WO2006057408A1

WO2006057408A1 - 複合セラミック体とその製造方法およびマイクロ化学チップ並びに改質器

Info

Publication number: WO2006057408A1
Application number: PCT/JP2005/021899
Authority: WO
Inventors: Junji Kurokawa; Kazutsugu Kobayashi; Motoaki Yoshida; Masahiro Okumura; Atsushi Ogasawara; Tetsurou Abumita; Takeshi Ogawa; Masakazu Yasui
Original assignee: Kyocera Corporation
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2006-06-01
Also published as: US7943241B2; JPWO2006057408A1; EP1829846A4; JP4939232B2; EP1829846A1; US20080305005A1

Description

明細書

複合セラミック体とその製造方法およびマイクロ化学チップ並びに改質器技術分野

[0001] 本発明は、セラミックスカゝらなる接合体に、異種または同種の接合体を接合してなる複合セラミック体とその製造方法、この複合セラミック体を用いたマイクロ化学チップ、改質器に関し、例えば、アルミナ質セラミックス力もなる接合体にサファイア力もなる接合体を接合した複合セラミック体に関する。

背景技術

[0002] 従来より、セラミックス力なる第一の接合体と、中間層を介して接合された他のセラミックス力もなる第二の接合体とからなる複合セラミック体が種々提案されて!、る。

[0003] この中間層としては、アルミニウム、銀、金、白金又はこれら金属の合金等が用いられており、前記接合体および Zもしくは中間層に金属ロウ材をコートして積層体を形成した後に加熱処理して複合セラミック体が得られる（特許文献 1参照)。

[0004] また、アルミナセラミックス力もなる接合体を用いた複合セラミック体としては、 YAG 組成を含み、内部から表面に向カゝつて YAG組成比の増大するアルミナ 'YAG傾斜層を有するアルミナセラミックス力もなる接合体同士力 YAG力もなる中間層を介して接合されて、る複合セラミック体が提案されて、る。この複合セラミック体の製造方法では、アルミナと所要量のイットリウム化合物からなる造粒粉体を成形して成形体とし、成形体の接合部同士を合わせて 1600〜 1850°Cで焼成することにより複合セラミック体が得られる。または、前記成形体を 800〜1300°Cの温度で仮焼した仮焼体の接合部同士を合わせて、空気、還元雰囲気又は真空中において 1600〜1850°Cの温度で焼成することにより複合セラミック体が得られる（特許文献 2参照)。

[0005] また、本質的に同一組成をもつセラミック焼結体の複合セラミック体としては、接合層が前記セラミック焼結体の成分糸且成を 90重量％含有するセラミック焼結体であり、その厚さが 50〜500 μ mであることが提案されて、る（特許文献 3参照)。

[0006] さらに、セラミック焼結体の平均結晶粒径と接合層を形成しているセラミック焼結体の平均結晶粒径との比が 0. 5〜2. 0であることが提案されている。これら複合セラミック体の製造方法としては、本質的に同一のセラミック成分組成をもつ焼結前のセラミック成形体同士を、セラミック系スラリー接着剤を用いて接着した後に焼成することにより得られるとされる。ここで、前記セラミック系スラリー接着剤におけるセラミック粒子の成分組成がセラミック成形体を構成しているセラミック成分を 90重量％以上含有し、その平均粒子径が 1. O /z m以下でセラミックス系スラリー接着剤の含水率が 5〜2 5重量％であるものを用いると好適であるとされて、る。

[0007] また、低熱膨張セラミックス力もなる接合体を、接合体より溶融温度の低、低熱膨張セラミックス力もなる中間層を介して接合してなる複合セラミック体も提案されている。本複合セラミック体は、接合に際して中間層のみが溶融して複数の接合体同士を接合することが可能となり、また、中間層が低熱膨張セラミックスであることから、接合面に残留する応力が小さく接合面の剛性が高いために複合セラミック体全体の剛性を高めることができるとともに、接合面自体の強度を大きくできる（特許文献 4参照)。

[0008] さらに、合成コランダムの接合方法においては、二つの合成コランダムの研磨した接合面同士を重ね合わせて一端部を密着状態とし、この状態で合成コランダムの融点以下（ 1100〜 1800°C)の温度で加熱することで接合することが提案されており、前記合成コランダムの接合面の平坦度を赤色光波長 λの 1Z2〜： LZ6の範囲内にすることにより、より高い接合強度が得られるとされている。（特許文献 5参照)。

[0009] また、酸化ケィ素系部材を接合する方法として、二つの酸ィ匕ケィ素系部材をフッ酸ガスに曝した後に、酸ィ匕ケィ素系部材同士を接触させて接合する方法が提案されている。この接合方法は、二つの酸ィ匕ケィ素系部材を対向する位置に置き、その間にフッ酸ガスを満たすことにより、それぞれの酸ィ匕ケィ素系部材の表面は、フッ酸ガスが吸着し、原子と原子の結合が切られ、化学的に活性になる。つまり、フッ酸ガスは、フッ化水素 (HF)が水 (Η Ο)に溶解したフッ酸の蒸気であり、フッ酸は水に溶解すると

2

電離する。次にフッ酸ガスが酸ィ匕ケィ素系部材の表面に吸着し酸ィ匕ケィ素系部材のシロキサン結合 (Si— ο)を切断し、化学的に活性になるとされている。次に酸化ケィ素系部材を当接させ、二つの化学的に活性な面同士が結合し接合されるとしている（特許文献 6参照)。

[0010] これら特許文献 1〜4の複合セラミック体は、予め接合体の間に中間層を形成し接合体を当接させ熱処理を行うと、形成時のバラツキが反映されて中間層の厚みにバラツキが発生するなどの問題があった。

[0011] また、特許文献 6、 7のようなサファイア等の単結晶体と、セラミック体とを接合させる場合においては、接合界面の反応が生じ、本来有している機械的、電気的特性を損なう問題があった。

[0012] また、接着剤を中間層に介在させた複合セラミック体は、使用時に高温処理を必要とし製造工程中及び高温雰囲気中で使用するには信頼性に問題があった。また、溶射による複合セラミック体は、その製造の過程において高温熱処理された溶融粉体を高圧で噴射し接合させるため、寸法精度が低下しやすいという問題があった。さらに、電気的なエネルギーによる接合は、クロム又はシリコンとガラスでの接合は電圧印加により接合されている。また水晶との接合は金属膜等の介在無しには接合できず、接合する材質の溶解しない温度範囲に限られているため、使用温度範囲に上限が存在するという問題があった。

[0013] そこで、接着剤など力もなる中間層を用いることなぐ接合体の主面を処理して直接接合した複合セラミック体が提案されている。例えば、デバイスに用いられる電子部品として、磁性体基板と該磁性体基板に水素結合及び共有結合のうち少なくとも一方の結合により直接接合されている保持基板が提案されている（特許文献 7参照)。ここで、直接接合とは、接着剤などの他の材料を用いることなぐ水素結合または共有結合により基板に形成させる結合と定義されている。また、直接接合の形成は以下のように形成される。まず、接合される磁性体基板及び保持基板の少なくとも 1つの基板の表面を親水化処理し、基板表面に水酸基を導入する。さらに、充分な水酸基を有する表面同士を重ね合わせると、水酸基間または吸着した水分子を介した水素結合によって、 2つの基板が接合される。接合された基板に熱処理を施すことによつて、接合界面力水分子や水素が脱離し、水素結合は共有結合に移行され接合強度が上昇するとされている。なお、本直接接合における熱処理温度は 200〜800°C とされている。

[0014] また、水晶素子としても同様の接合体が提案されており、水晶ウェハを鏡面研磨した後に接合面を親水化処理 (OH基化)する。さらに、水晶ウェハを当接させた後に、界面の OH基を熱処理により除去し、 Si— O— Si結合 (原子間的結合）により結合されるとされてヽる（特許文献 8参照)。

[0015] この直接接合は、図 9 (a)〜(c)に示す通り、第一の接合体 21と第二の接合体 22 の表面を親水化処理すると、第一の接合体 21と第二の接合体 22の表面には多数の水分子や OH基が吸着される。

[0016] この状態で第一の接合体 21と第二の接合体 22を当接させると、水分子、 OH基などを介して水素結合により、第一の接合体 21と第二の接合体 22同士の初期の接合が形成される（図 9 (a) )。さら〖こ、これらを熱処理すると、次第に接合界面から脱水又は水素の離脱が起こり、接合が強化されるとしている（図 9 (b) )。また接合強度の向上は、直接接合に支配的な接合が、水分子を介した水素結合から、水分子を介さな V、OH基同士の水素結合へと移行することによるとされて、る（図 9 (c) )。この状態は、 200〜500°Cの温度で熱処理を施した場合に多く見られ、強固な接合を施す場合には、接合する材料の熱膨張率、形状 (大きさ)などを考慮して、熱処理温度を設定するとしており、具体的には 200〜800°Cの温度で熱処理が行われている。

[0017] 特許文献 1 :特開 2000— 143363号公報

特許文献 2 :特開 2003— 48783号公報

特許文献 3 :特開 2003— 128473号公報

特許文献 4：特開 2004 - 59402号公報

特許文献 5：国際公開第 00Z37720号パンフレット

特許文献 6：特開 2002— 97040号公報

特許文献 7：特開平 7— 220923号公報

特許文献 8：特開 2001— 122697号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0018] し力しながら、特許文献 7、 8のような直接接合は、主に接合面に介在する酸素元素と接合体表面との共有結合により形成されてヽるものであるが、依然としてその接合強度には課題が残り、特に機密性を要求される場合には、第一の接合体 21と第二の接合体 22の表面形状の影響を受けやすぐ部分的に接合が形成されないことがあるという課題があった。また、第一の接合体 21と第二の接合体 22の熱膨張率の違いによっては、接合界面力も割れを発生させることから選択する材料の制限があった。

[0019] また、接合時の熱処理温度が 200〜800°Cであり、前記の温度範囲で中間層となる共有結合が形成されるため、さらに高い温度での環境下で使用した場合に接合体における接合面に高温熱的特性を保持させることができないなどの課題があった。

[0020] したがって、本発明の課題は、高い接合強度を有する複合セラミック体およびその製造方法、並びにマイクロ化学チップおよび改質器を提供することである。

課題を解決するための手段

[0021] 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。

(1) S诚分を含むセラミックス力もなる第一の接合体に、該第一の接合体に含有される前記 S诚分と同じ元素を含む Si化合物を主成分とする接合材を介して第二の接合体を接合してなる複合セラミック体。

(2)前記接合材は、前記第一の接合体から溶出した Si化合物を主成分とする前記 (1)記載の複合セラミック体。

(3)前記第一の接合体の Si濃度が接合面に向かって減少して、る前記（1)記載の複合セラミック体。

(4)前記第二の接合体が、 S诚分を含むセラミックス力もなる前記（1)記載の複合セラミック体。

(5)前記接合材は、前記第一の接合体および第二の接合体から溶出した Si化合物を主成分とする前記 (4)記載の複合セラミック体。

(6)前記第一の接合体および第二の接合体の少なくとも一方の Si濃度が接合面に向かって減少して、る前記 (4)記載の複合セラミック体。

(7)前記第二の接合体が、サファイア力なる前記（1)記載の複合セラミック体。

(8)前記サファイア力もなる第二の接合体の接合面が、 C面である前記（7)記載の複合セラミック体。

(9)前記サファイア力もなる第二の接合体の接合面の少なくとも一部は、ステップ— テラス構造を有する前記 (7)記載の複合セラミック体。 (10)前記ステップテラス構造におけるステップの高さが 0. 2nm以上である請求項 9記載の複合セラミック体。

[0022] (11) S诚分を含むセラミックス力もなる第一の接合体に、第二の接合体を接合して複合セラミック体を得るための製造方法であり、第一の接合体および第二の接合体の少なくとも接合面となる面を研磨する工程と、研磨した第一の接合体および第二の接合体の接合面同士を当接させる工程と、当接した第一の接合体および第二の接合体を熱処理して両者を接合する工程とを含む複合セラミック体の製造方法。

(12)前記熱処理の温度は、前記第一の接合体および第二の接合体の焼成温度より低、温度である前記（11)記載の複合セラミック体の製造方法。

(13) S诚分を含むセラミックス力もなる第一の接合体に、第二の接合体を接合して複合セラミック体を得るための製造方法であり、前記第一の接合体および第二の接合体のうち接合面となる少なくとも一方の表面を、 OH基を有する液体で親水化処理し、第一の接合体および第二の接合体を当接させた後、 1000〜1800°Cで熱処理を行うことにより接合してなる複合セラミック体の製造方法。

[0023] (14)前記（1)記載の複合セラミック体を用いたマイクロ化学チップであり、前記第一の接合体または第二の接合体の接合面に流路を備えたマイクロ化学チップ。

(15)前記（1)記載の複合セラミック体を用いた改質器であり、前記第一の接合体および第二の接合体の接合面に、それぞれ触媒層を有する流路と、該触媒層を加熱するための発熱体とを備えた改質器。

(16)前記（1)記載の複合セラミック体を用いた改質器であり、前記第一の接合体および第二の接合体の少なくとも一方の接合面に、触媒層を有する流路と、該触媒層を加熱するための発熱体とを備えた改質器。

発明の効果

[0024] 前記（1)〜（3)によれば、 Si成分を含むセラミックス力もなる第一の接合体に、該第一の接合体に含有される前記 Si成分と同じ元素を含む Si化合物を主成分とする接合材を介して第二の接合体を接合してなることから、接合強度が高ぐ接合界面のほとんど目立たない接合体を得ることができる。

前記 (4) , (5)によれば、前記第二の接合体が、 Si成分を含むセラミックスであることから、第一の接合体および第二の接合体の両者力 s诚分が接合面に溶出し、より多くの S诚分を介して接合できるため、強固に接合することができる。

前記 (6)によれば、前記第一の接合体または第二の接合体の Si濃度が接合面に向かって減少することから、接合面にはより多くの Si成分が溶出して成る接合材が生じ、この接合材を介して第一の接合体と第 2の接合体を接合するため、より接合強度を高くすることができるとともに、接合面に発生する割れ、クラックを抑制することができる。

前記（7)によれば、前記第二の接合体がサファイア力もなることから、サファイアの透明性および熱伝導率の高さを利用し、光学素子としての応用が可能である。

前記（8)によれば、前記サファイア力もなる第二の接合体の接合面が、 C面であることから、他の面方位のサファイアと比較して、熱膨張率の異方性が少ないため接合体間の熱膨張率差による接合体の剥がれ、割れおよびクラックを抑制することができる前記（9)によれば、前記サファイア力なる第二の接合体の接合面の少なくとも一部は、ステップテラス構造を有することから、接合面の表面積が増大すると同時に接合材への密着性が高くなり、その結果、接合強度を高めることができる。

前記（10)によれば、前記ステップテラス構造におけるステップの高さが 0. 2nm 以上であることから、より接合強度を高めることができる。

前記（11)によれば、研磨された接合面同士の全域を第一の接合体力も溶出した、 Si化合物を主成分とする接合材を介して接合するので、接合部が非常に薄く均一な高寸法精度の複合セラミック体を得ることができる。

前記（12)によれば、前記熱処理温度は、前記第一の接合体および第二の接合体の焼成温度より低い温度であることから、接合体の焼結が進み過ぎ、形状が変化することを防ぐことができ、接合前の接合体の面精度を保った状態で接合することが可能となる。

前記（13)によれば、前記第一の接合体および第二の接合体のうち接合面となる少なくとも一方の表面を、 OH基を有する液体で親水化処理し、第一の接合体および第二の接合体を当接させた後、 1000〜 1800°Cで熱処理を行うことにより接合してなることから、接合界面の非常に薄い複合セラミック体を容易に得ることができる。

[0026] 前記（14)によれば、非常に薄い接合材で接合されたマイクロ化学チップを作製することができ、これを用いて化学反応を起こさせる場合、接合材の成分がほとんど溶出せず、また、接合材の劣化による不純物の溶出が少ないマイクロ化学チップとすることができるため、高精度の化学反応を起こさせることが可能になる。また、複合セラミック体であるため、強酸、強アルカリまたはフッ化物等の極めて腐食性の強い化学物質を用いても腐食されにく、マイクロ化学チップを提供することができる。

前記（15) , (16)によれば、接合材が Si化合物からなり、接合強度も高いので、改質器を高温の環境下で使用することができ、さらに改質器内の圧力を高圧にしても使用することができるので、高効率の改質器を作製することができる。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]本発明の一実施形態に力かる複合セラミック体の接合部近傍を示す拡大断面図である。

[図 2] (a)〜（c)は、それぞれ図 1における Α〜の組成分析を行った結果を示すグラフである。

[図 3] (a)、 (b)は、本発明の複合セラミック体の接合部近傍を示す拡大模式図である

[図 4] (a)、 (b)は、本発明の他の実施形態に力かる複合セラミック体の接合部近傍を示す拡大模式図である。

[図 5]本発明の複合セラミック体をサファイアにより形成した第二の接合体側から顕微鏡で観察した写真である。

[図 6] (a)は、ステップ—テラス構造の原子間力顕微鏡の写真であり、（b)は、（a)を模式的に表した模式図である。

[図 7]本発明の複合セラミック体を用いたマイクロ化学チップの一例を示す組立斜視図である。

[図 8]本発明の複合セラミック体を用いた改質器の一例を示す組立斜視図である。

[図 9] (a)〜 (c)は、従来の複合セラミック体における直接接合の原理を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

[0028] <複合セラミック体 >

本発明にかかる複合セラミック体の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図 1は、この実施形態に力かる複合セラミック体の接合部近傍を示す拡大断面図である。同図に示すように、この複合セラミック体 10は、 Si成分を含むセラミツタス力なる第一の接合体 1に、該第一の接合体 1に含まれる S诚分と同じ元素を含む Siィ匕合物を主成分とする接合材 3を介して、第二の接合体 2を接合してなるものである。前記接合材 3において、 Siィ匕合物を主成分とするとは、 Siィ匕合物を 50質量％以上含有することを意味し、特に、 70質量％以上含有することが好ましい。

[0029] 具体的には、第一の接合体 1と第二の接合体 2の接合は、第一の接合体 1に含まれる S诚分が第二の接合体 2との接合面側に溶出して Si化合物を主成分とする接合材 3を形成し、接合されるものである。これにより、接着剤等を準備することなぐ密着性の高い接合を実現することができる。また、第一の接合体 1から溶出した、 Si化合物を主成分とする接合材 3を介して接合するので、接合部が非常に薄く均一な高寸法精度の複合セラミック体 10を得ることができる。

[0030] Si成分を含むセラミックス力もなる第一の接合体 1は、 Si成分を含む多結晶セラミツタスおよび単結晶セラミックス力選択され、前記多結晶セラミックスとしては、例えばアルミナ、フォルステライト、ステアタイト、コージライトまたはジルコユア等を主成分とする Si成分を含むセラミックスがあげられる。特にアルミナ質セラミックス等、主成分（ 50質量％以上含有する）が酸ィ匕物である多結晶セラミックスでは、接合強度の高い複合セラミック体 10を得ることができる。

[0031] また、主成分が非酸ィ匕物である場合、接合する前に最表面を酸化させた第一の接合体 1を用いると接合強度を高めることができる。さらに、第一の接合体 1が Si成分を含む単結晶セラミックスとしては、例えば水晶、ランガサイト (La Ga SiO )、珪酸ビ

3 5 14 スマス（Bi Si O )、ェメラノレド（Be Al Si O )などが挙げられる。

14 3 12 3 2 6 18

[0032] ここで、上述の通り、セラミックス力なる第一の接合体 1は、 Si成分を含むものに特定される。これは、第一の接合体 1に含まれる Si成分が熱処理により第一の接合体 1 と第二の接合体 2の接合界面に溶出して Si化合物を主成分とする接合材 3を形成する力である。前記 Si成分としては、例えば SiO等が挙げられ、前記 Si化合物として

2

は、例えば 3A1 0 - 2SiO等が挙げられる。

2 3 2

[0033] 第一の接合体 1中に含まれる Si成分の濃度としては、 0. 01重量％以上であることが好ましい。濃度が 0. 01重量％未満であると、接合時の熱処理に第一の接合体 1と第二の接合体 2の接合界面に溶出する ^分の量が不足し、複合セラミック体 10の接合強度が低下するからである。また、前記 Si成分の濃度は、 5重量％以下であるのが好ましい。 5重量％を超えると、必要以上に Si成分を含有することになるので、好ましくない。

[0034] 第一の接合体 1が多結晶セラミックスの場合、 Si成分は多結晶セラミックス中の粒界層に存在することが望ましい。粒界層に存在していることより、接合時の熱処理に Si 成分が第一の接合体 1と第二の接合体 2の接合界面に溶出しやすぐより接合強度の高い接合材 3として作用させることができる。また、その S诚分は、酸化物、炭化物、硼化物、窒化物のいずれかもしくはそれらの複合物であり、第一の接合体 1には、 S i成分が少なくとも一種含まれ、さらにガラス質であることが望ましい。

[0035] なお、 Si成分以外の成分としては、特に限定されないが、 Si成分がガラス質である場合、その融点を下げる元素およびその化合物であることが好ましい。ガラス質の融点を下げることにより、接合時の熱処理温度を低く設定することができ、その結果、複合セラミック体 10への残留応力を緩和することができる。また、 Si成分の粘性を下げる元素及びその化合物であることも好ましい。 Si成分の粘性が下がることにより、熱処理時に第一の接合体 1と第二の接合体 2の接合界面に S诚分が溶出し易くなり、接合材 3の形成を容易にするとともに、熱処理時間を短縮することができる。したがって、 Si成分以外の成分としては、マグネシウム化合物、カルシウム化合物、ナトリウム化合物、カリウム化合物、硼素化合物、鉛化合物およびこれらの化合物などが含有してちょい。

[0036] 第二の接合体 2は、多結晶セラミックス、単結晶および金属から選択され、第二の接合体 2には S诚分が必ずしも含まれる必要はないが、接合強度を高める目的で第二の接合体 2も Si成分を含むセラミックス力もなることが好ましい。これにより、接合面側に第一の接合体 1、第二の接合体 2の両者力 S诚分が溶出し、 Si化合物が接合面に十分な量で介在するので、より接合強度の高い複合セラミック体 10を得ることができる。

[0037] 第二の接合体 2も S诚分を含むセラミックス力もなる場合には、第一の接合体 1、第二の接合体 2にそれぞれ含まれる Si成分の濃度としては、 0. 005重量％以上であれば、第一の接合体 1および第 2の接合体 2の両者から S诚分が溶出するため、十分に接合することができる。また、この場合の各 Si成分の濃度は、 5重量％以下であるのが好ましい。

[0038] 第一の接合体 1及び第二の接合体 2は、緻密質もしくは多孔質のいずれであってもよいが、高強度で接合面積が高いという点で緻密質であることが好ましぐ形状としては、特に限定されるものではなぐ例えば板状、ブロック状などが挙げられる。

[0039] ここで、図 1に示す破線は、第一の接合体 1および第二の接合体 2中の Si濃度の分布を示しており、第一の接合体 1および第二の接合体 2が Si成分を含む場合、第一の接合体 1中の Si濃度の少ない部分をひ、第二の接合体 2中の Si濃度の少ない部分を ι8として示す。本発明の複合セラミック体 10は、第一の接合体 1と第二の接合体 2および接合材 3を積層した構造であるが、接合面近傍の第一の接合体 1と第二の接合体 2の部分では、 Si濃度が接合面に向力つて減少することにより、見かけ上、第一の接合体 1と接合材 3、および第二の接合体 2と接合材 3との間にさらに別の層（ひ、）が形成されることになる。このひ、）8層は、第一の接合体 1と第二の接合体 2より Si成分が接合面に溶出した部分であり、複合セラミック体の全体としては、 Si濃度が高い内部、濃度が低い接合面近傍、濃度が高い接合面と、段階的に Si濃度が変化するため、第一の接合体 1と接合材 3との熱膨張の差、第二の接合体 2と接合材 3との熱膨張の差を小さくして熱応力の発生を緩和する。したがって、複合セラミック体 1 0の接合強度を向上させるとともに、割れやクラックの抑制に作用していると考えられる。

[0040] 本発明の複合セラミック体 10は、第一の接合体 1または第二の接合体 2の Si濃度が接合面に向力つて減少して、ることが好まし!/、。

図 2 (a)〜 (c)は、それぞれ第一の接合体 1及び第二の接合体 2が、ずれもアルミナ質セラミックス力もなる場合の図 1に示す A、 B、 C点に相当する位置の組成分析の結果を示すグラフである。組成分析は、接合面を透過電子顕微鏡 (TEM)で観察した後、 EDS分析により元素の定性分析を行った。図 2から明らかなように、第一の接合体 1の内部である A点に対して接合面近傍の B点の Si濃度が減少していることがわかる。

[0041] なお、本発明の複合セラミック体 10の接合面近傍は、 Si濃度は接合面に向力つて連続的に減少しているものであり、図 1における破線は便宜上示したものであり、 Si濃度が接合面に向かって減少するのは、第一の接合体 1および第二の接合体 2のいずれか一方であっても構わな!/、。

[0042] ここで、第一の接合体 1および第二の接合体 2がアルミナセラミックス力もなる場合を例にとって、図面を参照してこの現象をより詳しく説明する。図 3 (a)、（b)は、この例に力かる複合セラミック体の接合部近傍を示す拡大模式図である。

[0043] 第一の接合体 31および第二の接合体 32は、接合前に接合面となる面に表面粗さ Raで 0. 05 m以下となるような鏡面研磨加工を行う。鏡面研磨された第一、第二の接合体 31、 32の面は、主成分であるアルミナ粒子 34がむき出しに成っており、その周りを Siを主成分とする粒界ガラス層 35が取り囲んだ状態になつている。

[0044] この状態の面同士を向き合わせて、図 3 (a)に示すように、機械的に密着させた状態とした後、高温で熱処理を行う。熱処理を行う前の機械的に密着させた状態では、接合面 33近傍に存在する Siの濃度は、第一の接合体 31、第二の接合体 32の内部と比較して低い。

[0045] この状態で 1000°C〜1800°Cの高温で熱処理を行うと、フィックの第二法則により、アルミナセラミックスカゝらなる第一の接合体 31、第二の接合体 32のそれぞれの接合面近傍の粒界ガラス層 35の成分が、第一の接合体 31、第二の接合体 32の接合面に拡散移動し、図 3 (b)に示すように、接合材 36が形成される。この粒界ガラス層 35 の主成分は Siであり、拡散は第一の接合体 31、第二の接合体 32の接合面 33近傍で顕著に発生する。このため、 Si成分が第一の接合体 31、第二の接合体 32の接合面 33近傍の Siの濃度は、内部に比較して減少することになる。このようにして、接合面 33には、 Si成分が溶出して Siィ匕合物を主成分とする接合材 36が形成され、この接合材 36によって、接合時の熱応力を緩和するため、接合面 33に発生する割れ、クラックを抑帘 Uすることができる。

[0046] このようにして接合材 36が形成されるので、図 1に示す第一の接合体 1と第二の接合体 2の接合界面の層が実質的に観察されず、目視的には接合界面のない複合セラミック体 10を得ることができる。なお、上述の接合材 3の厚み、接合界面は透過電子顕微鏡で観察することで確認することができる。

[0047] 前記第一の接合体 1、第二の接合体 2の間に位置する接合材 3は、その厚みが 20 Onm以下であることが好ましい。本発明の複合セラミック体 10は、第一の接合体 1、第二の接合体 2に含まれる S诚分の溶出により接合されており、別に準備した接着剤を用いないことから、接合材 3は厚みが 200nm以下と非常に薄く均一となる。また、接合材 3の厚みは lOnm以上であるのが好ましい。前記厚みが lOnmより薄いと、接合強度が低下するおそれがある。

[0048] さらに、接合材 3は、 S诚分の他に酸素原子を含むことが好ましい。酸素原子を含むことにより、 S诚分の粘性を低くすることができるとともに、接合強度を高めることができる。また、接合材 3の厚み精度を高めることができ、第一の接合体 1と第二の接合体 2の平行度を良好なものにすることができる。

[0049] また、接合材 3の成分は溶融ガラスであるため、第一の接合体 1と第二の接合体 2との隙間（原子レベルでの空間）を無くすことが可能となり、高いレベルの強度を保持している。従って、接合材 3の存在により、第一の接合体 1と第二の接合体 2の接合部での優れた熱的特性 (高温環境下での使用）を有することができる。

[0050] 次いで、第二の接合体がサファイア力なる他の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図 4 (a)、（b)は、この実施形態に力かる複合セラミック体の接合部近傍を示す拡大模式図である。

[0051] 第一の接合体 37および第二の接合体 38は、接合する前に接合面となる面に鏡面研磨加工を行う。鏡面研磨された第一の接合体 37の表面は、主成分であるアルミナ粒子 40がむき出しになっており、その周りを Siを主成分とする粒界ガラス層 41が取り囲んだ状態になっている。

[0052] この状態の接合面 39同士を向き合わせて、図 4 (a)に示すように、第一の接合体 3 7と第二の接合体 38を機械的に密着させた状態とした後、高温で熱処理を行う。熱処理を行う前の機械的に密着させた状態では、密着した接合面 39に存在する Siの濃度は、アルミナセラミックスの内部と比較して低い。

[0053] この状態で、 1000〜1800°Cの高温で熱処理を行うと、フィックの第二法則により、アルミナセラミックスの内部の粒界ガラス層 41の成分力第一の接合体 37、第二の接合体 38の接合界面に拡散移動し、図 4 (b)に示すように、接合材 42が形成される

[0054] ここで、粒界ガラス層 41の主成分は Siであり、拡散は第一の接合体 37の表面近傍の Siが接合面 39の方向に移動するため、第一の接合体 37の接合面 39近傍の Si濃度は、第一の接合体 37の内部に比較して低くなる。

[0055] このようにして、接合面 39の近傍では、 Siが接合材 42として拡散するため、 Siの濃度が内部に比較して接合面に向カゝつて減少すると同時に、接合材 42が形成されるため接合強度を高めることができるとともに、接合材 42によって接合時の熱応力を緩和するので、接合面に発生する割れ、クラックを抑制することができる。

[0056] アルミナセラミックス力もなる第一の接合体 37と、サファイア力もなる第二の接合体 3 8を接合したものを、サファイア側カゝら顕微鏡で観察した様子を図 5に示す。図 5に示すように、第一の接合体 37であるアルミナセラミックスの研磨面上に透明な接合材を介して透明なサファイアが接合されており、サファイア面側力も顕微鏡写真を撮ったので、アルミナセラミックスのアルミナ粒子 43と粒界層 44がサファイアと接合材を通して見えている。

[0057] 第二の接合体 2がサファイア力なる場合、その透明性および熱伝導率の高さを利用し、光学素子としての応用が可能となる。

さらに、サファイア力もなる第二の接合体 38の接合面が C面であることが好ましい。これにより、他の面方位のサファイアと比較して、熱膨張の異方性が少ないため、第一の接合体 37、第二の接合体 38との間の熱膨張率差による剥がれや割れ、クラックを抑制することができる。

[0058] また、第二の接合体 38がサファイア力もなる場合には、接合面の少なくとも一部にステップ—テラス構造を有することが好ましい。ステップ—テラス構造の一例を、図 6 ( a)、（b)に示す。これらの図面のうち、図 6 (a)は、 C面サファイア基板を酸化雰囲気で 1000°C、 3時間熱処理したときに見られるステップ—テラス構造の原子間力顕微鏡（AFM :Atomic Force Microscope)の写真であり、一辺が 5 μ mの範囲を示している。図 6 (b)は、図 6 (a)を模式的に表した模式図であり、 45はテラス部分、 46はステップ部分を示す。

[0059] 第一の接合体、第二の接合体の接合面に、図 6 (a)、 (b)に示すようなステップ—テラス構造が形成されると、接合面の表面積が増大すると同時に、接合材への密着性が向上し、接合強度を高めることができる。

[0060] ステップテラス構造のステップ高さ hが 0. 2nm以上であることがより好ましい。このメカニズムについては以下のように推測される。すなわち、特定の結晶面を表面に持つサファイア基板を空気中で熱処理すると、超平坦で同一結晶方位を持つテラス面及び直線上の規則的なステップサイトを持つ基板表面が得られる。これは、熱処理温度と時間を最適化することにより、サファイア基板表面にある原子を再配列させることにより、超平坦な面が得られるものであり、例えば C面サファイア基板を 1000°Cで 10 時間の熱処理を行うと、ステップ高さ 0. 2nm程度のステップテラス構造が形成される。

[0061] これは、空気中でサファイア基板を加熱すると、サファイア表面のアルミニウム原子および酸素原子が熱エネルギーによりサファイア表面を移動し、再配列が起きる為である。即ち、熱エネルギーを得た原子はサファイア表面を動き回る力最も安定した位置でトラップされ、原子レベルの大きさのステップが形成されるものである。

[0062] このため、熱処理温度が 1000°C程度で有れば、アルミニウム原子と酸素原子は熱エネルギーを得て結晶から離脱し、自由に動き回ろうとする力サファイア基板表面のポテンシャルに拘束され、サファイア基板表面を二次元的に動き、拡散して安定な位置に収まることにより、平滑な表面が形成される。

[0063] しかし、熱処理温度を更に上げ、例えば 1150°Cで 3時間の熱処理を行った場合、ステップテラス構造が形成される力そのステップ高さは逆に lnm程度に大きく成るバンチングと呼ばれる現象が起きる。すなわち、熱処理温度が 1150°C以上になるとアルミニウム原子と酸素原子の持つ熱エネルギー力サファイア基板表面のポテンシャルエネルギーを越えて、サファイア基板表面力も離脱する作用が支配的になり、その結果、サファイア基板表面を平滑にする作用より、アルミニウム原子と酸素原子力 Sランダムにサファイア基板力も離脱する作用の方が支配的になり、サファイア基板表面の面粗さが粗くなる現象が起きる。

[0064] これが、いわゆるバンチングと呼ばれる現象であり、 1100°C以上の温度で顕著に見られる。また、このバンチングは熱処理温度を更に高くすると、バンチングもそれに比例して更に激しくなり、ステップ高さも高く成る傾向がある。

[0065] このような原理より、複合セラミック体 11において、サファイア力なる第二の接合体 38がステップ—テラス構造を有するには、第一の接合体 37と第二の接合体 38とを接合する際の熱処理温度を 1100°C以上とするのがよい。これにより、サファイア力ゝらなる第二の接合体 38側力も離脱したアルミニウム原子と酸素原子が第一の接合体 37 側に拡散し、反対に第一の接合体 37から SiO成分が析出して第二の接合体 38側

2

に拡散し、その結果、両者の間に 200nm程度の SiOとアルミニウム原子、酸素原子

2

が混ざり合って強く結合した接合材が形成されるため、強固に接合されてステップ— テラス構造が現れる。

[0066] <製造方法 >

(第 1の製造方法）

ここで、本発明にかかる複合セラミック体の第 1の製造方法について説明する。なお、ここでは、各接合体が、上記で説明したアルミナセラミックス力なる第一の接合体 37、サファイア力もなる第二の接合体 38である複合セラミック体 11の場合について説明する。

[0067] 先ず、アルミナ (Al O )の原料粉末、酸化珪素（SiO )、酸化マグネシウム（MgO)

2 3 2

、酸ィ匕カルシウム (CaO)等の焼結助剤粉末、および適当な有機バインダ，有機溶剤、可塑剤、分散剤等を添加混合してスラリー状となし、これを従来周知のドクターブレード法等によってシート状となすことによって、複数枚のセラミックグリーンシートを得る。ここで、酸ィ匕珪素（SiO )は、アルミナ (Al O )総量に対して 0. 1〜15重量％含

2 2 3

有するのがよい。

[0068] ついで、これらのセラミックグリーンシートを所定の寸法および形状に加工した後に積層し、約 1600°Cで焼成するグリーンシート積層法等で第一の接合体 37となるセラミック基板を形成する。また、これと接合する第二の接合体 38となるサファイア基板を切削等により所定寸法および形状に加工する。

[0069] 次に、第一の接合体 37および第二の接合体 38の少なくとも接合面となる面を研磨する。セラミック基板の接合面は、例えば、ラップ研磨機によってダイアモンド砥粒による研磨、およびパフ研磨により、その算術平均粗さ Raが 0. 以下、好ましくは 0. 2 m以下となるように研磨するのが好ましい。具体的には、一般的な平面ラップ研磨機を用い、初めに平均粒径が 30 μ m〜50 μ mのダイアモンド砥粒を用いて粗く研磨し、次いで平均粒径が数/ z m程度のダイアモンド砥粒で研磨し、最後に平均粒径が 1 μ m以下のダイアモンド砲粒でパフ研磨することによって、所望の算術平均表面粗さ Raとすることができる。このとき研磨スピードは 2000〜2500rpmが適して!/、る

[0070] また、サファイア基板の接合面は、例えば、上記セラミック基板と同様にダイアモンド砲石による研磨、およびパフ研磨することにより、その算術平均粗さ Raが 0. 08 m 以下となるように研磨するのが好ましい。なお、算術平均粗さ Raiお ISB0601— 200 1 (IS04287— 1997準拠）に規定のちのとする。

[0071] これにより、平坦な接合面が得られるとともに、セラミック基板においては、アルミナのセラミック粒がランダムに配置され、これらの粒界に SiO , MgO, CaO力なるガラ

2

ス成分が網目状に配置された表面を得ることができる。

[0072] 次いで、第一の接合体 37および第二の接合体 38の接合面同士を当接させるため、セラミック基板およびサファイア基板を接合面同士が対向するように組み合わせた物の上に、モリブデン (Mo)板や他のセラミック板等の重量物を上部に載置することにより、両者を加圧して接合面同士を密着させる。このとき、加圧力は 195〜500Pa がよぐより好ましくは 245〜440Paとするのがよい。

[0073] さらに、両者が熱衝撃を受けないように加熱炉内にて常温力加熱し、 1350-14 50°C程度の温度で 30分〜 1時間程度維持した後に常温まで徐冷する熱処理を施すことにより、第一の接合体 37 (セラミック基板)から溶出した、 Si化合物を主成分とする接合材を介して第二の接合体 38 (サファイア基板)を接合する。

[0074] 前記熱処理温度は、第一の接合体 37および第二の接合体 38の焼成温度より低、温度であることが好ましいが、上述の例では第二の接合体 38はサファイア力もなるため、この場合、第一の接合体 37の焼成温度より低い温度で熱処理するのが好ましい。なお、第二の接合体が S诚分を含むセラミックス力もなる場合には、前記熱処理温度は、上述の例のごとく前記第一の接合体 37および第二の接合体の焼成温度より低い温度であることが好ましい。この温度域では、セラミック基板の焼結がこれ以上進むことがなぐし力も、セラミック粒の粒間に配されたガラス成分が動き易い状態となる。このガラス成分により、第一の接合体 37および第二の接合体が強固に接合されて、反りや収縮のない複合セラミック体が得られる。

[0075] そして、セラミック粒とサファイア基板との間が 200nm以下の非常に薄い厚みのガラス成分カゝら成る接合材 3によって接合されるとともに、セラミック粒界に配された網目状のガラス成分の部位では、厚みの厚い網目状のガラス成分が配されることによって広い面積で接合されるため、両者を剥離するような外力に対して、強固な接合力を有する複合セラミック体 11となる。

なお、上記で説明した実施形態では、第二の接合体がサファイアカゝらなる場合について説明したが、第 1の製造方法はこれに限定されるものではなぐ例えばサファイア以外で S诚分をふくまないものからなる場合や、サファイアを含まず第二の接合体が Si成分を含むセラミックスカゝらなる場合等にも、好適に適用することができる。

[0076] (第 2の製造方法）

次に、本発明にかかる複合セラミック体の第 2の製造方法について説明する。ここでは、各接合体が上記で説明したアルミナセラミックスカゝらなる第一の接合体 1、アルミナセラミックス力もなる第二の接合体 2である複合セラミック体 10の場合について説明する。

[0077] この製造方法では、先ず、第一の接合体 1および第二の接合体 2を準備し、これら第一の接合体 1および第二の接合体 2の表面のうち、両者の接合面となる少なくとも一方の表面を、 OH基を有する液体で親水化処理する。該親水化処理は、高い接合強度を得る上で、第一の接合体 1および第二の接合体 2のそれぞれの表面に施すのが好ましぐ OH基を有する液体としては、例えば水、エチルアルコール、メチルアルコールなどのアルコール類、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることができ、特に水、エチルアルコールなどのアルコール類が作業性の面力好ましい。親水化処理方法としては、例えば噴霧などによる吹きつけ、塗布、デイツビングなどの方法がある。

[0078] なお、この製造方法では、第一の接合体 1、第二の接合体 2の表面を親水化処理する前に研磨することが好ましい、さらに、研磨後の算術平均粗さ Raが 0. 以下または平坦度が 0. 50 /z m以下であることが好ましい。第一の接合体 1と第二の接合体 2の接合面同士を当接させる際の密着性を上げることができるからである。

[0079] 次に、親水化処理した第一の接合体 1、第二の接合体 2を当接させる。当接については、特に圧力を加える必要も無ぐ位置精度が要求される場合は、それに応じた治具などを準備すれば良い。

[0080] 次いで、 1000〜1800°Cにて熱処理を行う。熱処理は、例えば大気雰囲気、酸化雰囲気、還元雰囲気及び真空雰囲気などで行われ、用いられる材料の性質によって選択される。熱処理温度を 1000〜1800°Cとすることで、第一の接合体 1に含まれる Si成分が接合面へ溶出しやすぐ高い接合強度を有することができる。また、接合面に溶出した S诚分の結晶化を防止して第一の接合体 1及び第二の接合体 2に充分に濡れ性の高、ものとし、より高、接合強度とすることができる。

[0081] これに対し、前記熱処理温度が 1000°C未満であると、第一の接合体 1に含まれる Si成分の接合面への溶出が困難となり、 1800°Cを超えると、接合面に溶出した Si成分が結晶化し、第一の接合体 1及び第二の接合体 2に充分に濡れない。

[0082] 更に、前記熱処理の温度は、第一の接合体および第二の接合体の焼成温度より低い温度であることが必要である。これは、焼成温度以上の高い温度で熱処理を行うと、接合体の焼結が進み過ぎ形状が変化することを防ぐためである。なお、第二の接合体がサファイアの場合は、焼成温度は存在しないため、第一の接合体の焼成温度のみが前記熱処理温度に該当する。

[0083] 以上の製造方法によれば、接合材 3となる成分を接合前に形成する必要がないために容易に複合セラミック体 10を得ることができる。また、接合材 3を極めて薄く形成することができるため、接合界面の目立たない複合セラミック体 10を得ることができる [0084] なお、上記で説明した実施形態では、第二の接合体がアルミナセラミックス力なる場合について説明したが、第 2の製造方法はこれに限定されるものではなぐ例えばアルミナセラミックスに加えてサファイアを併用する場合や、第二の接合体がサフアイァカもなる場合等にも、好適に適用することができる。

[0085] 本発明の第 1および第 2の製造方法においては、第一の接合体 1のみでなぐ第二の接合体 2にも Si成分が含まれると接合強度が高くなるので、より好ましい。

また、上記で説明した実施形態では、第一の接合体 1と第二の接合体 2の 2つの接合体を有する場合を述べたが、接合体は、一対のものに限らず 3体以上の接合体であっても、ある任意の接合体を第一の接合体 1とするとそれに隣接するいずれかの接合体を第二の接合体 2とすることができる。

[0086] さらに、上記の実施形態では、接合材は第一の接合体から溶出したものである場合について説明したが、本発明にかかる接合材は、第一の接合体に含有される Si成分と同じ元素を含む Siィ匕合物を主成分とするものであればよぐこのような構成の接合材を、例えば第一の接合体の接合面に塗布して、第一および第二の接合体を接合させてもよい。

[0087] このようにして得られた本発明の複合セラミック体は、マイクロ化学チップ用の基板、燃料を改質する改質器用の基板として好適に用いることができる。各接合体が上記で説明した第一の接合体 1、第二の接合体 2である複合セラミック体 10をマイクロイ匕学チップ、改質器として用いた場合について、図面を参照して詳細に説明する。

[0088] <マイクロ化学チップ >

図 7は、本発明に力かるマイクロ化学チップの一例を示す組立斜視図である。このマイクロ化学チップ Aは、図 7に示すように、第一の接合体 1または第二の接合体 2の接合面側に流路 4を備えたものである。より具体的には、マイクロ化学チップ Aは、表面に流路 4が形成された第一の接合体 1と、流路 4の周囲における第一の接合体 1の表面に、第一の接合体 1から溶出した Si化合物を介して接合された第二の接合体 2 とから成る。

[0089] マイクロ化学チップ Aは、セラミックグリーンシートに流路 4となる適当な打抜きカロェを施し、これを流路 4の底面となる他のセラミックグリーンシートに積層し、または、プレス成形等により流路 4を形成可能に作製された金型を未焼成の生セラミック体の表面にプレスすることによって生セラミック成形体を得、次、で所定の温度で焼成した第一の接合体 1を形成する。次に、この第一の接合体 1の流路 4が形成された接合面側の表面を研磨し、同じく接合面が研磨された第二の接合体 2の接合面同士を当接させ、所定の熱処理を行なうことによって作製される。

[0090] マイクロ化学チップ Aには、第一の接合体 1の裏面に形成された注入口 4aより注入された試料が、屈曲部 4bで混合され、得られた反応生成物が貯留するための貯留部 4cが形成されている。第二の接合体 2がサファイア等カゝらなる場合には、注入口 4 aはセラミックス力もなる第一の接合体 1に設ける方が加工が容易である。なお、マイク口化学チップ Aは、図 7に限られることはなぐ必要とする化学反応に応じて適宜所要の各エレメントが配置され、流路 4が配置される。

[0091] セラミックグリーンシートの打ち抜き加工により得られる貫通孔の側面は、焼成後に算術平均粗さ Raが 1〜5 /ζ πι程度となる力この表面粗さでは、流路 4を流れる液体の流れ性をほとんど阻害しない。すなわち、液体の流れが層流を維持できることが確認できている。

[0092] なお、上記で説明したマイクロ化学チップ Αの製造方法にぉ、て、第一の接合体 1 の流路 4を形成するセラミックグリーンシートと、底部となるセラミックグリーンシートとの 2枚のセラミックグリーンシートから形成される例を示したが、本発明は、これに限定されることなく、 3枚以上のセラミックグリーンシートから形成されてもよい。例えば、 2枚以上のセラミックグリーンシートに流路 4となる打ち抜き部を形成し、異なるセラミックグリーンシートにそれぞれ形成された流路 4を連通するための貫通孔を形成して、 3次元的な流路 4が形成されたマイクロ化学チップ Aとしてもよい。

[0093] また、上述の通り、第一の接合体 1と第二の接合体 2とが第一の接合体 1に含まれる Si化合物から成る接合材 3を介して接合していることにより、非常に薄く均一な接合材 3とできることから、接合材 3の流路 4内へのはみ出しがほとんどないものを実現することができ、よって精度の高、ィ匕学反応および安定した反応生成物の収率が得られるマイクロ化学チップ Aを実現することが可能になる。

[0094] また、流路 4内の液体が強酸、強アルカリなどの極めて腐食性の強い液体であっても、第一の接合体 1および第二の接合体 2の材質が極めて耐腐食性であるとともに、接合材 3は非常に薄く腐食性の液体が接合材 3の領域に浸透しにくいので、これらが腐食されることもほとんどない。したがって、反応生成物にこれらが不純物として溶出することがなぐ高純度の反応生成物を得ることができる。

[0095] また、本発明のマイクロ化学チップ Aは、エッチングカ卩ェのような複雑な加工を行うことなぐ簡単な製造工程によって精密な流路 4を形成することができるので、生産性が高ぐまた安価なものとなる。またセラミックスは、榭脂などに比べ、耐薬品性に優れるとともに強度も大きいので、薄型のマイクロ化学チップ Aとすることができる。

[0096] さらに、第二の接合体 2がサファイア力もなる場合は、サファイアが光を含む広い周波数帯の電磁波の透過性に優れることから、流路 4内において紫外線等による化学反応を生ぜしめるマイクロ化学チップ Aとしたり、流路 4内の反応生成物の光吸収スベクトルを測定して、反応生成物の組成をテスト可能なマイクロ化学チップ Aとすることがでさる。

[0097] <改質器>

図 8は、本発明にかかる改質器の一例を示す組立斜視図である。なお、発熱体 6を電源回路に接続する接続線等は省略した。

[0098] 図 8に示すように、本発明の複合セラミック体 10は改質器 Bとして有効に用いることができる。具体的には、この改質器 Bは、第一の接合体 1または第二の接合体 2の接合面側に、表面の少なくとも一部に触媒層 5を有する流路 4を備えるとともに、触媒層 5を加熱するための発熱体 6を備えたものである。

[0099] より具体的には、この改質器 Bは、表面に流路 4が形成されるとともに、流路 4の壁面の少なくとも一部に触媒層 5が形成された第一の接合体 1と、流路 4の周囲の第一の接合体 1の表面に、第一の接合体 1から溶出した Si化合物を介して接合された第二の接合体 2とから成るものであり、さらに、この複合セラミック体 10の内部、表面または外部に、触媒層 5を加熱するための発熱体 6が配されたものである。

[0100] このような改質器 Bは、例えば白金等力成る触媒層 5を発熱体 6によって所定温度に加熱しておき、第一の接合体 1の裏面に設けられた注入口 4aより改質器 Bの流路 4に、例えばメチルアルコール等の水素を含有する流体を流通させることによって、メチルアルコールが分解されて水素が発生し、排出口 4dより取り出すことができる。

[0101] 本発明の改質器 Bは、上記マイクロ化学チップ Aと同様に作製すればよい。また、本発明の改質器 Bは、上記マイクロ化学チップ Aと同様に、精密な化学反応を行うことが可能であり、耐薬品性に優れる等の特長を有する。なお、上記した以外の構成は、上記で説明したマイクロ化学チップ Aと同様であるので、説明は省略する。

[0102] さらに、第二の接合体 2をサファイア力もなるものとした場合には、サファイアが熱伝導性に優れた材質であることから、サファイアを介して触媒層 5を効率的に加熱することができる改質器 Bとすることができる。また、本発明の複合セラミック体 10は耐熱性が大きいので、複数の改質器 Bを配列させ、これら複数の改質器 Bの外部力発熱体 6によって複数の改質器 B全体を加熱し、触媒層 5におヽて化学反応を行う改質器 Bとすることも容易に実現できる。具体的な用途としては、例えば水素をつくるメチルアルコール改質器等が挙げられる。

[0103] なお、上記では、第一の接合体および第二の接合体の少なくとも一方の接合面に、触媒層を有する流路と、該触媒層を加熱するための発熱体とを備えた改質器 B〖こついて説明したが、本発明にかかる改質器は、第一の接合体および第二の接合体の接合面に、それぞれ触媒層を有する流路と、該触媒層を加熱するための発熱体とを備えた構成であってもよ、。

[0104] 以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな、。

[実施例 1〜6]

(複合セラミック体の作製）

第一及び第二の接合体を表 1に示す組み合わせにして、実施例 1〜6の各複合セラミック体を作製した。

[0105] 具体的には、表 1に示す第一および第二の接合体を準備し、第一および第二の接合体の表面を、研磨工具等を用いて研削加工 (鏡面研磨加工)した。なお、加工後の接合体の开状は、いずれも縦 30mm X横 30mm X厚さ 0. 3mmとなるようにした。

[0106] 続いて、研削加工 (鏡面研磨加工)を行った後、第一および第二の接合体の表面を親水化処理した。該親水化処理は、水酸ィ匕カリウムを用いてアルカリ洗浄にて行つた。さらに、第一の接合体と第二の接合体を当接させ、その状態で酸ィ匕雰囲気にて表 1に示す熱処理条件で熱処理を行!ゝ、実施例 1〜6の複合セラミック体を得た。

[0107] なお、研削加工後の第一および第二の接合体の表面粗さ (Ra)および研削加工後の平坦度 ( μ m)を表 1に示す。なお、前記表面粗さ (Ra)は、研削加工後の第一および第二の接合体の表面を、東京精密株式会社製の計測器 (名称：サーフコム 1400A )で測定して得られた値である。また、前記平坦度は、研削加工後の第一および第二の接合体の表面を、非接触式測定器により測定して得られた値である。これら表面粗さ、平坦度は、第一の接合体、第二の接合体とが接合される面を測定した値である。

[0108] [表 1]

O O o CD O

卜

CO

X

X X X X X

ο

o o o o o

ο

o o o o

ο

卜 00

削後削加後加研研工の工の

熱条件処理粗表さ坦度面平 R a

温度（°)時間（)CH X r

( ())/ m m o ο ο

O o o o O σ o ο o o o o

第接合体質クナセのラミアルミスッ一

実施例！"

第接合体酸結タタウ単晶）のリム（二チンル

第接合体ジ質クのライトセラミスッェ一 o σ ο o

実施例 2 o

O o o Ο o o ο ο o o O ο

水単結 ()日

o o o σ o o ο o o o o

第接合体イト質クのテラセルラミフススオッ一

実施例 3

第接合体晶イ（単結）サの二アファ

第接体合タ質イトクテセのラミスアスッ一

実施例 4

第接合体質ナクセのミラミ二アルスッ

第接合体質ナクセのミラミアルスッ一

実施例 5

第接合体二の

お翻

m 第接合体質クナセのラアミミスルッ一

実施例 6

第接合体質ナクセのミラミ二アルスッ

An

Θ

H

(評価）

上記で得られた実施例 1 6の各複合セラミック体について、超音波深傷法を用いて接合部の欠陥の面積を確認した。具体的には、超音波探傷法で用いる探触子は、焦点深度 25mmのものを用い、パルス発信器より探触子を介して各複合セラミック体に発信される超音波の周波数を 10MHzとした。また、各複合セラミック体は、予め水中に浸積し、任意の接合体側から超音波を入射させ、接合部から発生する反射波を検出し、倍率 1. 5倍で反射像を作成した。欠陥部は、反射像で観察される白色部とした。

[0110] さらに、表 1に示す接合体の組み合わせで、縦 30mm X横 30mmに代えて、縦 2m m X横 2mmの面積に変更した各複合セラミック体を作製し、第一もしくは第二の接合体を治具に固定し、反対側に位置する層の背面から 0. 5mmZ秒の速度で前記各複合セラミック体を引っ張った。そして、第一及び第二の接合体を剥離するのに必要な力をロードセルで測定し、剥離強度を求めた。

[0111] また、透過電子顕微鏡を用いて実施例 1〜6の接合材の厚みを倍率 10万倍で確認した。

以上の評価結果を、表 2に併せて示す。

[0112] [表 2]

〇〇 o

〇卜 o o

卜

〇

o

接直後合の

離剥強度接合材厚みの積部白色面

() (/)Nmmnm

[ - 〇

第接合体質ナセラアミミクのルスッ一〇〇

実施例 1

〇第接合体酸（単結）リチウ晶タタ二のムルン〇〇〇〇〇

第接合体ジ質イトララセミクのスコッ一ーヱ

実施例 2

第体接合（単晶）水晶結二の

第接合体質イ卜ラテラミクセのルフススオッ一

実施例 3

接合第体結（単晶）サイ二アのファ

第接合体質タイトラテセミのアクススッ一

K 実施例 4

接合第体質ナ二ァミセラミクのレスノッ

第接合体質ナアミセラミクのルスッ一

実施例 5

第接合体無酸素銅二の

第接合体質ナァミセラクミのレスノッ一

実施例 6

接合体第質ナ二ミセラクァミのレスノッ

表 2から明らかなように、実施例 1〜6は、予め準備した接着剤を介することな第一の接合体または第二の接合体力溶出した S诚分にて接合されているため、接合直後の白色部 (欠陥）は、接合面の縁部のみに観察された。この結果より、本発明の複合セラミック体は、超音波深傷における欠陥部の面積が小さほぼ接合面全体が接合している。また、その剥離強度は高ぐ高い接合強度を有しているといえる。さらに、中間層が非常に薄ぐ接合界面の目立たない接合体を得ることができるのがわ力

668TZ0/S00Zdf/X3d 83 801^S0/900Z OAV

Claims

請求の範囲

[I] Si成分を含むセラミックスからなる第一の接合体に、該第一の接合体に含有される前記 S诚分と同じ元素を含む Si化合物を主成分とする接合材を介して第二の接合体を接合してなる複合セラミック体。

[2] 前記接合材は、前記第一の接合体力も溶出した Si化合物を主成分とする請求項 1 記載の複合セラミック体。

[3] 前記第一の接合体の Si濃度が接合面に向かって減少している請求項 1記載の複合セラミック体。

[4] 前記第二の接合体が、 S诚分を含むセラミックス力もなる請求項 1記載の複合セラミック体。

[5] 前記接合材は、前記第一の接合体および第二の接合体から溶出した Si化合物を主成分とする請求項 4記載の複合セラミック体。

[6] 前記第一の接合体および第二の接合体の少なくとも一方の Si濃度が接合面に向力つて減少している請求項 4記載の複合セラミック体。

[7] 前記第二の接合体が、サファイア力なる請求項 1記載の複合セラミック体。

[8] 前記サファイア力なる第二の接合体の接合面が、 C面である請求項 7記載の複合セラミック体。

[9] 前記サファイア力もなる第二の接合体の接合面の少なくとも一部は、ステップ一テラス構造を有する請求項 7記載の複合セラミック体。

[10] 前記ステップテラス構造におけるステップの高さが 0. 2nm以上である請求項 9記載の複合セラミック体。

[II] S诚分を含むセラミックス力もなる第一の接合体に、第二の接合体を接合して複合セラミック体を得るための製造方法であり、

第一の接合体および第二の接合体の少なくとも接合面となる面を研磨する工程と、研磨した第一の接合体および第二の接合体の接合面同士を当接させる工程と、当接した第一の接合体および第二の接合体を熱処理して両者を接合する工程とを含む複合セラミック体の製造方法。

[12] 前記熱処理の温度は、前記第一の接合体および第二の接合体の焼成温度より低 V、温度である請求項 11記載の複合セラミック体の製造方法。

[13] S诚分を含むセラミックス力もなる第一の接合体に、第二の接合体を接合して複合セラミック体を得るための製造方法であり、

前記第一の接合体および第二の接合体のうち接合面となる少なくとも一方の表面を、 OH基を有する液体で親水化処理し、第一の接合体および第二の接合体を当接させた後、 1000〜1800°Cで熱処理を行うことにより接合してなる複合セラミック体の製造方法。

[14] 請求項 1記載の複合セラミック体を用いたマイクロ化学チップであり、前記第一の接合体または第二の接合体の接合面に流路を備えたマイクロ化学チップ。

[15] 請求項 1記載の複合セラミック体を用いた改質器であり、前記第一の接合体および第二の接合体の接合面に、それぞれ触媒層を有する流路と、該触媒層を加熱するための発熱体とを備えた改質器。

[16] 請求項 1記載の複合セラミック体を用いた改質器であり、前記第一の接合体および第二の接合体の少なくとも一方の接合面に、触媒層を有する流路と、該触媒層を加熱するための発熱体とを備えた改質器。