JPH01145382A - Method for joining ceramics - Google Patents
Method for joining ceramicsInfo
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- JPH01145382A JPH01145382A JP30371487A JP30371487A JPH01145382A JP H01145382 A JPH01145382 A JP H01145382A JP 30371487 A JP30371487 A JP 30371487A JP 30371487 A JP30371487 A JP 30371487A JP H01145382 A JPH01145382 A JP H01145382A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
a、 産業上の利用分野
本発明はイツトリアで部分安定化されたジルコニアセラ
ミックスと、それ以外のジルコニアセラミックスもしく
はジルコニアを含むセラミックスとを接合する方法に関
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION a. Field of Industrial Application The present invention relates to a method for joining zirconia ceramics partially stabilized with yttria and other zirconia ceramics or ceramics containing zirconia.
b、 従来の技術
イツトリアで部分安定化されたジルコニアセラミックス
は、室温で正方晶ジルコニアが安定に存在し、正方晶が
単斜晶に応力誘起変態するため高強度、高靭性セラミッ
クスとして構造材料への適用が期待されている。b. Conventional technology In zirconia ceramics partially stabilized with ittria, tetragonal zirconia exists stably at room temperature, and the tetragonal crystal undergoes stress-induced transformation into monoclinic crystal, so it can be used as a high-strength, high-toughness ceramic as a structural material. Application is expected.
またセラミックス同志の拡散による接合は従来から行わ
れている。Furthermore, bonding of ceramics together by diffusion has been conventionally performed.
C9発明が解決しようとする問題点
しかしながら、イツトリアで部分安定化されたジルコニ
アセラミックスは、200〜300℃という比較的低い
温度で大気中にさらされると表面の正方晶が単斜晶に変
態してしまい、その強度及び靭性は著しく低下する。こ
の劣化現象は表面から生じ、徐々に内部に進行するため
大気中の成分が関係しているものと考えられている。そ
のため、イツトリアで部分安定化されたジルコニアセラ
ミックスの構造材料としての応用範囲はがなり限定され
ている。C9 Problems to be Solved by the Invention However, when zirconia ceramics partially stabilized with ittria are exposed to the atmosphere at relatively low temperatures of 200 to 300°C, the tetragonal crystals on the surface transform into monoclinic crystals. As a result, its strength and toughness are significantly reduced. This deterioration phenomenon starts from the surface and gradually progresses to the inside, so it is thought that components in the atmosphere are involved. Therefore, the range of applications of zirconia ceramics partially stabilized with ittria as a structural material is extremely limited.
また、セラミックス同志の拡散による接合は従来から行
われているが、従来の技術では接合面における接触面積
を大きくするために平滑な接合面と大きな圧力を必要と
し、迅速な接合が行えないという問題点があった。In addition, bonding of ceramics by diffusion has been carried out for a long time, but the conventional technology requires a smooth bonding surface and large pressure in order to increase the contact area at the bonding surface, and there is a problem that quick bonding cannot be performed. There was a point.
d、 問題点を解決するための手段
本発明は前記事情に鑑み、従来の問題点を解決しようと
するもので、イツトリアで部分安定化されたジルコニア
セラミックスの表面に対して200〜300℃の温度で
の熱劣化が著しくない、その他のジルコニアセラミック
スもしくはジルコニアを含むセラミックスを容易かつ確
実に接合することができる方法を提供しようとするもの
であり、イツトリアで部分安定化されたジルコニアセラ
ミックスが1000℃以上の温度において容易に塑性変
形することを利用し、該温度で塑性変形させて接合面で
の接触面積を増大させるとともに拡散によりそれ以外の
前記ジルコニアセラミックスもしくはジルコニアを含む
セラミックスと接合する接合方法を提供するものである
。d. Means for Solving the Problems In view of the above circumstances, the present invention is an attempt to solve the conventional problems. The purpose is to provide a method for easily and reliably joining other zirconia ceramics or zirconia-containing ceramics that do not undergo significant thermal deterioration at temperatures above 1000°C. Provided is a joining method that takes advantage of the fact that zirconia ceramics are easily plastically deformed at a temperature of 200 to increase the contact area at a joint surface by plastically deforming the material at that temperature, and at the same time, joins the other zirconia ceramics or ceramics containing zirconia by diffusion. It is something to do.
すなわち本発明は、イントリアで部分安定化されたジル
コニアセラミックスを温度1000℃以上1600℃以
下、応力15kg/m”以下かつ歪速度10−’/se
c以下の条件で塑性変形させて、それ以外のジルコニア
セラミックスもしくはジルコニアを含む複合セラミック
スと拡散により接合することを特徴とするセラミックス
の接合方法である。That is, the present invention uses Intoria partially stabilized zirconia ceramics at a temperature of 1,000°C or more and 1,600°C or less, a stress of 15 kg/m" or less, and a strain rate of 10-'/se.
This is a method for joining ceramics, which is characterized by plastically deforming the ceramic material under the following conditions and joining it to other zirconia ceramics or composite ceramics containing zirconia by diffusion.
本発明の対象となるイツトリア(yxos)で部分安定
化されたジルコニア(ZrOt)セラミックスは、イツ
トリアが6モル%未満で、2モル%以上のものを用いる
。これらの範囲外のものでは好ましい強度、靭性がえら
れない、さらに、真性の方法によって部分安定化された
ジルコニアセラミックスを用いることもできる。The zirconia (ZrOt) ceramic partially stabilized with yttria (yxos), which is the subject of the present invention, contains less than 6 mol% yttria and 2 mol% or more of yttria. If the material is outside these ranges, preferred strength and toughness cannot be obtained. Furthermore, zirconia ceramics partially stabilized by an intrinsic method may also be used.
また、このセラミックスの結晶粒径は2μ−以下である
ことが好ましく、1μ−以下であることがより好ましい
、結晶粒径が2μ−を超える場合は塑性変形に時間がか
−り、加圧中にクランクが生じ易いからである。In addition, the crystal grain size of this ceramic is preferably 2 μ- or less, more preferably 1 μ- or less. If the crystal grain size exceeds 2 μ-, it takes time for plastic deformation to occur during pressurization. This is because cranks are likely to occur.
接合する温度ば1ooo℃以上1600 ’C以下とす
る。The bonding temperature is 100°C or more and 1600'C or less.
接合温度が1000℃未満である場合は容易に塑性変形
せず、また、1600 ’Cを超える温度になると結晶
の粒成長が著しく、弱くなるからである。This is because if the bonding temperature is less than 1000°C, plastic deformation does not occur easily, and if the temperature exceeds 1600'C, the crystal grains grow significantly and become weak.
加圧時の変形速度(歪速度)はI X 10−”/se
e以下とする。変形速度がI X 10−’/seeよ
り速いと結晶粒界にキャビティの生成及び成長が著しく
なり強度が低下するからである。The deformation rate (strain rate) during pressurization is I x 10-”/se
It shall be less than or equal to e. This is because if the deformation rate is faster than I x 10-'/see, the formation and growth of cavities at grain boundaries will be significant, resulting in a decrease in strength.
加圧時の変形応力は15kg / m ”以下とする。The deformation stress during pressurization shall be 15 kg/m'' or less.
変形応力が15kg / m ”より大きいと加圧中に
クランクが生ずるからである。This is because if the deformation stress is greater than 15 kg/m'', cranking will occur during pressurization.
温度200〜300℃での熱劣化が著しくないジルコニ
アセラミックスもしくはジルコニアを含むセラミックス
としては、マグネシア、カルシア、セリアをそれぞれ固
溶したジルコニアセラミックスおよびジルコニア/アル
ミナ、ジルコニア/ムライト、ジルコニア/窒化珪素な
どの複合セラミックス、さらにこれらに炭化珪素粒子あ
るいは炭化珪素ファイバー、ウィスカーを添加したもの
等が例示される。Examples of zirconia ceramics or ceramics containing zirconia that do not undergo significant thermal deterioration at temperatures of 200 to 300°C include zirconia ceramics containing solid solution of magnesia, calcia, and ceria, and composites such as zirconia/alumina, zirconia/mullite, and zirconia/silicon nitride. Examples include ceramics, and ceramics to which silicon carbide particles, silicon carbide fibers, and whiskers are added.
前記各条件にもとすく接合方法によってイツトリアで部
分安定化されたジルコニアセラミックスの表面に、それ
以外のジルコニアセラミックスもしくはジルコニアを含
む複合セラミックスが充分な接合強度をもって接合でき
た。Under each of the above conditions, other zirconia ceramics or composite ceramics containing zirconia could be bonded with sufficient bonding strength to the surface of the zirconia ceramic partially stabilized with yttria using the bonding method.
e、実施例
以下、実施例を示し本発明の特徴とするところをより一
層明らかにする。e. Examples Hereinafter, examples will be presented to further clarify the features of the present invention.
実施例1
冷間静水圧プレスにより成形され、大気中1500℃で
焼結されたイツトリア3モル%固溶部分安定化ジルコニ
ア(供試材寸法25 X 20 X15鶴)と、7 J
L/ゴン中1500℃、 100MPa テ熱間静水圧
プレスにより焼結されたアルミナを20重量%含んだイ
ア)リア3モル%固溶固溶ジルコニア/アルミナ上ラミ
ックス(同25 X 20x15mm) とを第1図
に示す要領で当接し接合した。Example 1 Partially stabilized zirconia with 3 mol% ittria in solid solution formed by cold isostatic pressing and sintered at 1500°C in the atmosphere (sample size: 25 x 20 x 15 cranes) and 7 J
20% by weight of alumina sintered by hot isostatic pressing at 1500°C and 100MPa in L/Gon (25 x 20 x 15 mm) with 3 mol% solid solution zirconia/alumina on top. They were abutted and joined in the manner shown in Figure 1.
接合条件は大気中1450℃、圧縮速度0.05fi/
1mIn s変形量2m(加圧方向)とした、また接合
前の曲げ強度は部分安定化ジルコニアがth 100k
g/ m ” 、ジルコニア/アルミナ複合セラミック
スが約180kg/1m”であった。The bonding conditions were 1450°C in the air and a compression speed of 0.05fi/
The deformation amount was 1 mIns and the amount of deformation was 2 m (pressure direction), and the bending strength before joining was th 100k for partially stabilized zirconia.
g/m'', and the zirconia/alumina composite ceramic was approximately 180 kg/1m''.
接合強度を求めるため接合体を加工して3X4X40目
の曲げ試験片を作りJIS111601に定める方法に
従って4点曲げ試験を行ったところ接合面からは破壊し
なかった。破壊荷重から接合面にかかった最大応力を計
算すると約70kg/m”であり、接合強度はそれ以上
と推定できる。したがって接合強度は部分安定化ジルコ
ニア単味の曲げ強度の70%以上という高いイ直が得ら
れた。In order to determine the bonding strength, the bonded body was processed to make a 3×4×40 bending test piece, and a 4-point bending test was conducted according to the method specified in JIS 111601, and no fracture occurred from the bonded surface. Calculating the maximum stress applied to the joint surface from the fracture load, it is approximately 70 kg/m'', and the joint strength is estimated to be higher than that.Therefore, the joint strength is as high as 70% or more of the bending strength of partially stabilized zirconia alone. I got it right.
実施例2
冷間静水圧プレスにより成形され、大気中1500℃で
焼結されたイアトリ73モル%固溶部分安定化ジルコニ
ア(供試材寸法25 X 20 X15u)と、冷間静
水圧プレスにより成形され大気中1600℃で焼結され
たセリ712モル%固溶部分安定化ジルコニア(同25
x20x15m)とを接合した。Example 2 Iatri 73 mol% solid solution partially stabilized zirconia (sample material size 25 x 20 x 15u) formed by cold isostatic pressing and sintered at 1500°C in the atmosphere and formed by cold isostatic pressing Seri 712 mol% solid solution partially stabilized zirconia (seri 712 mol% solid solution partially stabilized zirconia) sintered at 1600°C in air
x20x15m) were joined.
接合条件は大気中1450℃、圧縮速度0.050/■
in 、変形!20 (加圧方向)とした、また接合前
の曲げ強度はイントリア固溶のものが約100kg/m
”、セリア固溶のものが約50kg/m”であった。The bonding conditions are 1450℃ in the atmosphere, compression speed 0.050/■
in, deformed! 20 (pressure direction), and the bending strength before joining is approximately 100 kg/m for the Intoria solid solution.
The amount of ceria solid solution was about 50 kg/m.
実施例1と同様な方法により接合強度を求めたところ約
40kg/ w ”という高い接合強度が得られた。When the bonding strength was determined by the same method as in Example 1, a high bonding strength of approximately 40 kg/w'' was obtained.
実施例3
冷間静水圧プレスにより成形され、大気中1500℃で
焼結されたイツトリア3モル%固溶部分安定化ジルコニ
ア(供試材寸法25 X 20 X15fi)と、冷間
静水圧プレスにより成形され大気中で1500℃で焼結
されたマグネシア9モル%固溶部分安定化ジルコニア(
同25 X 20 X15fi)とを接合した。Example 3 Itria 3 mol% solid solution partially stabilized zirconia (sample size: 25 x 20 x 15 fi) formed by cold isostatic pressing and sintered at 1500°C in the atmosphere, and zirconia formed by cold isostatic pressing partially stabilized zirconia (9 mol% solid solution of magnesia) sintered at 1500°C in air
25 x 20 x 15 fi) were joined.
接合条件は大気中1450℃、圧縮速度0.05fl/
■in s変形量2m(加圧方向)とした、接合前の曲
げ強度はイツトリア固溶のものが約100kg/n+”
、マグネシア固溶のものが約60kg/鶴寞であった。The bonding conditions were 1450°C in the air and a compression rate of 0.05fl/
■With an ins deformation of 2 m (pressure direction), the bending strength before joining is approximately 100 kg/n+ for the Ittria solid solution.
, the amount of magnesia solid solution was about 60 kg/Tsuruho.
実施例1と同様な方法により接合強度を求めたところ約
50kg/ n ”という高い接合強度が得られた。When the bonding strength was determined by the same method as in Example 1, a high bonding strength of approximately 50 kg/n'' was obtained.
f、 発明の効果
1) イツトリアで部分安定化されたジルコニアセラミ
ックスは高強度、高靭性でありながら200〜300℃
での劣化現象のため構造材料として使用できる範囲がか
なり限定されていたが、前記本発明の方法によって熱劣
化の著しくない他のセラミックスを充分な強度をもって
接合することができ、したがってその表面からの劣化を
少なくすることが可能となつた。よって構造材料として
の適用範囲が大幅に拡大し、工業的価値は極めて大きい
。f. Effect of the invention 1) Zirconia ceramics partially stabilized with ittria has high strength and toughness, yet can withstand temperatures of 200 to 300°C.
However, by the method of the present invention, other ceramics that do not undergo significant thermal deterioration can be bonded with sufficient strength, and therefore the surface It has become possible to reduce deterioration. Therefore, the scope of application as a structural material is greatly expanded, and the industrial value is extremely large.
2) 本発明の方法においては、塑性変形により接触面
積が急速に増加するため、従来の拡散接合に比較してす
ばやく接合でき接合面の面粗さの影響も少ない、したが
って従来のように特に平滑な接合面を必要とせず、かつ
加工時間が短縮できる。2) In the method of the present invention, the contact area rapidly increases due to plastic deformation, so it can be bonded more quickly than conventional diffusion bonding and is less affected by the surface roughness of the bonded surface. No special joint surfaces are required, and processing time can be shortened.
しかも低い応力で容易に変形するため加工に要する圧力
も小さくてすむ。Moreover, since it is easily deformed with low stress, the pressure required for processing is also small.
第1図は本発明に係るセラミックスの接合方法の実施例
における接合要領の説明図である。
手 続 争甫 正 書帽発)
1.事件の表示
昭和62年特許願第303714号
2、発明の名称
セラミックスの接合方法
3、補正をする者
事件との関係 特許出願人
氏名 (114)工業技術院長 飯 塚 幸 三(ば
か1名)
4、代理人 〒107
住所 東京都港区赤坂3丁目2番3号
5、補正の対象
明細書の「発明の詳細な説明」の欄および委任状。
補正の内容
1)明細書第5頁第2行〜第4行の「さらに、真性の方
法によって部分安定化されたジルコニアセラミックスを
用いることもできる。」を全文削除する。
2) 明細書第7頁第12行に「約180kg/■2」
とあるのを「約220kg/菖2」と訂正する。
3) 追完となっていた未提出の委任状1通を添付のよ
うに提出する。FIG. 1 is an explanatory diagram of a joining procedure in an embodiment of the ceramic joining method according to the present invention. Procedures: Dispute Report (from the court) 1. Indication of the case Patent Application No. 303714 of 1988 2, Name of the invention Method for joining ceramics 3, Person making the amendment Relationship to the case Patent applicant name (114) Director of the Agency of Industrial Science and Technology Kozo Iizuka (1 idiot) 4 , Agent 107 Address: 3-2-3-5 Akasaka, Minato-ku, Tokyo, ``Detailed Description of the Invention'' section of the specification subject to amendment and power of attorney. Contents of the amendment 1) Delete the entire text "Furthermore, zirconia ceramics partially stabilized by an intrinsic method can be used" in lines 2 to 4 of page 5 of the specification. 2) "About 180 kg/■2" on page 7, line 12 of the specification
The statement has been corrected to "approximately 220 kg/Iris 2". 3) Submit one unsubmitted power of attorney as attached.
Claims (1)
クスを温度1000℃以上1600℃以下、応力15k
g/mm^2以下かつ歪速度10^−^3/sec以下
の条件で塑性変形させて、それ以外のジルコニアセラミ
ックスもしくはジルコニアを含む複合セラミックスと拡
散により接合することを特徴とするセラミックスの接合
方法。 2)前記イットリアで部分安定化されたジルコニアセラ
ミックスはイットリアが6モル%未満で、結晶粒径が2
μm以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1)
項に記載のセラミックスの接合方法。 3)前記ジルコニアセラミックスもしくはジルコニアを
含む複合セラミックスとして、マグネシア、カルシア、
セリアをそれぞれ固溶したジルコニアセラミックスおよ
びジルコニア/アルミナ、ジルコニア/ムライト、ジル
コニア/窒化珪素の各複合セラミックス、並びにこれら
に炭化珪素粒子、あるいは炭化珪素ファイバー、ウィス
カーを添加したものであることを特徴とする特許請求の
範囲第1)項に記載のセラミックスの接合方法。[Claims] 1) Zirconia ceramics partially stabilized with yttria at a temperature of 1000°C or more and 1600°C or less and a stress of 15k.
A method for joining ceramics, characterized in that the ceramics are plastically deformed under conditions of g/mm^2 or less and strain rate of 10^-^3/sec or less, and then joined to other zirconia ceramics or composite ceramics containing zirconia by diffusion. . 2) The yttria partially stabilized zirconia ceramic contains less than 6 mol% of yttria and has a grain size of 2.
Claim 1) characterized in that it is less than μm.
The method for joining ceramics described in section. 3) As the zirconia ceramics or composite ceramics containing zirconia, magnesia, calcia,
Zirconia ceramics and composite ceramics of zirconia/alumina, zirconia/mullite, and zirconia/silicon nitride each containing ceria as a solid solution, as well as silicon carbide particles, silicon carbide fibers, and whiskers added thereto. A method for joining ceramics according to claim 1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303714A JP2584259B2 (en) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | Ceramic joining method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62303714A JP2584259B2 (en) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | Ceramic joining method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01145382A true JPH01145382A (en) | 1989-06-07 |
| JP2584259B2 JP2584259B2 (en) | 1997-02-26 |
Family
ID=17924369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62303714A Expired - Lifetime JP2584259B2 (en) | 1987-12-01 | 1987-12-01 | Ceramic joining method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2584259B2 (en) |
-
1987
- 1987-12-01 JP JP62303714A patent/JP2584259B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2584259B2 (en) | 1997-02-26 |
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