(57)【要約】【課題】焼結体の割れ及び未接合部分がなく、確実に炭化珪素焼結体の接合を行うことができる炭化珪素焼結体の接合方法を提供する。【解決手段】本炭化珪素焼結体の接合方法は、第１の炭化珪素焼結体１の遊嵌凹部１ａに第２の炭化珪素焼結体２を遊嵌して形成される空隙ｇに介在する溶融Ｓｉを凝固させて、両炭化珪素焼結体１、２を接合するとともに、空隙ｇに水平方向空隙ｇｈと垂直方向空隙ｇｖを形成し、この垂直方向空隙ｇｖを０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下にし、第１及び第２の炭化珪素焼結体１、２を水平方向と垂直方向を同時に接合する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の炭化珪素焼結体と第２の炭化珪素焼結体間に設ける空隙に介在する固相Ｓｉを溶融し、凝固して前記第１及び第２の炭化珪素焼結体を接合する炭化珪素焼結体の接合方法において、前記第２の炭化珪素焼結体を前記第１の炭化珪素焼結体に設けた遊嵌凹部に、前記第２の炭化珪素焼結体が前記第１の炭化珪素焼結体に直接当接することなく挿入することにより、前記空隙に水平方向空隙と垂直方向空隙を形成するとともに、この垂直方向空隙を０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下にし、前記第１及び第２の炭化珪素焼結体を水平方向と垂直方向を同時に接合することを特徴とする炭化珪素焼結体の接合方法。
【請求項２】
前記垂直方向空隙の接合部長さが、６ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素焼結体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素焼結体の接合方法に係り、特にＳｉを用いた炭化珪素焼結体の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素焼結体の接合にＳｉを用いることが広く行われており、図４に示すように、２個の炭化珪素焼結体１１、１２の接合面間にＳｉ板１３あるいはＳｉ粉を介在させ熱処理により接合する接合方法がある。
【０００３】
また、雌型の炭化珪素焼結体に雄型の炭化珪素焼結体を垂直方向空隙（側部空間）及び雄型の炭化珪素焼結体の肩が雌型の炭化珪素焼結体の外面に当接して常に一定容積のリザーバ（水平方向空隙）を形成するように挿入するとともに、上記リザーバにＳｉ粉末を充填し、溶融し、溶融したケイ素を上記垂直方向空隙に毛細管作用により引き入れ、その後冷却して凝固したＳｉにより、両炭化珪素焼結体を接合する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、図４に示す従来の接合方法は、水平方向及び垂直方向を同時に接合する必要がある構造物では、垂直方向空隙の接合部に隙間が生じてしまい、十分な接合強度が得られず、また、垂直方向の長さが２０ｍｍより大きい場合も垂直面側の接合部に隙間が生じてしまう問題がある。
【０００５】
また、特許文献１の接合方法では、垂直方向空隙の幅を所定範囲（０．０７６ｍｍ）に限定しているが、この範囲内であっても、ある値（０．２ｍｍ）より大きい場合には、未接合部分が生じ、さらに、リザーバを設けることにより、リザーバ内のＳｉが凝固時に体積膨張して、焼結体に割れを発生させる問題がある。
【特許文献１】特開平１０−８７３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、焼結体の割れ及び未接合部分がなく、確実に炭化珪素焼結体の接合を行なうことができる炭化珪素焼結体の接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは自焼結炭化珪素焼結体のＳｉによる接合において、水平方向と垂直方向を同時に接合する場合、垂直面側の隙間を０．２ｍｍ以下にし、この時、垂直方向長さが２０ｍｍ以下であれば隙間のない接合部が得られることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされたものである。
【０００８】
すなわち、上述した目的を達成するため、本発明に係る炭化珪素焼結体の接合方法は、第１の炭化珪素焼結体と第２の炭化珪素焼結体間に設ける空隙に介在する固相Ｓｉを溶融し、凝固して前記第１及び第２の炭化珪素焼結体を接合する炭化珪素焼結体の接合方法において、前記第２の炭化珪素焼結体を前記第１の炭化珪素焼結体に設けた遊嵌凹部に、前記第２の炭化珪素焼結体が前記第１の炭化珪素焼結体に直接当接することなく挿入することにより、前記空隙に水平方向空隙と垂直方向空隙を形成するとともに、この垂直方向空隙を０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下にし、前記第１及び第２の炭化珪素焼結体を水平方向と垂直方向を同時に接合することを特徴とする。
【０００９】
好適には、前記垂直方向空隙の接合部長さが、６ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、割れ及び未接合部分がなく、確実に炭化珪素焼結体の接合を行うことができる炭化珪素焼結体の接合方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る炭化珪素焼結体の接合方法について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態に係る炭化珪素焼結体の接合方法の説明図である。
【００１３】
図１に示すように、円板形状の遊嵌凹部１ａを設けた段付の第１の炭化珪素焼結体１と円板形状の第２の炭化珪素焼結体２（以下、単に焼結体という。）を用意する。
【００１４】
第１の焼結体１の遊嵌凹部１ａの内径は、第２の焼結体２の直径よりも大きく形成されており、その差は０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下すなわち第１及び第２の焼結体１、２間に形成される空隙ｇの垂直方向空隙ｇｖは０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。従って、第２の焼結体２が第１の炭化珪素焼結体１の上表面及び遊嵌凹部１ａの内表面に直接当接しない。
【００１５】
第１の焼結体１の遊嵌凹部１ａに固相ＳｉであるＳｉ板３を遊嵌凹部１ａに沿ってリング状に載置する。
【００１６】
固相Ｓｉをリング状Ｓｉ板にすることにより、第１の焼結体１の中央部に設ける貫通孔からＳｉがこぼれ落ちることがなく好ましいが、固相ＳｉはＳｉ粉末をリング状に敷設してもよい。
【００１７】
図２に示すように、第２の焼結体２を遊嵌凹部１ａに遊嵌し、第２の焼結体２をＳｉ板３を介して第１の焼結体１で支持し、組み立てる。
【００１８】
Ｓｉ板３の介在により第１及び第２の焼結体１、２間に形成される空隙ｇの容積可変の水平方向空隙ｇｈが形成される。
【００１９】
組み立てられた第１及び第２の焼結体１、２を炉に入れ熱処理を行う。
【００２０】
炉内温度がＳｉの融点以上になると、Ｓｉは溶融し水平方向空隙ｇｈに拡がる。
【００２１】
このとき溶融Ｓｉは容積可変の水平方向空隙ｇｈを降下する第２の焼結体２の自重の働き及び毛細管現象により垂直方向空隙ｇｖを上昇する。
【００２２】
垂直方向空隙ｇｖが０．２ｍｍより大きい場合は、Ｓｉが全ての垂直面で上昇せず部分的に上昇し、このため垂直方向空隙ｇｖに未接合部分が生じる。垂直方向空隙ｇｖは小さい方が好ましいが、０．１ｍｍより小さい場合は、接合部分に高精度の加工が要求され加工コストが高くなる、組立時に接合部分角部にカケ、クラックが生じＳｉが漏れ出してしまう、組立時に接合部分角部と側面が接触することにより接合部分角部が食い込み組立不良となってしまう、などの不具合が生じる。本発明のように、垂直方向空隙ｇｖを０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下にすることで、Ｓｉが垂直方向空隙ｇｖを上昇し、未接合部分のない接合不良を生じることのない接合層を得ることができる。
【００２３】
垂直方向空隙ｇｖの接合部長さ（接合部の距離）が、６ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより十分な接合強度が得られる。垂直方向空隙ｇｖの接合部長さが２０ｍｍを超えると垂直方向空隙ｇｖが０．２ｍｍ以下でも未接合部分を生じる場合があり、６ｍｍより小さいと、十分な接合強度が得られない。
【００２４】
上記接合時、Ｓｉの介在量は空隙ｇ、すなわち水平方向空隙ｇｈ及び垂直方向空隙ｇｖを十分に充満させる量であればよい。また、水平方向空隙ｇｈは小さい方が好ましく、経験上は０．５ｍｍ以下にする必要がある。これにより、接合底部にリザーバを設ける特許文献１の方法と異なり、Ｓｉ凝固時の体積膨張により基材に割れが発生することがない。
【００２５】
第１及び第２の焼結体１、２の焼成により、第１及び第２の焼結体１、２の接合部に含浸し、また、空隙ｇに介在する溶融Ｓｉが凝固して第１及び第２の焼結体１、２を接合するとともに、第１及び第２の焼結体１、２が焼成体となり、この両者は強固に接合される。
【００２６】
本実施形態によれば、焼結体の割れ及び未接合部分がなく、確実に炭化珪素焼結体の接合を行うことができる炭化珪素焼結体の接合方法が実現される。
【実施例】
【００２７】
「実施例１」  図２に示すような構造をもつ外径φ１５０×厚さ１０ｍｍ（遊嵌凹部深さ６ｍｍ）の基材１に外径φ１２０×厚さ６ｍｍの円板形状の焼結体２の接合をリング状のＳｉ板を用いて行った。このときの焼結体１と焼結体２の垂直方向空隙が全周に渡り０．１ｍｍになるように加工した。厚さ０．２ｍｍのＳｉ板を焼結体１の水平部に貼り、焼結体２をセット後、真空中１５００℃で０．５時間の熱処理を行ない、室温に徐冷円板構造接合体を得た。その後中心を通るように垂直に８分割になるように切断し、断面の接合層を観察した。
【００２８】
「実施例２」  図３に示すような構造をもつ幅１００ｍｍ×奥行１００ｍｍ×高さ４０ｍｍ（ザグリ部：幅３０ｍｍ、深さ６ｍｍ）の焼結体１に幅３０ｍｍ×奥行１００ｍｍ×高さ４０ｍｍのブロック形状の焼結体２の接合を円板状のＳｉ板３を用いて行った。このときの焼結体１と焼結体２の垂直方向空隙がそれぞれ０．１ｍｍになるように加工した。厚さ０．２ｍｍのＳｉ板を焼結体１の水平部に貼り、焼結体２をセット後、真空中１５００℃で０．５時間の熱処理を行ない、室温に徐冷後Ｔ字構造接合体を得た。その後１０ｍｍ間隔で垂直（紙面に平行）に切断し、断面の接合層を観察した。
【００２９】
「実施例３〜６」  垂直方向空隙が、０．１５ｍｍ、０．２ｍｍとなるような焼結体を用意し、実施例１あるいは実施例２と同様の試験を行った。
【００３０】
「実施例７」  図２示すような構造をもつ外径φ１５０×２５（遊嵌凹部深さ２０ｍｍ）の焼結体１に外径φ１２０×２０の円板形状の焼結体２の接合を行った。このときの焼結体１と焼結体２の垂直方向空隙が全周に渡り０．２ｍｍになるように加工した。厚さ０．２ｍｍのＳｉ板を焼結体１の水平部に貼り、焼結体２をセット後、真空中１５００℃で０．５時間の熱処理を行ない、室温に徐冷後円板形状接合体を得た。その後中心を通るように垂直に８分割になるように切断し、断面の接合層を観察した。
【００３１】
「実施例８」  図３に示すような構造をもつ幅１００ｍｍ×奥行１００ｍｍ×高さ４０ｍｍ（ザグリ部幅：３０ｍｍ、深さ２０ｍｍ）の焼結体１に幅３０ｍｍ×奥行１００ｍｍ×厚さ４０ｍｍのブロック形状の焼結体２の接合を行なった。このときの焼結体１と焼結体２の垂直方向空隙がそれぞれ０．２ｍｍになるように加工した。厚さ０．２ｍｍのＳｉ板を焼結体１の水平部に貼り、焼結体２をセット後、真空中１５００℃で０．５時間の熱処理を行ない、室温に徐冷後Ｔ字構造接合体を得た。その後１０ｍｍ間隔で垂直（紙面に平行）に切断し、断面の接合層を観察した。
【００３２】
「比較例１〜４」  垂直方向空隙が、０．０５ｍｍまたは０．２５ｍｍとなるような基材を用意し、実施例１あるいは実施例２と同様に行なった。
【００３３】
「比較例５」  図２のような構造をもつ外径φ１５０×３０（遊嵌凹部深さ２５ｍｍ）の焼結体１に外径φ１２０×２５の円板形状の焼結体２の接合を行った。このときの焼結体１と焼結体２の垂直方向空隙が全周に渡り０．２ｍｍになるように加工した。厚さ０．２ｍｍＳｉ板を焼結体１の水平部に貼り、焼結体２をセット後、真空中１５００℃で０．５時間の熱処理を行ない、室温に徐冷後円板構造接合体を得た。その後中心を通るように垂直に８分割になるように切断し、断面の接合層を観察した。
【００３４】
「比較例６」  図３に示すような構造をもつ幅１００ｍｍ×奥行１００×高さ４０ｍｍ（ザグリ部：幅３０ｍｍ、深さ２５ｍｍ）の焼結体１に幅３０ｍｍ×奥行１００ｍｍ×厚さ４０ｍｍのブロック形状の焼結体２の接合を行った。このときの焼結体１と焼結体２の垂直方向空隙がそれぞれ０．２ｍｍになるように加工した。厚さ０．２２ｍｍのＳｉ板を焼結体１の水平部に貼り、焼結体２をセット後、真空中１５００℃で０．５時間の熱処理を行ない、室温に徐冷後Ｔ字構造接合体を得た。その後１０ｍｍ間隔で垂直（紙面に平行）に切断し、断面の接合層を観察した。
【００３５】
（結果）表１に示す。
【表１】
2007302500.tif 000003
【００３６】
実施例１〜８からもわかるように、垂直方向空隙を０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下、垂直方向空隙の接合部長さを６ｍｍ以上、２０ｍｍ以下にすることにより、円板構造、Ｔ字構造共に、接合層が良好である。
【００３７】
これに対して、比較例１〜４からもわかるように、垂直方向空隙が本発明の範囲（０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下）を外れると、垂直方向空隙の接合部長さが６ｍｍ以上であっても、円板構造、Ｔ字構造いずれも、接合部に隙間を生じる。さらに、比較例５、６からもわかるように、垂直方向空隙が本発明の範囲内であっても、垂直方向空隙の接合部長さが本発明の範囲（２０ｍｍ以下）を外れる２５ｍｍでは、円板構造、Ｔ字構造いずれも、接合部に隙間を生じる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る炭化珪素焼結体の接合方法の説明図（分解状態）。
【図２】本発明の一実施形態に係る炭化珪素焼結体の接合方法の説明図（組立状態）。
【図３】本発明の他の実施形態に係る炭化珪素焼結体の接合方法の説明図。
【図４】従来の炭化珪素焼結体の接合方法の説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１  第１の炭化珪素焼結体
１ａ  遊嵌凹部
２  第２の炭化珪素焼結体
ｇ  空隙
ｇｖ  垂直方向空隙
ｇｈ  水平方向空隙
【図１】
2007302500.tif 000004
【図２】
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【図３】
2007302500.tif 000006
【図４】
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