since the thickness of the junction is the same, the volume of the site where the coarse defect is considered to exist is It does not differ greatly, and as a result, it is thought that almost the same high intensity | strength can be obtained regardless of a test piece size.

또한, 실시예 7은, 1200℃ 대기중에서의 평균 굴곡강도도 157㎫로 높은 값이 되었다. 이것은, 접합부가 순수한 알루미나질 소결체로부터 이루어져, 유리상 등의 고온 강도를 열화시키는 물질을 함유하지 않기 때문이라고 생각할 수 있다.In Example 7, the average flexural strength in the atmosphere at 1200 ° C. was also 157 MPa, which was a high value. This can be considered to be because the joint is made of pure alumina sintered body and does not contain a substance that degrades high temperature strength such as glass.

(산업상의 이용 가능성)(Industrial availability)

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은, 알루미나 접합체, 및 알루미나 물체의 접합 방법과 관련되는 것이며, 본 발명에 의해, 접합부를 포함하도록 자른 시험편의 실온으로의 굴곡강도가 200㎫ 이상으로, 1200℃ 대기중의 굴곡강도가 100㎫ 이상의 고순도 알루미나질로 이루어진 접합체를 제공할 수 있다. 본 발명의 접합 방법을 이용하는 것으로, 피접합면에 높은 평탄도를 요구하지 않고 대형 알루미나 소결체들을 접합할 수 있고, 또, 접합부의 구성물질이 고순도 알루미나뿐인 것부터, 상기 접합체를 각종 제조 장치의 구성 부재에 이용했을 때에 불순물 원소에 의한 오염을 막을 수 있어 동시에, 고온으로의 강도의 열화를 막을 수 있다. 이러한 특징에 의해, 본 발명은, 내식성과 내열성이 요구되는 대형 제조 장치 부재에 이용되는 고강도 한편 고순도의 알루미나 접합체와 그것을 제작하기 위한 알루미나 소결체의 접합 방법을 제공하는 것으로서 유용하다.As mentioned above, this invention relates to the alumina bonded body and the joining method of an alumina object, According to this invention, the bending strength to the room temperature of the test piece cut | disconnected to include a junction part is 200 Mpa or more, and is 1200 degreeC atmosphere. It is possible to provide a conjugate made of high purity alumina having a bending strength of 100 MPa or more. By using the joining method of the present invention, it is possible to join large alumina sintered bodies without requiring high flatness on the surface to be joined, and since the constituent material of the joining portion is only high-purity alumina, the joined member is a constituent member of various manufacturing apparatuses. When used in the present invention, contamination by impurity elements can be prevented, and deterioration in strength to high temperatures can be prevented. By this feature, this invention is useful as providing the joining method of the high strength and high purity alumina joined body used for the large manufacturing apparatus member which requires corrosion resistance and heat resistance, and the alumina sintered compact for manufacturing it.

1A:가접합체 1B:알루미나 접합체
1a, 1 b:알루미나 소결체 2:접합부(소결전)
3: 접합부(소결 후) 20a:미소결 영역
20b:소결 영역 20c:조대 독립 기공
30:균열
1A: Provisional conjugate 1B: Alumina conjugate
1a, 1b: Alumina sintered compact 2: Joining part (before sintering)
3: Joint part (after sintering) 20a: Unsintered area
20b : sintered area 20c : coarse independent groundbreaking
30: crack

Claims (6)

알루미나 소결체들이 접합부를 개입시켜 접합된 알루미나 접합체에 있어서, 상기 접합부는 두께 30㎛ 이상의 알루미나로 이루어지며, 상기 접합부의 두께 방향에 있어서의 구멍 지름이 상기 접합부의 두께의 40∼100%의 길이인 조대(coarse) 독립 기공과, 구멍 지름이 5㎛ 이하의 미세 기공을 포함한 미소결 영역과, 상대 밀도가 98% 이상의 치밀한 소결 영역으로 이루어 형성된 알루미나 접합체.In an alumina bonded body in which alumina sintered bodies are joined through a joining portion, the joining portion is made of alumina having a thickness of 30 µm or more, and the coarse diameter in the thickness direction of the joining portion is 40 to 100% of the thickness of the joining portion. (coarse) An alumina conjugate formed by independent pores, microcrystalline regions including fine pores having a pore diameter of 5 µm or less, and dense sintered regions having a relative density of 98% or more. 청구항 1에 있어서,
상기 알루미나 접합체로부터 상기 접합부를 포함하도록 자른 시험편을 이용하고, JIS R1601에 준거하여 측정된 실온에서의 굴곡강도가 200㎫ 이상이며, JIS R1604에 준거하여 측정된 1200℃ 대기중에서의 굴곡강도가 100㎫ 이상인 알루미나 접합체.
The method according to claim 1,
The flexural strength at room temperature measured in accordance with JIS R1601 was 200 MPa or more using a test piece cut from the alumina bonded body to include the junction, and the flexural strength in the atmosphere at 1200 ° C. measured in accordance with JIS R1604 was 100 MPa. The alumina conjugate which is above.
청구항 1 또는 2에 기재된 알루미나 접합체로 이루어진 관 부재에 있어서, 상대 밀도가 95% 이상인 치밀질의 알루미나 소결체들이, 상기 접합부를 통해 접합된 접합 구조를 갖는 관 부재.The tubular member made of the alumina bonded body according to claim 1 or 2, wherein the dense alumina sintered bodies having a relative density of 95% or more have a joined structure joined through the joined portion. 청구항 3에 있어서,
리튬 이온 2차 전지용의 정극 재료의 제조에 사용되는 로터리 킬른의 구성 부재로서 이용되는 관 부재.
The method according to claim 3,
The pipe member used as a structural member of the rotary kiln used for manufacture of the positive electrode material for lithium ion secondary batteries.
알루미나 소결체들을 접합하는 알루미나 소결체의 접합방법에 있어서, 분산제를 첨가한 순수한 물을 분산매로 하고, 이 분산매에 고형분으로서 순도가 99.8% 이상의 알루미나 입자만을 첨가한 알루미나 슬러리를 조제하고, 이 알루미나 슬러리를 상기 알루미나 소결체의 피접합면에 도포한 후, 피접합면들을 맞대어 피접합면사이에 개재하는 상기 알루미나 슬러리로 이루어진 접합부의 두께가 30㎛ 이상이 되도록 조정한 채로 건조시켜 가접합체를 제작하고, 이 가접합체를, 상기 피접합면의 면압이 0.015㎫ 이상이 되도록 하중을 건 상태로, 1300℃ 이상 1700℃ 이하의 온도에서 대기중에서 열처리함으로써 상기 접합부를 소결시키고, 상기 알루미나 소결체들을를 접합하는 알루미나 소결체의 접합 방법.In the joining method of the alumina sintered body which joins alumina sintered compacts, pure water which added the dispersing agent was used as a dispersion medium, the alumina slurry which added only the alumina particle of 99.8% or more of purity as solid content to this dispersion medium was prepared, and this alumina slurry was prepared as said said After coating on the surface to be bonded of the alumina sintered body, the bonded portions made of the alumina slurry interposed between the surfaces to be joined are adjusted to be 30 µm or more to prepare a temporary bonded body. Bonding of the alumina sintered body which sinters the said joined part by heat-processing in air | atmosphere at the temperature of 1300 degreeC or more and 1700 degreeC or less, in the state which put the load so that the surface pressure of the to-be-joined surface may be 0.015 Mpa or more, and joins the said alumina sintered bodies together. Way. 청구항 5에 있어서,
상기 알루미나 슬러리에 있어서의 알루미나 입자의 함유량이, 65질량 %보다 많고, 77.5 질량% 미만인 알루미나 소결체의 접합방법.
The method according to claim 5,
The joining method of the alumina sintered compact whose content of the alumina particle in the said alumina slurry is more than 65 mass%, and is less than 77.5 mass%.
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