JPH0656544A - ZrO2 セラミックスの接合方法 - Google Patents

ZrO2 セラミックスの接合方法

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JPH0656544A
JPH0656544A JP4216897A JP21689792A JPH0656544A JP H0656544 A JPH0656544 A JP H0656544A JP 4216897 A JP4216897 A JP 4216897A JP 21689792 A JP21689792 A JP 21689792A JP H0656544 A JPH0656544 A JP H0656544A
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Shozo Hirai
章三 平井
Yoshito Soma
芳人 惣万
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ZrO2 を主成分とするセラミックス同志の
接合方法に関する。 【構成】 ZrO2 を主成分とするセラミックス同志を
接合するにあたり、各セラミックスの接合表面にPtを
主成分とする金属膜を形成させた後、大気中で1400
℃以上Pt融点以下の温度で焼成して該金属膜をセラミ
ックスの接合面に密着させ、該セラミックスの密着金属
膜間をAuを主成分とするろう材でろう付してZrO2
セラミックスを接合する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はZrO2 を主成分とする
セラミックス同志の接合方法に関し、特に水蒸気電解セ
ル、固体燃料電池などのZrO2 系セラミックスの接合
に有利に適用される接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、セラミックス同志の接合方法
としてはガラス質のもので封着する方法、接着剤で接着
する方法、レーザビームで溶接する方法、Mo・Mn法
でメタライズしてろう付する方法、Tiなどの活性金属
を含んだろう材でろう付する方法があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ガラス質のもので付着
する方法ではガラスが脆くて割れやすいという欠点があ
り、接着剤で接着する方法では有機系接着剤は耐熱性が
なく、せいぜい200℃以下の温度でしか使用できな
く、無機系接着剤は接着力、気密性に乏しいという欠点
がある。また、レーザで溶接する方法は1,000℃付
近まで予熱する必要があり、装置上大がかりである上
に、溶接部が溶融組織となって脆くて割れやすいという
欠点があり、Mo・Mn法でメタライズしてろう付する
方法では、加湿水素雰囲気で1400℃に焼成するので
特殊な設備が必要であり、またMoが酸化しやすいので
高温酸化雰囲気では使用できないという欠点がある。さ
らに、また、活性金属を含んだろう材でろう付する方法
は一工程でできる簡便な方法であるが、高温酸化雰囲気
中では活性金属が酸化して使用できないという欠点があ
る。
【0004】本発明は上記技術水準に鑑み、上述したよ
うな欠点を克服し、ZrO2 を主成分とするセラミック
スを高温酸化雰囲気中で使用する時にも信頼性の優れた
接合性が得られるZrO2 を主成分とするセラミックス
の接合方法を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はZrO2 を主成
分とするセラミックス同志を接合するにあたり、各セラ
ミックスの接合表面にPtを主成分とする金属膜を形成
させた後、大気中で1400℃以上Pt融点以下の温度
で焼成して該金属膜をセラミックスの接合面に密着さ
せ、該セラミックスの密着金属膜間をAuを主成分とす
るろう材でろう付することを特徴とするZrO2 セラミ
ックスの接合方法である。
【0006】本発明でいうZrO2 を主成分とするセラ
ミックスとは、安定化ZrO2 として酸素イオン導電性
を利用して、排ガス中の酸素センサ、水素製造装置、ガ
ス精製装置などに使用しうるZrO2 −8mol%Y2
3 ,ZrO2 −6mol%Y2 3 ,ZrO2 −15
mol%MgO,ZrO2 −9mol%MgO,ZrO
2 −15mol%CaO,ZrO2 −11mol%Ca
Oなどである。
【0007】また、本発明で使用するPtを主成分とす
る金属膜としては、Ptを主成分とする金属膜のメッ
キ、Ptを主成分とする金属のペースト(ペースト化剤
としては水のほか、アクリル樹脂、フェノール樹脂など
の有機粘結剤をアセトン、アルコールなどの有機溶剤が
使用しうる)、Ptを主成分とする金属の蒸着膜などが
使用しうる。
【0008】さらに、本発明で使用しうるAuを主成分
とするろう材としては、Au−Ag合金(全組成使用可
能)、Au−Pt合金(Pt濃度:65mass以
下)、Au−Cu合金(Cu濃度:20mass以
下)、Au−Ni合金(Ni濃度:20mass以下)
などが用いられる。
【0009】
【作用】本発明ではZrO2 セラミックスにPtを主成
分とする材料が接しており、これを大気中で1400℃
以上で焼成することによりZrO2 セラミックスの粒界
を形成しているガラス質が一部溶融し、Ptと反応して
ZrO2 セラミックスとPtを主成分とする金属膜との
密着力を向上させる作用がある。また、ろう材としてA
uを主成分とするものを用いて、Ptを主成分とする金
属膜同志をろう付しているので、ろう材と金属膜との密
着力は良好で、信頼性の高いろう付が可能となる。さら
に、PtやAuは高温での耐酸化性に優れる材料なの
で、接合体を高温酸化雰囲気で長時間使用しても接合性
能に変化はない。
【0010】以下、本発明の一実施態様を図1及び図2
によって説明し、本発明の構成及び作用をより詳しく説
明する。図1は接合された状態を表し、ZrO2 を主成
分とするセラミックス管1.1,1.2の接合面にPt
を主成分とする金属膜2を形成し、金属膜2同志をAu
を主成分とするろう材3でろう付している。
【0011】この状態のものを製作するための具体的な
手順を図2の工程図に示す。まず、第一工程ではセラミ
ックス管1.1,1.2の接合面にあたる部分にPtを
主成分とする粉末をペースト状にして塗布して金属膜2
を形成する。Ptを主成分とする粉末とは純Ptと不可
避の不純物からなる粉末がよい。金属膜2の形成方法と
しては、前記のように粉末をペースト状にして塗布する
他に、蒸着する方法またはメッキする方法も適用し得
る。次に、第二工程では金属膜2を形成したセラミック
ス管1.1,1.2を大気炉4内にセットし、ヒータ5
で1,400℃以上Ptの融点である1,769℃より
低い温度で加熱すると、金属膜2自身が緻密化するとと
もに、ZrO2 セラミックスの粒界を形成しているガラ
ス質が一部溶融し、Ptと反応してZrO2 セラミック
ス管1.1,1.2とPtを主成分とする金属膜2との
密着力が向上する。次に第三工程では前記セラミックス
管1.1,1.2の金属膜2を形成した部分を互いには
め合い、はめ合い部にAuを主成分とするろう材3を置
いて、全体を大気中で炉4の中でヒータ5でろう材の融
点以上の温度に加熱すると、ろう材3は溶融し金属膜2
の表面を濡らしながら隙間を埋め室温まで冷却すると接
合が完了する。
【0012】接合部の形状は図1では、セラミックス管
1.2の一端を押し拡げてはめ合ったような構造になっ
ているが、この他にも図3のようにセラミックス管1.
1,1.2の内外を削ってはめ合わせる構造や、図4の
ように端面で突合わせる構造及び図5のように端面をテ
ーパ状に削ってはめ合わせる構造などが考えられる。図
3〜図5において、図1と同一部には同一符号を付した
ので説明は省略する。また管状のものばかりでなく、棒
状のもの、板状のものあるいはこれらの組合せにも適用
し得る。
【0013】
【実施例】セラミックス管としてZrO2 −8mol%
2 3 の成分で、外径21mm、内径18mm、長さ
50mmの円管と、同じ成分で一端の長さ10mmの部
分のみが、前記セラミックス管がはめ合うような形状に
なった外径21mm、内径18mm、長さ50mmの円
管を準備し、それぞれのはめ合い面にPtと不可避の不
純物からなる粉末をアセトン中にアクリル樹脂を溶か
し、濃度0.5mass%のペースト状にしたものを塗
布し、大気中で1600℃で1時間焼成した。焼成後の
セラミックス管を金属膜が互いに向き合うようにはめ合
い、その上に純金の直径0.5mm、長さ300mmの
ワイヤーを置き、大気中で1,080℃で5分間加熱し
ろう付を行なった。
【0014】ろう付後、Heリークテストで気密性を検
査したところ、検出限界以下の1×10-9atom.c
c/sec以下の気密性を有しており、接合面の断面検
査でも欠陥のない良好なろう付がなされていた。
【0015】
【発明の効果】本発明を採用することにより次のような
効果が得られた。 (1)Ptを主成分とする金属膜がZrO2 を主成分と
するセラミックスに密着しており、Auを主成分とする
ろう材で接合しているので、気密性、接合性にすぐれた
接合が可能となった。 (2)接合部を構成する材料が耐酸化性に優れるので、
接合体を高温酸化雰囲気で長時間使用することが可能と
なった。 (3)特殊な用途として、ZrO2 セラミックス管を電
解質として用い、数本継いで直列に接続する時には、管
の内面から外面へ電気的接続が必要になるが、この場合
でも接合部は金属成分で構成されているので、管の内面
から外面への良好な導電性を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様で得られたZrO2 セラミ
ックスの接合体の説明図。
【図2】本発明の一実施態様のZrO2 セラミックスの
接合方法を示す説明図。
【図3】本発明の一実施態様で得られたZrO2 セラミ
ックスの接合体の説明図。
【図4】本発明の他の実施態様で得られたZrO2 セラ
ミックスの接合体の説明図。
【図5】本発明のさらに他の実施態様で得られたZrO
2 セラミックスの接合体の説明図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ZrO2 を主成分とするセラミックス同
    志を接合するにあたり、各セラミックスの接合表面にP
    tを主成分とする金属膜を形成させた後、大気中で14
    00℃以上Pt融点以下の温度で焼成して該金属膜をセ
    ラミックスの接合面に密着させ、該セラミックスの密着
    金属膜間をAuを主成分とするろう材でろう付すること
    を特徴とするZrO2 セラミックスの接合方法。
JP4216897A 1992-08-14 1992-08-14 ZrO2 セラミックスの接合方法 Expired - Lifetime JP3064113B2 (ja)

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