陶瓷接合體及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種陶瓷接合體，其是氮化硅陶瓷被接合材料彼此通過含有氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃的接合部位接合而成的。關(guān)于接合部位，在其微細(xì)結(jié)構(gòu)組織中可觀察到氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃。氮氧化硅玻璃相對于觀察視野中的氮化硅粒子與氮氧化硅玻璃的合計量的利用二維截面觀察得到的比例為97：3～60：40。接合部位中含有的氮化硅粒子為柱狀。
【專利說明】陶瓷接合體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷接合體及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]將由氮化硅系陶瓷構(gòu)成的被接合材料彼此接合的方法已被提出多種。例如已經(jīng)提出了下述方法:(I)使用多種作為氧化物玻璃組成的低熔點(diǎn)接合材料的方法、(2)在使用相同的氮化硅組成接合材料時并用熱壓等物理壓接的方法、(3)將硅金屬直接氮化并使其與母材一體化、或者將低熔點(diǎn)金屬制成釬料的方法。
[0003]具體而言，專利文獻(xiàn)I中記載了下述內(nèi)容:將含有Y2O3和Yb2O3作為燒結(jié)助劑的氮化硅陶瓷通過由Y203、A1203、SiO2以及Si3N4構(gòu)成的氮氧化物玻璃接合。
[0004]專利文獻(xiàn)2中記載下述內(nèi)容:在圓盤狀氮化硅開孔板的孔部插入氮化硅棒，在兩者形成的圓形接合部處涂布由CeO2、SrCO3> MgO, A1203、SiO2以及Si3N4構(gòu)成的接合劑后，在 1500°C下加熱I小時進(jìn)行處理。
[0005]專利文獻(xiàn)3中記載了具有以下步驟的接合方法:Ca)制備含有硅粒子的第I原料的步驟；(b)由第I原料形成成型體的步驟；(C)將上述成型體中的硅粒子反應(yīng)燒結(jié)處理的步驟；(d)制備與第I原料相同的第2原料的步驟；(e)由第2原料制備漿料的步驟；(f) 在之后形成接合材料的被接合構(gòu)件彼此的間隙中注入上述漿料而使接合材料形成的步驟； (g)通過與步驟(c)相同的反應(yīng)燒結(jié)處理將上述接合材料中的硅粒子反應(yīng)燒結(jié)處理的步驟。
[0006]專利文獻(xiàn)4中記載了包含下述工序的陶瓷接合體的制造方法:在由含有镥的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體構(gòu)成的一對板狀基體的一方或雙方的主面上涂布以含有鋁、硅、釔的玻璃為主成分的接合劑的工序；將一對上述基體的主面重合、在非氧化性氣氛下進(jìn)行熱處理而接合的工序。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開平5-4876號公報
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開平5-270933號公報
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本特開2010-138038號公報
[0012]專利文獻(xiàn)4:日本特開2010-150048號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的課題
[0014]如以上所述，提出了各種接合方法，但如果使用低熔點(diǎn)接合材料，則存在接合部位的耐熱性、耐化學(xué)反應(yīng)性容易變差的趨勢。采用熱壓等物理壓接時，要制造長管狀構(gòu)件就需要特殊的大型制造裝置。如果使用將硅金屬直接氮化的接合材料，則由于氮化不足而容易在接合材料中殘留耐熱性較差的硅金屬。
[0015]因此，本發(fā)明的課題在于，提供可以消除上述以往技術(shù)具有的各種缺點(diǎn)的陶瓷接合體及其制造方法。
[0016]用于解決課題的手段
[0017]本發(fā)明提供一種陶瓷接合體，其是氮化硅陶瓷被接合材料彼此通過含有氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃的接合部位接合而成的陶瓷接合體，
[0018]上述接合部位在觀察其微細(xì)結(jié)構(gòu)組織的二維截面時，氮化硅粒子與氮氧化硅玻璃的比例為97:3~60:40, [0019]且上述接合部位中含有的氮化硅粒子為柱狀。
[0020]此外，作為上述陶瓷接合體優(yōu)選的制造方法，本發(fā)明提供了一種陶瓷接合體的制造方法，所述陶瓷接合體是氮化硅陶瓷被接合材料彼此通過含有氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃的接合部位接合而成的陶瓷接合體，
[0021]使接合材料介于上述被接合材料之間，所述接合材料包含混合粉末，所述混合粉末具有在加熱后能形成含有氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃的接合部位的組成，
[0022]在將上述被接合材料彼此的接合部位加壓的狀態(tài)下對該接合部位進(jìn)行加熱。
[0023]發(fā)明效果
[0024]本發(fā)明的陶瓷接合體的接合部位具有近似于被接合材料的強(qiáng)度的高接合強(qiáng)度。而且本發(fā)明的陶瓷接合體即使在將其暴露在高溫的氧化性氣氛下后也能夠維持接合強(qiáng)度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是表示利用由生片(green sheet)構(gòu)成的接合材料將被接合材料接合的狀態(tài)的示意圖。
[0026]圖2 Ca)和(b)是表示將具有嵌合結(jié)構(gòu)的被接合材料彼此接合的狀態(tài)的示意圖。
[0027]圖3是表示使用內(nèi)套將被接合材料接合的狀態(tài)的示意圖。
[0028]圖4 (a)~(d)是依次表示通過本發(fā)明的制造方法的實施中優(yōu)選使用的裝置制造陶瓷接合體的工序的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面基于優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行說明。本發(fā)明的陶瓷接合體是氮化硅陶瓷被接合材料彼此通過接合部位接合而成的。通過接合部位接合的2個被接合材料可以根據(jù)作為目的的陶瓷接合體的用途而采用各種形狀。例如可以采用長方體、正方體等六面體、具有平滑端面的棒狀體、管狀體等形狀。另外，被接合材料可以是實心體和中空體的任一種。 尤其是應(yīng)該接合的2個被接合材料優(yōu)選具有互相進(jìn)行面接觸的部位。通過具有該部位，能夠充分提高接合部位處的陶瓷接合體的強(qiáng)度。
[0030]通過接合部位接合的2個被接合材料其形狀可以相同，或者也可以不同。作為相同形狀的被接合材料，例如可以舉出棒狀、管狀等形狀。作為不同形狀的被接合材料，例如可以舉出如【背景技術(shù)】一項中所述的在中央具有開孔部的圓盤狀形狀、和具有能插入到該開孔部中的截面形狀的棒狀形狀的被接合材料。
[0031]通過接合部位接合的2個被接合材料只要主材料是氮化硅陶瓷，可以為相同組成，或者也可以由于含有少量第三成分、例如燒結(jié)助劑等而組成不同。
[0032]本發(fā)明的陶瓷接合體可以根據(jù)其具體用途而接合有3個以上的被接合材料。這種情況下，可以在陶瓷接合體上存在2處以上的接合部位。
[0033]上述陶瓷接合體優(yōu)選其接合部位具有與作為母材的被接合材料連續(xù)的化學(xué)組成和微細(xì)結(jié)構(gòu)組織。而且，優(yōu)選接合部位與接合部位周圍的被接合材料的組成差小。從這些觀點(diǎn)出發(fā)，接合部位以被接合材料的主材料即氮化硅作為結(jié)晶相的主材料是有利的。已知在接合部位中含有的氮化硅中存在晶體結(jié)構(gòu)不同的2種化合物、即α-氮化硅和(β-氮化娃中的至少1種。此外，在接合部位中有時也存在β-Sialon作為結(jié)晶相,所述β-Sialon 是β -氮化硅中的一部分Si被Al取代、一部分O被N取代而成的物質(zhì)。根據(jù)需要，在接合部位中存在α-氮化硅、(β-氮化硅以及β-Sialon中的1種以上作為結(jié)晶相。以下所述的關(guān)于接合部位的說明，只要沒有特別說明，“氮化硅”是指α-氮化硅、(β-氮化硅以及 β -Sialon中的1種以上。
[0034]從提高接合部位的強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選接合部位至少含有β-Sialon的結(jié)晶相。一般來說在接合部位中存在的β-Sialon的比例比在該部位中存在的氮化硅的比例低。但是，在接合部位中存在的β-Sialon的比例、氮化硅的比例在實現(xiàn)本發(fā)明的目的方面不是那么重要的事項。并且，接合部位可以含有少量的第三成分、例如燒結(jié)助劑等。
[0035]接合部位是否含有α -氮化硅、β -氮化硅或者β-Sialon例如可以通過利用X射線衍射鑒定接合部位中含有的結(jié)晶相來判斷。
[0036]接合部位中所含的氮化硅是難燒結(jié)材料，因此，將玻璃等氧化物添加到該接合部位中而具有玻璃填滿氮化硅晶體的粒子間的結(jié)構(gòu)是有利的。在氮化硅晶體的粒子間存在的玻璃是SiO2玻璃中一部分的0嵌入在氮化硅晶體中而成的氮氧化硅玻璃。
[0037]優(yōu)選接合部位以被接合材料主材料即氮化硅為結(jié)晶相的主材料、并具有氮氧化硅玻璃填滿其晶體的粒子間的結(jié)構(gòu)。作為氮化硅結(jié)晶相，如上所述，可以存在α-氮化硅、 β-氮化硅以及β-Sialon中的任一種或者多種。除此之外，在氮氧化硅玻璃中，可以同時含有Al、Y、Mg、Zr、Yb等通常用作氮化硅的燒結(jié)助劑的金屬元素中的I種或多種。氮化硅粒子與氮氧化硅玻璃的比例優(yōu)選為97:3~60:40，進(jìn)一步優(yōu)選為95:5~65:35。將二者的比例設(shè)定在該范圍內(nèi)，由此易于獲得致密的接合部位，而且，難以發(fā)生接合部位的劣化、 例如在高溫氧化氣氛中保持規(guī)定時間后的強(qiáng)度劣化。氮化硅粒子與氮氧化硅玻璃的比例例如可以通過以下方式求得:對于將接合部位放大到500~5000倍左右的利用掃描型電子顯微鏡(SEM)得到的二維截面的組織觀察圖像進(jìn)行圖像解析而求得。圖像解析中，使用例如市售的各種計算機(jī)軟件，就能夠簡便地求得該比例。對接合部位進(jìn)行組織觀察，就能夠明確地區(qū)別氮化硅結(jié)晶相與氮氧化硅玻璃的差異。
[0038]上述陶瓷接合體的接合部位的微細(xì)結(jié)構(gòu)組織也具有特征之一。詳細(xì)而言，該接合部位中，在對該接合部位進(jìn)行顯微鏡觀察時，作為結(jié)晶粒，可觀察到柱狀粒子和球狀粒子。 如之前所述，接合部位含有氮化硅或β -Sialon而構(gòu)成時，該柱狀粒子和球狀粒子含有氮化娃β-Sialon作為結(jié)晶相而構(gòu)成。詳細(xì)而言,柱狀粒子主要含有β -氮化娃和β-Sialon 作為結(jié)晶相。另一方面，球狀粒子主要含有α -氮化硅作為結(jié)晶相。本
【發(fā)明者】們對于柱狀粒子和球狀粒子進(jìn)行了研究，結(jié)果明確了主要含有(β-氮化硅和β-Sialon的柱狀粒子對于提高接合部位的強(qiáng)度有很大貢獻(xiàn)。本
【發(fā)明者】們進(jìn)一步推進(jìn)研究后，明確了接合部位中柱狀粒子與球狀粒子存在的平衡對該接合部位的接合強(qiáng)度有很大影響。詳細(xì)而言，在接合部位以規(guī)定的平衡含有柱狀粒子和球狀粒子時，接合部位具有近似于被接合材料的強(qiáng)度的高接合強(qiáng)度。接合部位中所含的柱狀粒子是指在接合部位的截面的組織觀察中長寬比(長軸/ 短軸)為2以上的粒子。[0039]在接合部位存在的(6-氮化硅和P-Sialon主要含在柱狀粒子中時，柱狀粒子的長寬比(長軸/短軸)平均優(yōu)選為2~30，進(jìn)一步優(yōu)選為2.7~20，更加優(yōu)選為2.7~15。 通過在接合部位存在具有這種長寬比的柱狀粒子，能夠容易地提高該接合部位的接合強(qiáng)度、斷裂韌性。所謂柱狀粒子的長軸是指在對接合部位進(jìn)行顯微鏡觀察而得到的柱狀粒子的二維圖像中，橫穿過該柱狀粒子的線段最長時的該線段。所謂短軸是指與長軸正交、且橫穿過柱狀粒子的線段最短時的該線段。對于柱狀粒子的長寬比，例如實施將接合部位放大到500~5000倍左右的利用掃描型電子顯微鏡(SEM)得到的二維截面的組織觀察，任意選擇觀察視野內(nèi)的粒子，測定其長寬比。在測定的粒子之中，對1000個以上的長寬比為2以上的粒子求出長寬比的算術(shù)平均值。[0040]關(guān)于在接合部位存在的球狀粒子，不需要通過對接合部位進(jìn)行顯微鏡觀察而得到的該球狀粒子的二維圖像是正圓，可以是可視為正圓的程度的圓形。球狀粒子不是正圓時， 該球狀粒子的長寬比(長軸/短軸)可以低于2。[0041]本
【發(fā)明者】們的研究結(jié)果明確:將觀察視野中柱狀粒子相對于柱狀粒子與球狀粒子的合計量的比例優(yōu)選設(shè)定為10~30%、進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為15~30%對于接合部位中柱狀粒子與球狀粒子的平衡是有利的。該比例以如下方式計算:計算出將接合部位放大到500~ 5000倍左右的通過顯微鏡觀察測定的柱狀粒子的二維圖像的面積和球狀粒子的二維圖像的面積的合計面積，將柱狀粒子的面積除以該合計面積再乘以100。該比例的計算例如可以通過對接合部位的顯微鏡觀察圖像進(jìn)行圖像解析而實施。[0042]在接合部位存在的氮化硅粒子的大小取決于構(gòu)成后述接合材料的混合粉末的粒徑，一般來說與構(gòu)成該混合粉末的粒子的粒徑相等或者其以上，但特別優(yōu)選粒徑為0.7pm 以上的粒子以體積基準(zhǔn)計存在15%以上。[0043]從能形成均勻且高接合強(qiáng)度的接合部位的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選接合部位的厚度、即應(yīng)該接合的2個被接合材料間的距離優(yōu)選為50~500 u m,特別優(yōu)選為50~300 u m,極其優(yōu)選為50~100um0[0044]要形成以上的具有微細(xì)結(jié)構(gòu)組織的接合部位，例如宜采用以下所述的方法制造本發(fā)明的陶瓷接合體。[0045]為了實施本發(fā)明的制造方法，將作為被接合材料的2個氮化硅陶瓷以它們的接合面彼此相對的方式配置。另外，在2個被接合材料間介入配置具有在加熱后能形成含有氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃的接合部位的組成的接合材料。通過對被2個被接合材料夾持的接合材料進(jìn)行加熱，使含有氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃的接合部位形成，從而接合被接合材料。[0046]上述混合粉末優(yōu)選含有氮化硅的粒子。另外，從生成氮氧化硅玻璃的觀點(diǎn)考慮， 也優(yōu)選含有二氧化硅(SiO2)粒子。另外，從生成Sialon的觀點(diǎn)考慮，也優(yōu)選含有氧化鋁 (Al2O3)粒子。混合粉末中所含有的氮化硅的比例通常優(yōu)選為20~35質(zhì)量％。二氧化硅的比例通常優(yōu)選為10~20質(zhì)量％。氧化鋁的比例通常優(yōu)選為5~15質(zhì)量％。除這些以外， 上述混合粉末可以含有作為燒結(jié)助劑已知的各種氧化物、例如Y203、CaO、MgO、ZrO2^Yb2O3等的粉末。特別是Y是使氮化硅結(jié)晶粒以柱狀延伸的效果高的元素。作為這些各種氧化物的合計量，優(yōu)選在混合粉末中通常含有35~55質(zhì)量％。
[0047]上述接合材料優(yōu)選按照如下所述進(jìn)行調(diào)配:相對于進(jìn)行接合時的高溫加熱下的氮氧化硅玻璃形成量，過量地含有氮化硅粒子，一部分氮化硅粒子作為固相粒子殘留地在氮氧化硅玻璃中。未完全溶解在氮氧化硅玻璃中而殘留的氮化硅粒子在接合時的加熱保持中在玻璃中變成柱狀粒子。如后所述，使用a-氮化硅作為氮化硅粒子時，幾乎全部轉(zhuǎn)化成 3 -氮化硅或者P-Sialon，但在溫度低、保持時間短時，有時殘留一部分作為a-氮化硅。 殘留a-氮化硅也沒關(guān)系，但a-氮化硅具有等軸狀的粒子形狀，不能說對于獲得結(jié)合部位的強(qiáng)度是有利的。
[0048]特別是從生成氮氧化硅玻璃的觀點(diǎn)和生成柱狀氮化硅粒子的觀點(diǎn)考慮，氮優(yōu)選在混合粉末中含有25當(dāng)量％以上，特別優(yōu)選含有25~60當(dāng)量％，極其優(yōu)選含有35~55當(dāng)量％。所謂“當(dāng)量％”是考慮了玻璃中的離子的價數(shù)的表述方法，在表示氮氧化硅玻璃的組成時經(jīng)常使用。玻璃中的陽離子和陰離子分別以原子數(shù)與價數(shù)的積的合計為100%的方式進(jìn)行表述，合計為200%。[0049]特別是在本制造方法中，使用a-氮化硅作為氮化硅是有利的。如先前所述已知氮化硅中存在晶體結(jié)構(gòu)不同的2種化合物即a-氮化硅和(6-氮化硅時，該2種氮化硅中， 從能容易地形成先前所述的由含有柱狀粒子和球狀粒子二者的微細(xì)結(jié)構(gòu)組織構(gòu)成的接合部位這點(diǎn)考慮，在本發(fā)明中使用a-氮化硅是有利的。該理由基于本
【發(fā)明者】們的以下見解: 使用a-氮化硅作為氮化硅時，與使用(6-氮化硅時相比，能形成致密結(jié)構(gòu)的接合部位。另外也基于本
【發(fā)明者】們的以下見解:使用a-氮化硅作為氮化硅時，與使用(6-氮化硅時相 t匕，即使以低溫加熱也能形成高接合強(qiáng)度的接合部位。但在本發(fā)明中使用(6-氮化硅作為氮化硅并不妨礙。
[0050]本制造方法中，使用平均粒徑優(yōu)選為0.4~5.0 ii m、進(jìn)一步優(yōu)選為0.4~3.0 ii m、 更優(yōu)選為0.4~2.0 y m的混合粉末作為用于形成接合部位的混合粉末也是有利的。本
【發(fā)明者】們的研究結(jié)果明確:如果使用平均粒徑為該范圍的混合粉末，則在通過加熱形成接合部位時，該混合粉末的流動性適當(dāng)增高，顯示出良好的潤濕性，因此，流動狀態(tài)的該混合粉末充分遍布于2個被接合材料間，間隙的生成減少。如果使用比該平均粒徑的范圍小的粒徑的混合粉末，則該混合粉末的流動性沒有變得足夠高，有時潤濕性低。而如果使用比該平均粒徑的范圍大的粒徑的混合粉末，則接合部位的致密化不夠，有時無法獲得強(qiáng)度。
[0051]上述混合粉末的平均粒徑是利用例如基于激光衍射式的粒度分布測定器而測定的。為了將上述混合粉末的平均粒徑設(shè)定到上述范圍，宜對該混合粉末以陶瓷滾珠等為介質(zhì)實施利用磨機(jī)等的粉碎等處理。
[0052]在進(jìn)行接合的高溫加熱下，接合部位中含有的多余的氮氧化硅玻璃擴(kuò)散到被接合材料中。另外，從獲得接合部位的強(qiáng)度的觀點(diǎn)考慮，通過高溫加熱在接合部位生成的(6-氮化硅或者P-Sialon的結(jié)晶相優(yōu)選通過接合時的高溫下的加熱保持而延伸、并進(jìn)行晶粒成長，從而成為柱狀粒子。為了使接合部位與接合部位周圍的被接合材料的組成差減少、使接合部位中的(6-氮化娃或者P-Sialon的柱狀粒子延伸?晶粒成長,提高加熱溫度、延長保持時間是有效的。另一方面，氮化硅、氮氧化硅玻璃在高溫時發(fā)生分解蒸發(fā)，這在大氣壓氮?dú)夥罩谐^1750°C時會顯著地發(fā)生。另外，在進(jìn)行接合時，為了難以發(fā)生接合不良、且以短時間完成接合，在與被接合材料彼此的接合面正交的方向機(jī)械地施加壓力、使被接合材料與接合材料密合是有效的。
[0053]關(guān)于用于形成接合部位的混合粉末，例如可以將其與水、有機(jī)溶劑等液體混合而制備規(guī)定濃度的漿料、將該漿料涂布在被接合材料的接合面上?；蛘咭部梢杂稍摑{料形成生片、將該生片配置在被接合材料的接合面上。從操作的容易性、配置的可靠性等觀點(diǎn)、以及形成均勻厚度的接合部位的觀點(diǎn)考慮，使用生片是有利的。例如如圖1所示，在使由相同形狀的管狀體構(gòu)成的被接合材料la、lb的端面彼此對置、使由混合粉末構(gòu)成的接合材料2 介于端面間時，可以使用圓環(huán)狀的生片作為接合材料2。
[0054]另外，如圖2 (a)和(b)所示，將管狀體、棒狀體等具有在一個方向上長的形狀的 2個被接合材料la、Ib接合時，如果被接合材料la、Ib的端面在使該端面彼此抵接時互相嵌合，被接合材料la、lb的軸心的位置相合，則能夠容易地使將兩個被接合材料la、lb的軸心相合，因而優(yōu)選。具體而言，如圖2 (a)所示，可以將一個被接合材料Ia的端面Ila制成錐狀，同時將另一個被接合材料Ib的端面Ilb制成具有與該錐形狀的傾斜角相對應(yīng)的傾斜的缽狀。另外，如圖2 (b)所示，可以將一個被接合材料Ia的端面Ila制成具有凸部的臺階狀，同時將另一個被接合材料Ib的端面Ilb制成具有與該凸部的形狀相對應(yīng)的凹部的形狀。另外，在圖2 (a)和(b)中省略了接合材料的圖示。
[0055]進(jìn)而，當(dāng)被接合材料具有管狀體、棒狀體等在一個方向上長的形狀時，也可以將用于進(jìn)行該被接合材料的軸心的對位的內(nèi)套介于接合部位中。這樣也能夠容易地使2個被接合材料的軸心相合，因而優(yōu)選。另外，內(nèi)套也具有作為接合部位的補(bǔ)強(qiáng)材料的作用。例如如圖3所示，在2個被接合材料la、lb為管狀體時，使能夠插入到該被接合材料la、lb中的內(nèi)套3介于兩個被接合材料la、lb的接合部位。內(nèi)套3為管狀或者棒狀，在沿長度方向的大致中央?yún)^(qū)域的側(cè)面具有突起部3a。突起部3a遍及內(nèi)套3的周向的全部區(qū)域地連續(xù)地形成。 另一方面，各被接合材料la、Ib的端面形成具有位于其外周側(cè)的第I端面12、和位于內(nèi)周側(cè)且處于比第I端面12低的位置的第2端面13的臺階結(jié)構(gòu)。于是，使兩被接合材料la、lb 的第I端面12彼此抵接時，由于第I端面12與第2端面13的臺階而在被接合材料la、lb 的內(nèi)壁形成薄壁部。通過在該薄壁部嵌合內(nèi)套3的突起部3a，可容易地進(jìn)行2個被接合材料la、lb的軸心相合。另外，在圖3中也省略了接合材料的圖示。
[0056]內(nèi)套3的材質(zhì)可以與作為母材的被接合材料的材質(zhì)相同，或者也可以不同。并且， 內(nèi)套3可以是通過加熱形成接合部位后也殘留的材質(zhì)，或者也可以是通過加熱消失的材質(zhì)。
[0057]另外，圖2 Ca)或者(b)所示的嵌合結(jié)構(gòu)和圖3所示的內(nèi)套3也可以將它們組合使用。
[0058]配置在2個被接合材料la、Ib間的接合材料的加熱優(yōu)選在1500~1750°C、特別優(yōu)選在1550~1730°C、極其優(yōu)選在1600~1700°C的范圍下進(jìn)行。通過在該范圍的溫度下`進(jìn)行加熱，能夠生成具有致密結(jié)構(gòu)的接合部位。加熱氣氛優(yōu)選為氮?dú)夥铡?br> [0059]在加熱溫度為上述的范圍內(nèi)時，加熱時間優(yōu)選設(shè)定為0.5~12小時，極其優(yōu)選設(shè)定為I~6小時。經(jīng)該時間進(jìn)行加熱，通過氮氧化硅玻璃的擴(kuò)散，接合部位與接合部位周圍被接合材料的組成差減少，接合部位中的(6-氮化硅或者P-Sialon的柱狀粒子的平衡變成所希望的平衡，能夠順利地形成具有與被接合材料更接近的組成和組織的接合部位。
[0060]加熱中對處于抵接狀態(tài)的2個被接合材料朝互相相向的方向預(yù)先加壓是有利的。通過這樣，能夠順利地形成具有致密結(jié)構(gòu)的接合部位。從該觀點(diǎn)出發(fā)，加壓的壓力優(yōu)選設(shè)定為0.01~5MPa，特別優(yōu)選設(shè)定為0.1~5MPa，極其優(yōu)選設(shè)定為I~5MPa。
[0061]另外，加熱中優(yōu)選使處于抵接狀態(tài)的2個被接合材料沿與該被接合材料彼此的接合面正交的軸系在相同方向上使2個接合材料以相同速度聯(lián)動地旋轉(zhuǎn)。該操作在對一個方向長的被接合材料在其長度方向上串聯(lián)地接合的情況下是有效的。通過該旋轉(zhuǎn)，可以抑制在加熱中的高溫下由重力導(dǎo)致的接合材料向下方的下垂，能防止接合體的彎曲。而且，能抑制接合材料向接合部位的下部側(cè)流出。從使該效果更加明顯的觀點(diǎn)考慮，轉(zhuǎn)速優(yōu)選為I~ 5rpm、極其優(yōu)選為3~5rpm的低速。不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，接合材料流出，起因于此，有時因接合材料不足而發(fā)生強(qiáng)度不足的不良情況。
[0062]通過接合材料的加熱而形成接合部位可以僅加熱I次來完成,或者也可以根據(jù)需要進(jìn)行2次以上的多次加熱。一般僅通過I次加熱，就能形成具有令人滿意的微細(xì)結(jié)構(gòu)組織的接合部位。
[0063]對于由本發(fā)明的制造方法得到的陶瓷接合體，接合部位的強(qiáng)度與作為母材的被接合材料的強(qiáng)度相近。詳細(xì)來說，對于由本發(fā)明的制造方法得到的陶瓷接合體，相對于被接合材料的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度(JIS-R1601)，接合部位的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度優(yōu)選為50%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為60%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為70%以上。
[0064]進(jìn)而，對于由本發(fā)明的制造方法得到的陶瓷接合體，在對其于900°C的大氣氣氛下反復(fù)多次暴露I小時后，在接合部位處也維持與暴露前相等的接合強(qiáng)度。詳細(xì)而言，暴露后的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度相對于暴露前的四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度(JIS R1601)，優(yōu)選為70%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為80%以上，更進(jìn)一步優(yōu)選為85%以上。
[0065]在圖4 (a)~(d)中按順序示意地示出了利用在本發(fā)明的制造方法的實施中優(yōu)選使用的裝置制造陶瓷接合體的工序。同一圖中示出的裝置特別優(yōu)選用于接合管狀或者棒狀的被接合材料。
[0066]首先，如圖4 Ca)所示，分別通過卡盤20夾持應(yīng)該接合的2個被接合材料la、lb。 卡盤20的夾持以將2個被接合材料la、lb水平保持的方式進(jìn)行。各卡盤20以可在臺座21 上自由滑動的方式設(shè)置于該臺座21上。使被接合材料la、lb的端面彼此間隔規(guī)定距離地對置，在端面間配置接合材料2后，使一個卡盤20向圖4 (a)中的箭頭所示的方向移動，通過2個被接合材料la、lb夾持接合材料2。
[0067]被接合材料la、·Ib例如為圓管、圓棒等形狀時，從兩個被接合材料la、lb的可靠的接合的方面考慮，其外徑優(yōu)選為5~60mm,特別優(yōu)選為10~45mm,極其優(yōu)選為10~30mm。 另外，被接合材料la、Ib例如為圓管、圓棒等形狀時，即使為其長度的上限值是2000mm的長物，也能夠進(jìn)行接合。長度的下限值沒有限制，越短越容易進(jìn)行接合。
[0068]接著，如圖4 (b)所示，利用卡盤20中具備的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(沒有圖示出)使被接合材料la、lb沿其軸系旋轉(zhuǎn)。在該旋轉(zhuǎn)的同時，使2個卡盤20向同一圖中的箭頭所示的方向移動，將2個被接合材料la、lb的抵接部位導(dǎo)入加熱爐22內(nèi)。此時，為了不發(fā)生接合材料2 的脫落，對于被接合材料la、lb在其軸線方向上向互相相向的方向預(yù)先加壓是有利的。
[0069]2個被接合材料la、lb的抵接部位導(dǎo)入到加熱爐22內(nèi)后，如圖4 (C)所示，繼續(xù)被接合材料la、lb的旋轉(zhuǎn)，同時開始加熱爐22的加熱，對位于抵接部位的接合材料2進(jìn)行加熱。加熱中繼續(xù)進(jìn)行被接合材料la、lb的旋轉(zhuǎn)。另外，加熱中預(yù)先對被接合材料la、lb在其軸線方向上向互相相向的方向加壓。通過邊將被接合材料la、Ib保持成水平，使其沿其軸系旋轉(zhuǎn)，邊進(jìn)行加熱，能夠形成具有所希望的微細(xì)結(jié)構(gòu)組織的接合部位。
[0070]以所希望的溫度和時間進(jìn)行加熱，形成目標(biāo)接合部位后，停止加熱爐22的加熱。 但是，停止加熱后也繼續(xù)被接合材料la、lb的旋轉(zhuǎn)。加熱爐22冷卻到室溫后，停止被接合材料la、lb的旋轉(zhuǎn)，移動卡盤20，將接合部位取出到加熱爐22外。這樣獲得陶瓷接合體。 在想要增加該陶瓷接合體的長度時，如圖4 (d)所示,準(zhǔn)備被接合材料Ic,使被接合材料Ic 的端面與被接合材料Ib的端面間隔規(guī)定距離地對置，在兩端面間配置接合材料2。其后，進(jìn)行與上述操作相同的操作，獲得3個被接合材料la、lb、Ic沿它們的長度方向串聯(lián)連接而成的長陶瓷接合體。通過反進(jìn)行以上操作，獲得所希望長度的長陶瓷接合體。
[0071]如以上所述，根據(jù)圖4所示的方法，能夠利用緊湊的設(shè)備容易地制造具有管狀、棒狀等的在一個方向延伸的長形的形狀的被接合材料。
[0072]這樣得到的陶瓷接合體例如在加熱器管或熱電偶用保護(hù)管、回轉(zhuǎn)窯用爐芯管、輥道窯用輥道等燒成爐部件、或爐襯材料、內(nèi)襯、攪拌葉片材料、鋼板輸送用輥等耐磨性機(jī)械裝置部件、藥品或漿料等輸送用管部件等多種用途中是有用的。
[0073]以上，對于本發(fā)明基于其優(yōu)選的實施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述實施方式。例如圖4所示的裝置中，從順利地形成目標(biāo)陶瓷接合體的觀點(diǎn)考慮，邊使該被接合材料la、Ib沿與被接合材料la、Ib彼此的接合面正交的軸系旋轉(zhuǎn)邊進(jìn)行加熱是有利的，但是， 也可以邊使其沿除此以外的方向旋轉(zhuǎn)邊進(jìn)行加熱。
[0074]另外，在圖4所示的裝置中，以被接合材料la、lb的軸位于水平面內(nèi)的方式使該被接合材料la、Ib旋轉(zhuǎn),但也可以以例如被接合材料la、Ib的軸位于垂直面內(nèi)的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)來代替。
[0075]實施例
[0076]以下，通過實施例進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明。然而，本發(fā)明的范圍不限于所述實施例。
[0077]〔實施例1〕
[0078]準(zhǔn)備2根外徑為28mm、內(nèi)徑為22mm、長度為1000mm的氮化娃制管作為被接合材料。這2根管具有圖2 (b)所示的嵌合結(jié)構(gòu)。另外，也使用了圖3所示的內(nèi)套。內(nèi)套是與管相同材質(zhì)的氮化硅制的內(nèi)套。使用具有以下表1所示的組成和平均粒徑的混合粉末作為接合材料。將該混合粉末與乙醇混合制備漿料，根據(jù)常規(guī)方法由該漿料制作生片。生片為圓環(huán)狀，外徑為30mm、內(nèi)徑為20mm、厚度為80 ii m。使用它們,依據(jù)圖4 (a)~(d)所示的裝置和工序來制造陶瓷接合體。制造條件如以下表2所示。然后，對于所得的陶瓷接合體進(jìn)行以下表3所示的評價。
[0079]〔實施例2~實施例12〕
[0080]使用表2所示的條件，除此之外，與實施例1同樣地進(jìn)行，獲得陶瓷接合體。對于所得的陶瓷接合體進(jìn)行與實施例1相同的評價。其結(jié)果示于表3。
[0081]〔實施例13和14〕
[0082]使用縱向為30mm、橫向為20mm、高度為20mm的氮化硅制塊狀物作為被接合材料。 使該塊狀物的30mmX20mm的面彼此對置，在使接合材料介于其面之間的狀態(tài)下進(jìn)行加熱， 獲得陶瓷接合體。制造條件的詳細(xì)內(nèi)容如表2所示。對于所得的陶瓷接合體，進(jìn)行與實施例I相同的評價。其結(jié)果示于表3。
[0083]〔比較例I~4〕
[0084]使用表2和表3所示的條件，除此之外，與上述實施例同樣地進(jìn)行，獲得陶瓷接合體。對于所得的陶瓷接合體，進(jìn)行與實施例1相同的評價。其結(jié)果示于表3。
[0085]表1
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷接合體，其是氮化硅陶瓷被接合材料彼此通過含有氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃的接合部位接合而成的陶瓷接合體，所述接合部位在觀察其微細(xì)結(jié)構(gòu)組織的二維截面時，氮化硅粒子與氮氧化硅玻璃的比例為 97:3 ~60:40,且所述接合部位中含有的氮化硅粒子為柱狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷接合體，其中，所述接合部位中的所述柱狀粒子的長寬比即長軸/短軸為2~30。
3.—種陶瓷接合體的制造方法，其中，所述陶瓷接合體是氮化硅陶瓷被接合材料彼此通過含有氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃的接合部位接合而成的陶瓷接合體，使接合材料介于所述被接合材料之間，所述接合材料包含混合粉末，所述混合粉末具有在加熱后能形成含有氮化硅粒子和氮氧化硅玻璃的接合部位的組成，在對所述被接合材料彼此的接合部位加壓的狀態(tài)下對該接合部位進(jìn)行加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷接合體的制造方法，其中，作為所述混合粉末，使用含有平均粒徑為0.4~5.0 ii m的氮化硅粒子的粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制造方法,其中,邊使所述被接合材料沿與該被接合材料彼此的接合面正交的軸系旋轉(zhuǎn)，邊進(jìn)行加熱，且以所述軸位于水平面內(nèi)的方式使所述被接合材料旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3~5中任一項所述的制造方法，其中，作為所述接合材料，使用含有所述混合粉末而形成的生片。
7.根據(jù)權(quán)利要求3~6中任一項所述的制造方法，其中，所述被接合材料為管狀或者棒狀，使所述接合材料介于該被接合材料的端面間，邊使該被接合材料沿該被接合材料的軸系旋轉(zhuǎn)，邊進(jìn)行加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，所述被接合材料的端面在使該端面彼此抵接時嵌合，從而形成該被接合材料的軸心位置相合的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，將用于進(jìn)行所述被接合材料的軸心的對位的內(nèi)套介于所述接合部位中。
【文檔編號】C04B35/584GK103596903SQ201280027506
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月5日
【發(fā)明者】井筒靖久, 有馬峻, 近藤直樹, 堀田干則, 北英紀(jì) 申請人:三井金屬礦業(yè)株式會社