(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性金属含有ロウ材を用いて多孔質セラミックスと金属とを接合させるに際し、多孔質セラミックス接合部分の表面開口率を８％以下とし、更に接合部分の表面において、そこに塗布された活性金属ロウ材中に含まれる活性成分またはその化合物の濃度を、H2含有Arガス中で800〜900℃で行われる活性化のための前処理により、0.1重量％以上とした多孔質セラミックスが用いられることを特徴とするセラミックスと金属との接合方法。
【請求項２】
多孔質セラミックスが中空管状である請求項１記載のセラミックスと金属との接合方法。
【請求項３】
活性金属含有ロウ材がAg-Cu共晶組成中にTiまたはZrを添加したものである請求項１記載のセラミックスと金属との接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスと金属との接合方法に関する。更に詳しくは、気密性にすぐれた接合部を形成し得る多孔質セラミックスと金属との接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多孔質セラミックス、特に管状体である中空糸膜は、それの化学的安定性故に、有機膜の適用できない工程への膜としての利用が期待されている。しかしながら、それと金属との接合性が悪いため、従来はOリングによるシールなど、それのすぐれた特性を十分に生かしてモジュールとしたような例はなく、その利用範囲の拡大を妨げている。また、それの加工性や寸法精度が悪く、取付適用性が劣ることも実用化の大きな妨げとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、多孔質セラミックス、特に管状体である中空糸膜と金属とを接合せしめるに際し、気密性にすぐれた接合を形成し得る接合方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
かかる本発明の目的は、活性金属含有ロウ材を用いて多孔質セラミックスと金属とを接合させるに際し、多孔質セラミックス接合部分の表面開口率を８％以下とし、更に接合部分の表面において、そこに塗布された活性金属ロウ材中に含まれる活性成分またはその化合物の濃度を、H2含有Arガス中で800〜900℃で行われる活性化のための前処理により、0.1重量％以上とした多孔質セラミックスが用いられるセラミックスと金属との接合方法によって達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
多孔質セラミックスとしては、アルミナを主成分とする管状体、特に中空糸膜が用いられるが、この他板状体など、相手側金属の形状を合わせることによって、任意の形状のものを用いることができる。
【０００６】
これと接合される金属としては、接合される多孔質セラミックスと熱膨張係数の近いものが好ましく、特にコバール(Ni-Co-Ni合金)、42合金(Ni-Fe合金)等が好んで用いられる。
【０００７】
これら両者の接合に用いられる活性金属ロウ材としては、Ag-Cu共晶組成中にTiやZrを添加したペースト状、板状のものなどが用いられる。ロウ材中に含まれる活性金属成分の割合は、通常約１〜５重量％、好ましくは約1.5〜2.5重量％のものが用いられる。
【０００８】
更に、多孔質セラミックスの接合部分は、その表面開口率を８％以下、好ましくは2.3％以下であって、その表面における活性成分またはその化合物濃度を0.1重量％以上、好ましくは0.5重量％以上としたものが用いられる。表面開口率の調節は、熱処理して焼結することによって行われ、また多孔質セラミックス表面に塗布された活性金属ロウ材は、高温真空下で脱脂した後、H2含有Arガス中で活性化のための前処理が高温加熱条件下で行われる。なお、多孔質セラミックスの接合部以外の部分にあっては、その表面開口率はいかなる値であってもよい。
【０００９】
このような材料を用いて、多孔質セラミックスと金属との間に板状ロウ材を挿入した後、ペースト状ロウ材を補助ロウ材として板状ロウ材上に塗布する。ペーストの塗布は、例えば次のような一連の工程によって行われる。
(1)多孔質アルミナ管結合部分に板状ロウ材を巻き付けた状態で金属管内に挿入する。このとき、板状ロウ材は完全に金属管内に隠れることなく、一部が多孔質アルミナ中空管に巻き付けられただけの状態で露出している。
(2)この露出した板状ロウ材部分と金属管の肉厚部分を利用して、ペースト状ロウ材を先細りの治具を用いて塗布する。
その後、真空中(10-2Torrまたはそれ以下)でペースト状ロウ材中に含まれる有機成分の除去(脱脂)が約400〜450℃で約0.5〜24時間程度行われ、約5〜15％のH2を含有するArガス中で、約800〜900℃、約10〜60分間程度のロウ付けが行われる。なお、多孔質セラミックス表面に塗布された活性金属ロウ材の脱脂および前処理もほぼ同様の条件下で行われ、ただし前処理は必要に応じて複数回くり返され、表面活性金属またはその化合物の濃度調整が行われる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によって、気密性にすぐれた多孔質セラミックスと金属との接合方法が提供される。かかる効果を奏する本発明方法は、例えばOリングを用いずに多孔質セラミックス中空糸膜と金属のみで構成されたモジュールとすることによって、耐熱性などのそれが本来有する特徴を完全にひき出すことができる。
【００１１】
【実施例】
次に、実施例について本発明を説明する。
【００１２】
実施例１
外径２.2mm、内径1.8mm、気孔率42％の多孔質アルミナ中空管(アルミナ純度99.99％以上)を、図１に示す温度分布(測定点は炉体センター上の地点)を有する電気炉中に挿入して、大気中５時間の熱処理を施し、中空管端部20mmの焼結を進行させることによって、端部表面開口率(写真撮影で直接計測)を２.3％とした。このとき端部の外径は1.8mm、内径は1.6mm、気孔率は25.7％であった。
【００１３】
次に、表面開口率を2.3％とした端部20mmの部分に、Ti含有Ag-Cu共晶ロウ材を均一になるように0.1g塗布し、真空雰囲気の電気炉を用いて、10-2 Torr以上の真空度で400℃、30分間の脱脂を行ない、引続き10%H2含有Arガス中で、850℃、１時間の活性化のための前処理を行った。このような前処理工程を２回くり返し、表面Ti換算濃度（電子線マイクロアナリシスを用いて測定）を0.5重量％(平均)とした多孔質アルミナ中空管を得た。
【００１４】
このような多孔質アルミナ中空管の端部に、板状のTi含有Ag-Cu共晶ロウ材(5mm×17mm×50μm)を巻き付けて、外径2.4mm、内径2.1mmのコバール管内に挿入し、更にペースト状上記ロウ材0.05gを多孔質アルミナ中空糸と直接接触しないようにして、板状ロウ材上に塗布した。
【００１５】
そして、真空雰囲気炉を用いて、10-2Torrのオーダーの真空度で、400℃、７時間の脱脂を行ない、引き続き10%H2含有Arガス中で、850℃、45分間の熱処理を行ない、多孔質アルミナ中空管とコバール(Ni-Co-Ni合金)管との気密接合体を形成させた。
【００１６】
得られた気密接合体の多孔質アルミナ中空管表面等の接合部以外の開口部は、メッキおよびシリコーン系接着剤で封じた後、Heリークディクテータを用いての気密性試験を行った結果、その測定限界である1.0×10-11 Pa・m3/秒(He)以下であって、高気密性であることが実証された。
【００１７】
実施例２
実施例１において、多孔質アルミナ中空管の大気中での熱処理時間を８時間とし、端部表面開口率を1.6％とした多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００１８】
実施例３
実施例１において、多孔質アルミナ中空管の大気中での熱処理時間を１時間とし、端部表面開口率を７％とした多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００１９】
実施例４
実施例２において、前処理工程を１回にとどめ、表面Ti換算濃度を0.1重量％(平均)とした多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００２０】
比較例１
実施例２において、前処理工程を行わず、接合部分の表面Ti換算濃度を０％とした多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００２１】
比較例２
実施例４において、熱処理条件を1600℃、８時間とすることにより、端部表面開口率を11％とした多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００２２】
比較例３
比較例１において、熱処理時間を３時間とすることにより、端部表面開口率を3.4％(平均)とした多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００２３】
比較例４
比較例１において、熱処理時間を１時間とすることにより、端部表面開口率を８％(平均)とした多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００２４】
比較例５
実施例４において、熱処理条件を1600℃、５時間とすることにより、端部表面開口率を15％とした多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００２５】
比較例６
実施例１において、熱処理条件を1600℃、８時間とすることにより、端部表面開口率を22％とした多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００２６】
比較例７
比較例６において、前処理工程を３回行うことにより、接合部分の表面Ti換算濃度を１重量％(平均)とした多孔質アルミナ中空糸管が用いられた。
【００２７】
比較例８
比較例６において、表面開口率を低下させる熱処理を行わなかった多孔質アルミナ中空管が用いられた。
【００２８】
以上の各実施例および比較例での気密性試験結果は、次の表に示される。なお、カッコ内の値は測定値[単位:Pa・m3 /秒(He)]であり、×は気密性なし、××は破壊を示している。
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【図面の簡単な説明】
【図１】  多孔質アルミナ中空管を熱処理した炉内温度分布を示すグラフである。
【図１】
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