JPH02137777A - セラミックスの接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ、　産業上の利用分野 本発明はアルミナを含む複合セラミックスの接合方法に
関する。

ｂ、　従来の技術と解決しようとするｙｇ題アルミナ（
＾１　ｚＯｓ）は、その電気絶縁性のため点火プラグ、
ＩＣ基板等に数多く使用されている。そのため大量生産
されておりコストが安いというメリットがあるが、靭性
が低く構造材料としての応用範囲はかなり限定されてい
る。近年、ジルコニア（ＺｒＯ□）添加によるアルミナ
の高強度、高靭性化が盛んに行われているが、コストの
上昇を招来するという問題点がある。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、セ
ラミックスがある温度域で容易に塑性変形することを利
用した例はない。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、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かった。

また、熱間静水圧プレス（ＩＩＩＰ）　、あるいは熱間
プレス（＋Ｉ　Ｐ　）により焼結されたアルミナ／ジル
コニア複合セラミックスは高強度セラミックスとして注
目されているが、これらの焼結法は高温で高圧を必要と
するため、大きなものを焼結する場合には、装置および
技術面において困難な点が多い。

また、近年、アルミナにＳｉｃ　ウィスカー等を分散さ
せることにより、高強度、高靭性化がはかられている。

ところが、Ｓｉｃ　ウィスカー、ファイバーは高価であ
るため、これらで分散強化をおこなうと、コストが大幅
に上昇するとともに、焼結性が著しく低下し、大きな焼
結体を得ることが困難であった。

Ｃ１課題を解決するための手段 本発明は前記事情に鑑み”ζなされたもので、前記課題
を解決してなるセラミックスの接合方法を提供しようと
するものである。

すなわち、本発明においてはアルミナ／ジルコニア複合
セラミックスとアルミナとの接合、ｌ−１１Ｐあるいは
ＩＩＰにより焼結されたアルミナ／ジルコニア複合セラ
ミックス同志、あるいは、この複合セラミックスと常圧
焼結されたアルミナ／ジルコニア複合セラミックスとの
接合、層状に重ねた組成の異なるアルミナ／ジルコニア
複合セラミックスと、この層状複合セラミックスを介設
しておこなうアルミナとジルコニアの接合、アルミナと
、アルミナ／ウィスカーあるいはファイバー複合セラミ
ックスとの接合について本発明の方法を適用するもので
ある。

本発明はアルミナを含む複合セラミックスの接合条件を
温度１０００〜１６００℃１加圧応力１５ｋｇ／預１以
下、歪速度ｌＵ”／ｓｅｃ以下、結晶粒径アルミナ３μ
−以下として、拡散により接合することによって前記課
題を解消した。

さらに互いに組成の近（以したアルミナ／ジルコニア複
合セラミックスを複数層に重ね、これをアルミナとジル
コニアの間に介設して、前記接合条件により一体に接合
することによって前記課題を解消した。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

本発明の方法を適用する第１の対象としてアルミナ／ジ
ルコニア複合セラミックスとアルミナの接合について述
べる。

本発明ではアルミナの複合セラミックスとして、アルミ
ナ／ジルコニア複合セラミックスを用いる。

このアルミナ／ジルコニア複合セラミックスは、そのな
かにＳｉｃ粒子あるいはＳｉｃファイバー、ウィスカー
等を含むものでもよい、結晶粒の粒径は、アルミナ、ジ
ルコニアともに３μ−以下であることがよく、２μ慨以
下であることがより好ましい。

結晶粒が３μ隅を越える場合は、容易に塑性変形せず、
加圧中にクランクが生ずるおそれがある。

一方、接合されるアルミナとして、大気中で例えば約１
６００’Ｃで焼結されたアルミナ焼結晶を用いる。

アルミナ／ジルコニア複合セラミックスと、これと接合
するアルミナとは１０００〜１６００℃の接合温度範囲
をもって接合する。　１０００°Ｃ未満の接合温度では
容易に塑性変形しないため不可である。また１６００°
Ｃを超える接合温度になると結晶粒の成長が著しく弱く
なり、完全な接合ができない。

加圧条件は、変形応力が１５ｋｇ／ａｍ”以下であって
、その加圧時の変形速度はＩ　Ｘ　１０−’／ｓｅｃ以
下とする。変形応力が１５ｋｇ／ａｓ”以上となると、
加圧中にクランクが発生する。また変形速度をＩ　Ｘ　
１０−’／ｓｅｃ以上とすると結晶粒界にキャビティの
生成と成長が著しくなり、強度が低下する。

次に本発明の方法を適用する第２の対象としてアルミナ
／ジルコニア複合セラミックス同志の接合に用いる。す
なわち、ＨＩＰ　もしくはＩＩＰにより焼結される高強
度、高靭性アルミナ／ジルコニア複合セラミックス同志
、もしくはこの複合セラミックスと常圧焼結されたアル
ミナ／ジルコニア複合セラミックスを接合するものであ
る。

この接合対象の接合方法は前記第１の対象の場合と同一
の条件によっておこなえばよい。

また、本発明の方法を適用する第３の対象は、組成の近
似した複数のアルミナ／ジルコニア複合セラミックスを
層状に重ね、これを介してアルミナとジルコニアとを接
合するものである。

すなわち、アルミナ／ジルコニア複合セラミックスは、
アルミナと直接々合する側において、アルミナの組成の
多い複合セラミックスとし、ジルコニアと直接々合する
側においてジルコニアの組成の多い複合セラミックスと
して、このいくつかの組成の異なる複数のアルミナ／ジ
ルコニア複合セラミックスを重ねて、層状のアルミナ／
ジルコニア複合セラミックスとして、この複合セラミッ
クスを介設してアルミナとジルコニアとを接合するもの
である。

この接合対象の接合要領は前記第１の対象における接合
条件と同様である。

さらに、本発明の方法における第４の対象は、アルミナ
と、Ｓｉｃ　ウィスカー、ファイバー等を分散したアル
ミナ複合セラミックスとを接合するものである。

その接合条件は前記第１の対象の場合と同じに処理すれ
ばよい。

ｄ、　実施例 実施例１　第１図に示すように冷間静水圧プレスにより
成形され大気中１６００°Ｃで焼結されたアルミナ　（
材寸２５Ｘ２０Ｘ１５曜）１ａと、冷間静水圧プレスに
より大気中１６００℃で焼結されたイツトリアを３モル
％固溶したジルコニアを１５体積％含んだアルミナ／ジ
ルコニア複合セラミ ックス　（材寸２５Ｘ２０Ｘ１５ｍｓ）　２ａとを、第
１図に示す要領で当接し接合した。

接合条件は大気中１４ＳＯ’Ｃ，圧縮速度０．０５ｍ／
ｍ１１１．変形１１　ｍ　（加圧方向）とした。

また、接合前の曲げ強度はアルミナ が４　Ｑ　ｋｇ　／　−ＩＩ　”　、　　アルミナ／ジ
ルコニア複合セラミックスが７０ｋｇ／ｓ＋ｍ”である
、接合強度を求めるため接合体から３×４ ×４０１の曲げ試験片に加工し、ＪｒＳＲ１６０１に従
って４点曲げ試験を行った。求め られた接合強度は約３０　ｋｇ　／　ｍ　ｓ　”であり
、これはアルミナ単味の約８０％という高い値を示した
。

実施例２　アルゴンガス中１５００°Ｃ、１００ＭＰａ
で熱間静水圧プレスにより焼結されたアル ミナを２０重量％含んだイツトリア３モル％固溶ジルコ
ニア／アルミナ複合セ ラミックス　（材寸２５　ｘ　２０　Ｘ　１５ｍ＞同志
ｌｂ、　２ｂを、第１図に示す要領で当接し接合した。

また、接合条件は大気中 １４５０°Ｃ１圧縮速度０．０５ｍｍ／ｌ１ｉｎ、変形
量２ｍ５（加圧方向）とした。

接合前の曲げ強度は約１８０　ｋｇ／ａｍ”である、接
合強度を求めるため接合体か ら３　ｘ　４　×４０ｍの曲げ試験片に加工し、ＪｒＳ
［６０１に従って４点曲げ試験を行った。求められた接
合強度は約８０ｋｇ／Ｉ”と高い強度を示した。

実施例３　アルゴンガス中１５５０”Ｃ、１００ＭＰａ
で熱間静水圧プレスにより焼結されたアル ミナを８０重量％含んだイツトリア３モル％固溶ジルコ
ニア／アルミナ複合セ ラミックスと、冷間静水圧プレスによ り成形され、大気中１６００°Ｃで常圧焼結されたアル
ミナを８０重量％含んだイツト９フ３ ミナ複合セラミックスとを接合した。

材寸および接合条件は実施例２と同 様である。

接合前の曲げ強度は熱間静水圧プレ スしたものが約１００　ｋｇ／ｍｓ富，常圧焼結したも
のが約７　０　ｋｇ　／　ｍ　＊　”である。接合強度
を求めるため実施例２と同様に曲げ 試験を行った．求められた接合強度は 約５０ｋｇ／ｍｓ”と高い強度を示した。

実施例４　第２図に示すようにアルミナ（材寸２０　Ｘ
　２５　Ｘ　１５ｍ）　　３とイツトリア３モル％固溶
した部分安定化ジルコニア　（材寸２０Ｘ２５Ｘ１５ｍ
）７との間に、組成を変えたイツトリア３モル％固溶ジ
ルコ ニア／アルミナ複合セラミックス　（材寸２０Ｘ２５Ｘ
３■）を３層インサートし接合した。すなわち、イツト
リア３モ ル％固溶ジルコニア２５νｏ１％／アルミナ７５　ｖｏ
１％複合セラミックス４と、イツトリア３モル％固溶ジ
ルコニア５０ｖｏ　１％／アルミナ５０　ｖｏ１％複合
セラミックス５と、イツトリア３モル％固溶ジル コニア７５　ｖｏ１％／アルミナ２５ｖｏｌ　％複合セ
ラミックス６とを重ねて接合した。

接合条件は大気中１５００°Ｃ１圧縮速度０．０５ｗ／
ｓｉｎ、全体の変形１２　ｔｔｔａ　（加圧方向）とし
た。

また、接合前の曲げ強度はアルミナ が４０　ｂ　／　ｍ　ｍ″、イツトリア３モル％固溶ジ
ルコニア２５　ｖｏ１％／アルミナ７５　ｖｏ１％が約
７０ｋｇ／ｗｍ”、　　イツトリア３モル％固溶ジルコ
ニア５０　ｖｏ１％／アルミナ５０ｖｏ１％が約１００
　ｋｇ／ｍ＋ｗ”、　　イツトリア３モル％固溶ジルコ
ニア７５　ｖｏ１％／アルミナ２５　ｖｏ１％／が約１
２０　ｋｇ／ｍｓ”、　　イツトリア３モル％固溶部分
安定化ジルコ ニアが約１００　ｋｇ／ａｍ”であった。

接合強度を求めるため接合体を加工 して３　Ｘ　４　Ｘ４０ｍの曲げ試験片を作り、ＪＩＳ
Ｒ１６０１に定める方法に従って４点曲げ試験を行った
ところ約３０ｋｇ／ｓｕｍ”と高い接合強度が得られた
。

実施例５　冷間静水圧プレスにより成形され、大気中１
６００°Ｃで焼結されたアルミナ（材寸２５　Ｘ　２０
　Ｘ　１５Ｗ）ＩＣと、アルゴンガス中１８００°Ｃ，
３０ＭＰａで熱間プレスにより焼結させたＳｉｃウィス
カーを２０ｖｏ１％含んだアルミナ／Ｓｉｃウィスカー
複合セラミックス　（材寸２５　Ｘ　２０　Ｘ　１５　
ｍ　＞２ｃとを第１図に示す要領で当接し、接合 した。

接合条件は大気中１５００℃、圧縮速度０．０５ｗ／ｓ
ｉｎ、変形１１　ｔｍ　（加圧方向）とした。

また、接合前の曲げ強度はアルミナ が約４０ｋｇ／ａｓ”、　　アルミナ／　Ｓ　ｉ　ｃ　
ウィスカー複合セラミックスが約６０ｋｇ／ｍｓ”であ
った。

接合強度を求めるため接合体を加工 して３　Ｘ　４　ｘ４０ｍｍの曲げ試験片を作りＪｒＳ
Ｒ１６０１に定める方法に従って４点曲げ試験を行った
。求められた接合強度 は約３０ｋｇ／ｌｌｌ１ｚとアルミナ単味の約８０％と
いう高い値を示した。

ｅ、　発明の効果 以上、本発明の方法により次のような効果かえられる。

■　第１．第３．第４の各適用対象によって低コストで
ありながら強度と靭性が低いため適用範囲が限られてい
たアルミナの応用範囲を大幅に広げることができ、工業
的価値は極めて大である。

■　また第２の適用対象によってＩＩＩＰ　もしくはＨ
Ｐにより焼結される高強度、高靭性の複合セラミックス
を容易に大型化することができ、上記と同様な効果かえ
られる。

■　いずれの適用対象においても、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べ、すば
やく接合でき接合面の表面粗さの影響も少ない、しかも
低い応力で容易に変形するため加圧する圧力も小さくて
良い。

■　第１．第２．第３の適用対象において、必要な部分
のみ高強度、高靭性化することが可能となり、全体をジ
ルコニアで強化することに比べて大幅なコストダウンに
つながる。また第４の適用対象においても、Ｓｉｃウィ
スカー等で強化することに比べて大幅なコストダウンに
つながる。

■　第３の適用対象において、ジルコニアは熱膨張係数
が大きいため、金属との嵌合に適しており、ジルコニア
を介してアルミナと金属との接合も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明に係るセラミックスの接合
方法の接合要領を説明する説明図である。 ｌａ・ＩＣ・・・アルミナ、 １ｂ・・・ジルコニア／アルミナ複合セラミ・ノクス、
２ａ・２ｂ・・・アルミナ／ジルコニア複合セラミック
ス、 ２ｃ・・・アルミナ／Ｓｉｃウィスカー複合セラミ・ノ
クス、 ３・・・アルミナ、 ４．５．６・・・アルミナ／ジルコニア複合セラミック
ス、 ７・・・ジルコニア。 第１図 第２図 ↓ 手 続 主甫 正 書 （自発） １゜ ２゜ 事件の表示 昭和６３年特許願第２９１７００号 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 名称　　（２０８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アルミナを含む複合セラミックスの接合条件を、 温度１０００〜１６００℃ 加圧応力１５ｋｇ／ｍｍ＾２以下、 歪速度１０＾−＾３／ｓｅｃ以下、 結晶粒径アルミナ３μｍ以下 として、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）接合するセラミックスが、アルミナ／ジルコニア複
   合セラミックス同志、またはその一方または両方が高強
   度の複合セラミックス、またはアルミナ／ジルコニア複
   合セラミックスとアルミナ、またはアルミナ／ジルコニ
   ア複合セラミックスとジルコニア、またはアルミナとウ
   ィスカーあるいはファイバーを含む複合セラミックスで
   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）互いに組成の近似したアルミナ／ジルコニア複合セ
   ラミックスを複数層に重ね、これをアルミナとジルコニ
   アの間に介設して前記接合条件により一体に接合するこ
   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。