JPH0585844A - β−アルミナ管とセラミツクスとのガラス接合体及びその接合方法 - Google Patents

β−アルミナ管とセラミツクスとのガラス接合体及びその接合方法

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JPH0585844A
JPH0585844A JP27338391A JP27338391A JPH0585844A JP H0585844 A JPH0585844 A JP H0585844A JP 27338391 A JP27338391 A JP 27338391A JP 27338391 A JP27338391 A JP 27338391A JP H0585844 A JPH0585844 A JP H0585844A
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alumina tube
alumina
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敏之 美馬
Michimasa Fujii
通正 藤井
Hirohiko Iwasaka
博彦 岩坂
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 接合部の機械的強度に優れたβ−アルミナ管
とセラミックスとのガラス接合体を提供すること。 【構成】 β−アルミナ管1と絶縁リング2とのアルミ
ナ硼珪酸系ガラスによるガラス接合部を雰囲気保護用治
具5で覆い、ガラス表面からの成分蒸発を抑制しつつ接
合する。これにより表面からの深さ10μmにおける硼素
濃度を、表面からの深さ1000μmにおける硼素濃度の90
%以上に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はナトリウム−硫黄電池の
固体電解質として使用されるβ−アルミナ管とセラミッ
クスとの接合体及びその接合方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ナトリウム−硫黄電池の固体電解質であ
るβ−アルミナ管は、セル陰陽極の絶縁を図るためにセ
ラミックス(α−アルミナ)製の絶縁リングと接合して
使用されており、接合剤としてはアルミナ硼珪酸系ガラ
スが一般的に使用されている。従来、このような接合は
β−アルミナ管の下部を絶縁リングにさし込み、その間
にガラスリングを嵌めて電気炉内で加熱し、ガラスリン
グを溶融させる方法で行われている。
【0003】ところでこの接合部はナトリウム−硫黄電
池の運転中や昇降温時に容器材料からの機械的ストレス
を受けるため、信頼性を高めるために安定した強度が要
求されるのであるが、従来の方法により接合されたβ−
アルミナ管とセラミックスとの接合体は機械的強度にば
らつきが大きく、信頼性に欠ける点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決して、接合部の機械的強度が大きくかつ
ばらつきが小さいβ−アルミナ管とセラミックスとの接
合体及びその接合方法を提供するために完成されたもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の課題を
解決するために、従来の接合体の機械的強度のばらつき
が大きい理由を追求した結果、溶融時にガラス表面から
B2O3等のガラス成分が蒸発するためにガラスの内部と表
面との間に組成差が生じ、これに伴い熱膨脹係数も変化
して残留応力が生じ、これが機械的強度を低下させたり
ばらつかせている原因であることを知った。
【0006】本発明は上記の知見に基づいて完成された
ものであり、第1の発明はβ−アルミナ管とセラミック
スとをアルミナ硼珪酸系ガラスにより接合したガラス接
合体であって、接合部のアルミナ硼珪酸系ガラスの表面
からの深さ10μmにおける硼素濃度を、表面からの深さ
1000μmにおける硼素濃度の90%以上に維持したことを
特徴とするβ−アルミナ管とセラミックスとのガラス接
合体を要旨とするものである。また第2の発明は、β−
アルミナ管とセラミックスとをアルミナ硼珪酸系ガラス
により接合するにあたり、ガラス接合部を雰囲気保護用
治具により限定された小空間内に置くことにより、ガラ
ス表面からの成分蒸発を抑制しつつ接合することを特徴
とするβ−アルミナ管とセラミックスとの接合方法を要
旨とするものである。
【0007】
【作用】上記のように本発明の接合方法においては、β
−アルミナ管とセラミックスとを接合する際にガラス接
合部を雰囲気保護用治具により覆い、ガラス表面からの
ガラス成分の蒸発を抑制する。この結果、ガラス表面と
ガラス内部との組成差が減少し、特に蒸発し易い硼素の
濃度に着目したとき、ガラスの表面からの深さ10μmに
おける硼素濃度を、表面からの深さ1000μmにおける硼
素濃度の90%以上に維持することができる。このように
して接合部の表面部と内部とのガラス組成を均一化すれ
ば熱膨脹係数も均一化され、残留応力も減少して接合部
の機械的強度に優れた接合体を得ることが可能となる。
なおここで硼素濃度の差を10%未満に限定したのは、後
述する実施例に示されるようにこれを越えると次第に従
来品のレベルに近づくためである。以下に本発明を実施
例によって更に詳細に説明する。
【0008】
【実施例】まず図1に示すように外径30.0mm、長さ300m
m の片端を封口した形状のβ−アルミナ管1と、外径42
mm、高さ10.0mmのα- アルミナ製の絶縁リング2とを作
成し、これらを固定用治具3の上にセットし、それらの
間にアルミナ硼珪酸系ガラスからなるガラスリング4を
置く。なお絶縁リング2にはガラスリング4の位置を決
めるためのテーパ部を形成しておく。ガラスリング4は
肉厚1mm、高さ2mmであり表1に示すA〜Dの4種類の
組成からなり、十分に脱泡されたものを使用する。
【0009】またβ−アルミナ管1よりも僅かに大きい
外径を持ち、ガラスリング4を覆う形状の円筒体をα−
アルミナにより作成し、雰囲気保護用治具5として絶縁
リング2の上面に置いた。本発明の効果を確認するた
め、内径と高さを表2のように変えた5種類の雰囲気保
護用治具5を容易した。さらに比較のために雰囲気保護
用治具5を使用しない接合も行った。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】上記のA〜Dのガラス組成とa〜eの雰囲
気保護用治具5とを組合せ、接合テストを行った。接合
はそれぞれのガラスの高温粘性に対応した条件で行い、
例えばガラスAの場合には室温から200 ℃/Hr で最高温
度1150℃まで昇温し、1Hr保持した後、200 ℃/Hrでガ
ラス転移点付近まで降温し、20℃/Hr で室温まで冷却し
た。
【0013】このようにして得られたガラス接合体の機
械的強度を測定した。測定方法は、得られたガラス接合
体の絶縁リング2の上下面を把持し、βアルミナ管1の
封口端部に荷重を掛けることにより接合部にモーメント
荷重を負荷して、その破壊荷重を測定する方法によっ
た。以下の各接合条件について、20本ずつの接合破壊試
験を実施した。その平均破壊荷重と標準偏差を示す。
尚、破壊位置は総てβアルミナ管1と絶縁リング2との
ガラス接合部であった。
【0014】
【表3】
【0015】いずれのガラス組成においても、雰囲気保
護用治具5を用いたガラス接合体はその破壊荷重が大き
く、本発明による効果が顕著であることが分かる。また
雰囲気保護用治具5を用いた実施例の中でも、保護され
る空間体積が小さい場合、あるいはβアルミナ管1と雰
囲気保護用治具5との間隙が小さい場合は破壊荷重のば
らつきを示す標準偏差も小さく、信頼性が高い点でより
優れた組み合わせと考えられる。
【0016】また、破壊後のガラス接合部について、ガ
ラス部分の均質性を評価するために接合部断面の組成分
布を調査した。ガラス接合部をβアルミナ管1の軸方向
に切断したのち、その切断面を光学研摩し、雰囲気保護
用治具5により保護されたガラス表面と内部の組成偏析
状態をEPMAにより分析した。分析は点分析により雰
囲気保護用治具5により保護されたガラス表面から約30
μm 内部と1000μm 内部で実施した。その結果を表4に
示す。また線分析によって、ガラス表面から内部への特
定元素濃度を調査し、その結果を表5に示した。
【0017】
【表4】
【0018】
【表5】
【0019】
【発明の効果】以上に示したように、雰囲気保護用治具
によってβ−アルミナ管とセラミックスとのガラス接合
部を限定された小空間内に置き、ガラス表面からの成分
蒸発を抑制しつつ接合を行わせた場合には、ガラス表面
と内部との組成差が小さく均質となる。特に雰囲気保護
用治具を使用しない従来法によるときは、ガラス表面か
らの深さ10μmにおける硼素濃度が、表面からの深さ10
00μmにおける硼素濃度の60%以下に低下するが、本発
明の接合体では90%以上に維持されており、その結果と
して表3に示したように接合部の機械的強度を従来品よ
りも極めて高くすることができる。よって本発明は従来
の問題点を解消したβ−アルミナ管とセラミックスとの
ガラス接合体及びその接合方法として、産業の発展に寄
与するところは極めて大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 β−アルミナ管 2 絶縁リング 3 固定用治具 4 ガラスリング 5 雰囲気保護用治具

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 β−アルミナ管とセラミックスとをアル
    ミナ硼珪酸系ガラスにより接合したガラス接合体であっ
    て、接合部のアルミナ硼珪酸系ガラスの表面からの深さ
    10μmにおける硼素濃度を、表面からの深さ1000μmに
    おける硼素濃度の90%以上に維持したことを特徴とする
    β−アルミナ管とセラミックスとのガラス接合体。
  2. 【請求項2】 β−アルミナ管とセラミックスとをアル
    ミナ硼珪酸系ガラスにより接合するにあたり、ガラス接
    合部を雰囲気保護用治具により限定された小空間内に置
    くことにより、ガラス表面からの成分蒸発を抑制しつつ
    接合することを特徴とするβ−アルミナ管とセラミック
    スとの接合方法。
JP27338391A 1990-10-25 1991-09-24 β−アルミナ管とセラミックスとのガラス接合体及びその接合方法 Expired - Lifetime JPH07100632B2 (ja)

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EP94115031A EP0632515B1 (en) 1990-10-25 1991-10-08 Method of joining solid electrolyte tube and insulating ring
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