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JP3057932B2 - セラミックス焼結体の接合方法 - Google Patents

セラミックス焼結体の接合方法

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JP3057932B2
JP3057932B2 JP4286599A JP28659992A JP3057932B2 JP 3057932 B2 JP3057932 B2 JP 3057932B2 JP 4286599 A JP4286599 A JP 4286599A JP 28659992 A JP28659992 A JP 28659992A JP 3057932 B2 JP3057932 B2 JP 3057932B2
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titanium
silicon
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Mitsubishi Materials Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス焼結体の接
合方法に関し、例えば窒化アルミニウム基板、アルミナ
系セラミックス基板、または、セラミックス製自動車部
品等の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のセラミックス基板の接合方法、例
えばアルミナ基板とアルミナ基板とを接合する方法とし
ては、これらの両基板の間にアルミニウム合金のろう材
を挟み込み、所定の温度に加熱することによりろう付け
することが一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな接合方法によれば、アルミナ基板と異なる材質によ
るろう材部分は、アルミナ基板に比較してその高温強度
が低く、耐熱性、耐食性に劣るという課題があった。
【０００４】
【発明の目的】そこで、本発明は、セラミックス焼結体
においてその接合部分もセラミックス焼結体と同質化す
ることにより、高温強度を上げ、耐熱性、耐食性を改良
したセラミックス焼結体の接合方法を提供することを、
その目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物のいずれかを含む
セラミックス焼結体と、この第１のセラミックス焼結体
と同一組成の第２セラミックス焼結体との間に、これら
の構成金属を挟んで接合するセラミックス焼結体の接合
方法であって、上記構成金属またはこれらの合金を非酸
化性雰囲気で、この構成金属またはその合金の溶融温度
以上に加熱して上記セラミックス同士をろう付けし、次
ぎに上記セラミックスの組成に対応して酸化、炭化、窒
化処理して、非セラミックス部分をセラミックス化する
セラミックス焼結体の接合方法である。
【０００６】請求項２の発明は、アルミナ系焼結体同士
の間に、アルミニウムまたはその合金を挟んで積層体と
し、この積層体を非酸化性雰囲気中で加熱し、上記アル
ミニウムまたはアルミニウム合金を溶融させ、上記アル
ミナ系焼結体同士をろう付けし、次ぎに酸化雰囲気中で
加熱処理し、上記アルミニウムまたその合金を酸化し
て、アルミナ系焼結体とする請求項１記載のセラミック
ス焼結体の接合方法である。
【０００７】請求項３の発明は、窒化アルミニウム焼結
体、窒化珪素焼結体または窒化チタン焼結体の何れか１
つからなるセラミックス焼結同士の間に、このセラミッ
クス焼結体組成に対応するアルミニウム、珪素若しくは
チタンまたはその合金を挟んで積層体とし、この積層体
を非酸化性雰囲気中で加熱し、上記アルミニウム、珪素
若しくはチタンまたはその合金を溶融させて、上記焼結
体同士をろう付けし、次ぎに、窒素またはアンモニア雰
囲気中で加熱処理して、上記アルミニウム、珪素若しく
はチタンまたはその合金を窒化する請求項１記載のセラ
ミックス焼結体の接合方法である。
【０００８】請求項４の発明は、炭化珪素または炭化チ
タンの何れかのセラミックス焼結体同士の間に、このセ
ラミックス焼結体組成に対応する珪素またはチタンを挟
んで積層体とし、この積層体を非酸化性雰囲気中で加熱
して、上記珪素またはチタンを溶融し、次ぎに、一酸化
炭素雰囲気中で加熱処理して、上記珪素またはチタンを
炭化する請求項１記載のセラミックス焼結体の接合方法
である。
【０００９】
【作用】請求項１に記載の発明に係るセラミックス焼結
体の接合方法にあっては、例えば金属酸化物を含むセラ
ミックス焼結体であるアルミナ系焼結体同士を接合する
場合、これらのアルミナ系焼結体の間にアルミニウムま
たはアルミニウム合金を挟んで、非酸化性雰囲気で加熱
接合した後、酸化処理する。アルミニウムは雰囲気中か
らの酸素の供給により酸化されてアルミナとなる。この
結果、酸化完了後の接合部分とそれ以外の部分とはいず
れもほぼ同じ成分のアルミナ系焼結体となって同質化し
ている。また、上記金属酸化物以外の金属化合物にあっ
ても同様に、非酸化性雰囲気で接合した後、炭化物の場
合は挟む金属を炭化し、窒化物の場合はこれを窒化する
ことにより、いずれについてもその接合部分を他の部分
と同質化する。なお、上記金属としてはケイ素等の半金
属（半導体）をも含むものである。
【００１０】請求項２に記載の発明に係るセラミックス
焼結体の接合方法では、非酸化性雰囲気での高温接合時
において、接合部分のアルミニウムの一部は、アルミナ
系焼結体中に含まれている二酸化ケイ素を主成分とする
酸化物から酸素を供給され、アルミナとなる。また、残
りのアルミニウムばかりでなく、アルミニウムにより還
元されて生成したケイ素Ｓｉ等の金属も、酸化処理にお
いて、雰囲気中から酸素の供給がなされて酸化物とな
る。これらの結果、酸化完了後の接合部分の酸化物の割
合は、アルミナ焼結体部分のそれとほぼ同じ割合とな
り、結局、アルミナ焼結体部分と接合部分とは同質のも
のとなる。この結果、高温強度、耐熱性、耐食性に優れ
たアルミナ系焼結体を形成することができる。
【００１１】請求項３に記載の発明に係るセラミックス
焼結体の接合方法では、例えば窒化アルミニウム焼結体
同士を接合する場合、アルミニウムを間に挟んだ積層体
を、非酸化性雰囲気で加熱接合した後、例えば窒素雰囲
気中で、７００〜１２００℃の温度範囲で加熱処理を施
すと、雰囲気中から窒素を供給されてアルミニウムは窒
化アルミニウムとなる。したがって、窒化完了後のアル
ミニウム部分およびそれ以外の部分はいずれも窒化アル
ミニウム焼結体となる。この結果、高温強度、耐熱性、
耐食性に優れた窒化アルミニウム焼結体を形成すること
ができる。
【００１２】請求項４に記載の発明に係るセラミックス
焼結体の接合方法にあっては、炭化ケイ素の場合はケイ
素を間に挟み、炭化チタンの場合はチタンを間に挟み、
非酸化性雰囲気で加熱接合した後、その積層体を炭化す
る。この結果、ケイ素またはチタンが炭化され、全体と
して炭化ケイ素焼結体または炭化チタンの焼結体を得る
ことができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明に係るセラミックス焼結体の接
合方法の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は本
発明の接合方法をアルミナ系焼結体（アルミナ基板、ア
ルミナ製タービンブレード等）に適用した場合について
説明するための概念図である。
【００１４】この図に示すように、まず、アルミナ焼結
体として２枚のアルミナ基板１１Ａ、１１Ｂを準備す
る。これらのアルミナ基板１１Ａ、１１Ｂは、共に、９
０〜９９重量％のアルミナに、１〜１０重量％の二酸化
ケイ素およびその他のマグネシア、カルシア等を含むも
のである。また、接合金属１２としてはアルミニウムま
たはアルミニウム合金を使用する。
【００１５】そして、アルミニウムまたはアルミニウム
合金１２を挟んでこれらのアルミナ基板１１Ａ、１１Ｂ
の端面同士を重ね合わせ、積層体１３を形成する。次
に、この積層体１３を例えば非酸化性雰囲気中で６５０
〜７００℃まで加熱し、ろう付けを行った後、１０００
〜１５００℃で２〜１０時間酸化処理を行う。これらの
一連の工程において、アルミニウムまたはアルミニウム
合金１２は、大気雰囲気中から酸素を奪い、アルミナに
なる。この結果、積層体１３は全体としてアルミナ焼結
体１１と同質のものとなる。
【００１６】また、上記アルミナ基板に代えて、２枚の
厚さ０．５ｍｍの窒化アルミニウム基板を用いた場合、
接合部分としては、厚さ５〜１５μｍのアルミニウム板
を使用する。または、表面の面粗さがＲａ＝０．０１μ
ｍ以下に鏡面仕上げした窒化アルミニウムを使用した場
合、Ａｌを１μｍ以下の厚さに蒸着したものを使用す
る。そして、この積層体を、１０-4Ｔｏｒｒ程度の真空
中で、７００〜１０００℃の温度範囲で接合する。この
接合により、積層体は、密着性よく接合できる。さら
に、この積層体を窒素雰囲気中でアルミニウムの融点以
上の温度で、例えば５００〜１５００℃まで加熱する。
この結果、アルミニウム板は窒素と化合して窒化アルミ
ニウムになる。したがって、積層体は全体として窒化ア
ルミニウム焼結体となる。
【００１７】以上に示す本発明方法によるセラミックス
焼結体の特性を、焼結のみによるセラミックス焼結体の
それと比較して表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【発明の効果】本発明に係る接合後のセラミックス焼結
体は、焼結により形成したセラミックス焼結体と同じ程
度にまでその高温強度が高められ、また、その耐熱性、
耐食性を改良することができる。これにより従来は困難
であった複雑形状のセラミックス焼結体を簡単な接合に
より形成することができ、コストメリットも大きくな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るアルミナ系焼結体の接
合方法を説明するための概念図である。
【符号の説明】 １１Ａ、１１Ｂ アルミナ基板 １２ 接合金属 １３ 積層体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 秀昭 埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地 三 菱マテリアル株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−79880（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−159968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−128975（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B32B 18/00 C04B 37/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物の
    いずれかを含むセラミックス焼結体と、この第１のセラ
    ミックス焼結体と同一組成の第２セラミックス焼結体と
    の間に、これらの構成金属を挟んで接合するセラミック
    ス焼結体の接合方法であって、 上記構成金属またはこれらの合金を非酸化性雰囲気で、
    この構成金属またはその合金の溶融温度以上に加熱して
    上記セラミックス同士をろう付けし、 次ぎに上記セラミックスの組成に対応して酸化、炭化、
    窒化処理して、非セラミックス部分をセラミックス化す
    るセラミックス焼結体の接合方法。
  2. 【請求項２】 アルミナ系焼結体同士の間に、アルミニ
    ウムまたはその合金を挟んで積層体とし、 この積層体を非酸化性雰囲気中で加熱し、上記アルミニ
    ウムまたはアルミニウム合金を溶融させ、上記アルミナ
    系焼結体同士をろう付けし、 次ぎに酸化雰囲気中で加熱処理し、上記アルミニウムま
    たその合金を酸化して、アルミナ系焼結体とする請求項
    １記載のセラミックス焼結体の接合方法。
  3. 【請求項３】 窒化アルミニウム焼結体、窒化珪素焼結
    体または窒化チタン焼結体の何れか１つからなるセラミ
    ックス焼結同士の間に、このセラミックス焼結体組成に
    対応するアルミニウム、珪素若しくはチタンまたはその
    合金を挟んで積層体とし、 この積層体を非酸化性雰囲気中で加熱し、上記アルミニ
    ウム、珪素若しくはチタンまたはその合金を溶融させ
    て、上記焼結体同士をろう付けし、 次ぎに、窒素またはアンモニア雰囲気中で加熱処理し
    て、上記アルミニウム、珪素若しくはチタンまたはその
    合金を窒化する請求項１記載のセラミックス焼結体の接
    合方法。
  4. 【請求項４】 炭化珪素または炭化チタンの何れかのセ
    ラミックス焼結体同士の間に、このセラミックス焼結体
    組成に対応する珪素またはチタンを挟んで積層体とし、 この積層体を非酸化性雰囲気中で加熱して、上記珪素ま
    たはチタンを溶融し、 次ぎに、一酸化炭素雰囲気中で加熱処理して、上記珪素
    またはチタンを炭化する請求項１記載のセラミックス焼
    結体の接合方法。
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