セラミック接合体およびこれを用いた支持体
【課題】 腐食性の高い流体が流れる流路を備える部材において、長期間にわたって使用することのできるセラミック接合体およびこれを用いた支持体を提供する。
【解決手段】 基体２と、基体２に接合層６を介して接合された蓋３とを備えたセラミック接合体１であって、基体２と蓋３とで形成される空間が流体の流路５とされ、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有しているセラミック接合体１である。流路５に、腐食性の高い流体を流したとしても、基体２と蓋３との接合層６は劣化しにくく、流体の漏洩が生じることが少ないので、腐食性の高い流体が流れる流路５を備える部材として長期間にわたって使用することができる。
【解決手段】 基体２と、基体２に接合層６を介して接合された蓋３とを備えたセラミック接合体１であって、基体２と蓋３とで形成される空間が流体の流路５とされ、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有しているセラミック接合体１である。流路５に、腐食性の高い流体を流したとしても、基体２と蓋３との接合層６は劣化しにくく、流体の漏洩が生じることが少ないので、腐食性の高い流体が流れる流路５を備える部材として長期間にわたって使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食性の高いガスや液体等の流体が流れる流路を備えるセラミック接合体およびこれを用いた支持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、腐食性の高いガスや液体等の流体が流れる流路を備える部材には、耐食性に優れたセラミックスが用いられている。しかし、セラミックスは、優れた耐食性とともに、優れた機械的特性を有しており、セラミックスからなる一つの基材中に流体が流れる流路を加工により形成することは容易でなかった。また、セラミックスは、高温での焼結を必要とする難焼結材であることから、セラミックスからなる一つの基材中に流体が流れる流路を加工により形成できたとしても、クラック等の不具合を生じることなく、上述した部材となる焼結体を得ることも容易でなかった。そのため、このような部材は、セラミックスからなる基体および蓋を用いて、基体と溝とを接合層を介して接合することによって形成される空間を流体の流路としたセラミック接合体が用いられている。
【０００３】
図４は、従来のセラミック接合体を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。
【０００４】
図４に示すように、従来のセラミック接合体20は、流路25となる溝が形成された第１のセラミックス基材22と、中央に流体の出入口24を有する第２のセラミックス基材23とが、互いの接合面に樹脂系やガラス系等の接合剤を塗布して熱処理することによって、接合層26で接合されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2002−47071号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された構造のセラミック接合体は、流路25に腐食性の高い流体を流すと、接合層26の一部が流路に露出しているため、腐食性の高い流体との接触や摩擦により、接合層26が劣化し、それが進むとやがて接合層26の劣化部分から流体が漏洩するという問題があった。そのため、腐食性の流体の漏洩することが少なく、長期間にわたって使用することのできるセラミック接合体が求められている。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、腐食性の高い流体が流れる流路を備える部材において、長期間にわたって使用することのできるセラミック接合体およびこれを用いた支持体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】
【０００８】
本発明のセラミック接合体は、基体と、該基体に接合層を介して接合された蓋とを備えたセラミック接合体であって、前記基体と前記蓋とで形成される空間が流体の流路とされ、前記流体の流れる方向に前記流路を断面視したとき、深さの深い領域の両側に浅い領域を有していることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のセラミック接合体は、上記構成において、前記基体に前記流体が流れる溝を備えるとともに、該溝の両側に凹部を備えており、前記蓋の両端に、前記基体の前記
凹部と嵌合される凸部を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のセラミック接合体は、上記構成において、前記溝の壁面と前記蓋の両端に設けられた前記凸部の側面とが接合面であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のセラミック接合体は、上記いずれかの構成において、前記基体と前記蓋とが同材質のセラミックスからなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の支持体は、上記いずれかの構成のセラミック接合体を載置物の支持に用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセラミック接合体によれば、基体と、該基体に接合層を介して接合された蓋とを備えたセラミック接合体であって、前記基体と前記蓋とで形成される空間が流体の流路とされ、前記流体の流れる方向に前記流路を断面視したとき、深さの深い領域の両側に浅い領域を有していることにより、深さの深い領域よりもその両側の浅い領域を流れる流体の流速を低下させることができるので、流速の低下により流体と接合層とが接するときの摩擦を少なくすることができるため、接合層の劣化を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明のセラミック接合体によれば、前記基体に前記流体が流れる溝を備えるとともに、該溝の両側に凹部を備えており、前記蓋の両端に、前記基体の前記凹部と嵌合される凸部を備えているときには、浅い領域を流れる流体の流速を低下させることができるとともに、凸部と凹部とが嵌め合わされていることによって流体の浸入を抑制しているので、接合層の劣化による流体の漏洩のおそれをより少なくすることができる。
【００１５】
また、本発明のセラミック接合体によれば、前記溝の壁面と前記蓋の両端に設けられた前記凸部の側面とが接合面であるときには、溝の壁面と蓋の両端に設けられた凸部の側面との間に接合剤が充填されていることから、凹部の深さに相当する接合層が流体の漏洩の障壁となるので、流体の漏洩のさらに少ないセラミック部材とすることができる。
【００１６】
また、本発明のセラミック接合体によれば、前記基体と前記蓋とが同材質のセラミックスからなるときには、流路を流れる流体の温度によって、熱膨張率の違いで寸法差が生じることが少なく、材質の異なるセラミックスで構成された接合体と比較して、接合層が劣化しにくいので、基体と蓋との接合力が低下したり、流体が漏洩したりするおそれを少なくすることができる。
【００１７】
また、本発明の支持体によれば、本発明のセラミック接合体を載置物の支持に用いたことにより、腐食性の高い流体を流路に流したとしても流体が漏洩することが少なく、載置物の重量に十分に耐える強度を有しているので、長期間にわたって安定して載置物を支持する支持体として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のセラミック接合体の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。
【図２】本実施形態のセラミック接合体の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【図３】本実施形態のセラミック接合体のさらに他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。
【図４】従来のセラミック接合体を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本実施形態のセラミック接合体について図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態のセラミック接合体の一例を示す、（ａ）が平面図であり、（ｂ）がＡ−Ａ’線での断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態のセラミック接合体１は、基体２と、基体２に接合層６を介して接合された蓋３とを備え、基体２と蓋３とで形成される空間が流体の流路５となり、基体２および蓋３には、流路５に通ずる流体の出入口４が設けられている。そして、本実施形態のセラミック接合体１は、図１（ｂ）に示すように、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していることを特徴としている。
【００２２】
なお、図１においては、基体２および蓋３のいずれにも溝を設けて、これらを接合層６を介して接合することによって形成される空間を流路５としたが、本実施形態においては、基体２と蓋３とで形成される空間が流体の流路５となり、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していればよいので、基体２または溝３のいずれかに溝が設けられているものでもよい。
【００２３】
このような構造のセラミック接合体１は、深さの異なる領域を有し、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していることにより、出入口４から流路５に腐食性の高いガスや液体等の流体を流したときに、深さの深い領域５ａよりもその両側の浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させることができ、流速の低下により流体と接合層６とが接するときの摩擦を少なくすることができるため、接合層６の劣化を抑制することができる。そのため、長期間にわたって流体の漏洩の少ないセラミック接合体１とできる。
【００２４】
ここで、深さの深い領域５ａおよび浅い領域５ｂの深さとしては、浅い領域５ｂの深さ／深い領域５ａの深さの比が、１／10以上１／２以下であることが好ましい。このように、深さの比が１／10以上１／２以下であれば、浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させて、流体と接合層６とが接することによる摩擦を少なくすることができるので、接合層６の劣化を抑制することができる。また、流体の流れる方向に流路５を断面視したときの浅い領域５ｂの幅については、深い領域５ａの幅の１／２以上の幅とするのが好ましい。
【００２５】
また、本実施形態のセラミック接合体１の流路５に流すことのできる流体としては、腐食性の高いガスや液体等の流体に限るものではない。例えば、高温に加熱された流体として、水，油，シリコン油などの液体や水蒸気、また、冷却された流体として、水，アセトン，液体窒素，ブライン（不凍液），ガルデン（登録商標）などの液体やアンモニア，フロン，二酸化炭素などの気体が使用可能である。さらには、製造工程における種々の装置から排出される、加熱または冷却されたガスや流体を流路５に流し、廃熱利用を行なうことも可能である。
【００２６】
図２は、本実施形態のセラミック接合体の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態のセラミック接合体１は、基体２に流体が流れる溝を備えるとともに、溝の両側に凹部９を備えており、蓋３の両端に、基体２の凹部９と嵌合される凸部８を備えていることが好適である。なお、図２に示す構造のセラミック接合体１において、浅い領域５ｂを有さず、一つの領域のみの流路であれば、流体の流速が抑えられていないことから、凸部８と凹部９とが嵌合された隙間には流体が浸入しやすく、接合
層６を劣化させて、流体が漏洩してしまう。
【００２８】
これに対し、基体２に流体が流れる溝を備えるとともに、溝の両側に凹部９を備えており、蓋３の両端に、基体２の凹部９と嵌合される凸部８を備えるときには、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していることによって、浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させることができるとともに、凸部８と凹部９とが嵌合されていることによって、流体の浸入を抑制することができるので、接合層６の劣化による流体の漏洩のおそれをより少なくすることができる。そのため、図１に示す例のセラミック接合体１よりも長期間にわたって使用することのできるセラミック接合体１となる。
【００２９】
また、このように凸部８と凹部９とが嵌合された構造とすることにより、位置決めが容易となり、図１に示す例のセラミック接合体１よりも、接合面積を少なくすることができるので、使用する接合剤の量を減らすことができる。
【００３０】
図３は、本実施形態のセラミック接合体１のさらに他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。
【００３１】
図３に示すように、本実施形態のセラミック接合体１は、溝の壁面10と蓋３の両端に設けられた凸部８の側面とが接合面である構造とすることにより、図２に示す例のセラミック接合体１と同様に、浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させることができるとともに、凸部８と凹部９とが嵌合されていることによって流体の浸入を抑制しているので、接合層６の劣化による流体の漏洩のおそれを少なくすることができる。
【００３２】
また、上記構造とすることにより、溝の壁面10と蓋３の両端に設けられた凸部８の側面との間には接合剤が充填されて、凹部９の深さに相当する接合層６が流体の漏洩の障壁となるので、図２に示す構造のセラミック接合体１よりも、流体の漏洩のより少ないセラミック接合体１とすることができる。さらに、図３に示すように、凹部９の深さと凸部８の高さとを揃えて嵌合することにより、図２に示す例のセラミック接合体１よりも、蓋３が接合されてなる基体２の表面（図３（ａ）の図示面）を容易に平坦にすることができる。
【００３３】
また、本実施形態のセラミック接合体１は、アルミナ，ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化珪素，炭化珪素などの非酸化物セラミックスを適用することが可能であるが、基体２と蓋３とが同材質のセラミックスからなることが好ましい。これにより、流路５を流す流体の温度によって、熱膨張率の違いで寸法差が生じることが少なく、材質の異なるセラミックスで構成された接合体と比較して、接合層６が劣化しにくいので、基体２と蓋３との接合力が低下したり、流体が漏洩したりするおそれを少なくすることができる。
【００３４】
特に、本実施形態のセラミック接合体１は、基体２と蓋３とが高純度のアルミナ質焼結体からなることが好ましい。具体的には、純度が95％以上の高純度のアルミナ質焼結体を用いることにより、腐食性の高い流体に対する耐食性を向上させることが可能となる。
【００３５】
次に、本実施形態のセラミック接合体１の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、基体２および蓋３の成形体を得る工程について説明する。純度が90％以上であり平均粒径が１μｍ程度のセラミック原料を用意し、これに焼結助剤，バインダ，溶媒および分散剤等を所定量添加して混合したスラリーを噴霧乾燥造粒法（スプレードライ法）により造粒し、２次原料とする。
【００３７】
このときに用いるセラミック原料としては、アルミナ，ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化珪素，炭化珪素などの非酸化物セラミックスを適用することが可能であるが、腐食性の高い流体が流路５を流れる場合には、純度が95％以上であり、平均粒径が１μｍ以下の高純度のアルミナセラミック原料を用いることが好適であり、これにより、耐食性に優れたセラミック接合体１とすることができる。
【００３８】
次に、噴霧乾燥して造粒した２次原料を所定形状のゴム型内へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外し、所定形状の基体２および蓋３となるように成形体に切削加工を施す。
【００３９】
ここで、例えば基体２が溝を有する構造の場合において、基体２となる成形体については、一方の主面（上面）に流路５となる溝を形成する。なお、図１に示す構造であれば、基体２となる成形体には、深い領域５ａとなる溝を形成し、図２および図３に示す構造であれば、基体２となる成形体には、深い領域５ａおよび浅い領域５ｂとなる溝とともに凹部９を形成する。
【００４０】
また、蓋３となる成形体については、図１に示す構造であれば、基体２との接合面側に深い領域５ａの一部と浅い領域５ｂとなる溝を形成する。図２および図３に示す構造であれば、流体の流れる方向に沿って蓋３の両脇に凸部を形成する。
【００４１】
また、基体２となる成形体および蓋３となる成形体の少なくとも２箇所に、流路５に通ずる流体の出入口４を形成する。ここで、流体の出入口４は、用途や目的に合わせて、基体２および蓋３にそれぞれ設けても、基体２のみに設けても、蓋３のみに設けてもよい。
【００４２】
例えば、流体の入口および出口を基体２側とするのであれば、少なくとも２箇所の出入口４を基体２となる成形体のみに設ければよく、流体の入口および出口を蓋３側とするのであれば、少なくとも２箇所の出入口４を蓋３となる成形体のみに設ければよい。また、流体の入口側と出口側とが基体２と蓋３との異なる側にあるのであれば、基体２となる成形体および蓋３となる成形体のそれぞれに出入口４を設ければよい。そして、基体２および蓋３となる成形体を大気雰囲気中において1500℃以上1700℃以下の温度で焼成することにより、全体の気孔率が１％以下であり、十分に緻密化された基体２と蓋３とを得ることができる。
【００４３】
次に、基体２と蓋３とを接合する工程について説明する。接合に用いる接合剤としては、エポキシなどの樹脂系接着剤、ガラス，無機接着剤を用いることができる。以下にエポキシ樹脂系接着剤を用いた例について説明する。図１に示す構造の基体２と蓋３とを接合する場合には、基体２または蓋３のいずれかの接合面に接着剤を塗布した後、基体２と蓋３との接合面を重ね合わせて、50℃以上に加熱して乾燥させることによって、図１に示す構造のセラミック接合体１を得ることができる。
【００４４】
また、図２に示す構造の基体２と蓋３とを接合する場合には、基体２に設けた凹部９に接着剤を適量流し込み、基体２の凹部９に蓋３の凸部８を嵌め合わせて、50℃以上に加熱して乾燥させることによって、図２に示す構造のセラミック接合体１を得ることができる。
【００４５】
また、図３に示す構造の基体２と蓋３とを接合する場合には、基体２の凹部９に蓋３の凸部８を嵌め合わせた後、接着剤を溝の壁面10と凸部８の側面の間に流し込み、その後50℃以上の温度で加熱して乾燥させることによって、図３に示す構造のセラミック接合体１を得ることができる。
【００４６】
そして、基体２および蓋３で構成される本実施形態のセラミック接合体１を板状とすることにより、載置物の支持に用いる支持体に好適なものとすることができる。この支持体によれば、基体２または蓋３の主面を上面として載置物を支持し、内部の流路５を加熱または冷却された流体が流れることにより、本実施形態のセラミック接合体１である支持体を介して載置物を安定して加熱または冷却することができる。
【実施例１】
【００４７】
本実施形態のセラミック接合体１の実施例について以下に示す。
【００４８】
図１に示す構造のセラミック接合体１を作製し、流路５に長期間にわたって80〜120℃
に加熱された流体を流し、流体の漏洩がないかどうか確認する試験を実施した。
【００４９】
まず、セラミック原料として、純度が99％であり、平均粒径が１μｍのアルミナを用意し、これに焼結助剤，バインダ，溶媒および分散剤を所定量添加して混合したスラリーを、噴霧乾燥造粒法（スプレードライ法）により造粒し、２次原料を得た。次に、この２次原料を所定形状のゴム型内へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外した。
【００５０】
そして、ゴム型から取り外した成形体に、図１に示す基体２の外形状となるように切削加工を施すとともに、接合によって形成される流路５において、深い領域５ａとなる溝を一方の主面（上面）に形成した。また、図１に示す蓋３の外形状となるように切削加工を施すとともに、基体２との接合面側に深い領域５ａの一部と浅い領域５ｂとなる溝を形成した。
【００５１】
また、フライス盤あるいは万能研削盤を用いて、基体２となる成形体の一方の主面に形成した溝において、接合によって形成される流路５の一端となる位置から他方の主面までを貫く流体の出入口４を１箇所形成した。また、蓋３となる成形体に形成した溝において、接合によって形成される流路５の他端となる位置に流体の出入口４を１箇所形成した。その後、基体２および蓋３となる成形体を焼成炉に入れて、大気雰囲気中において1600℃の温度で焼成し、全体の気孔率が１％以下である基体２および蓋３の焼結体を得た。
【００５２】
次に、基体２と蓋３との接合を実施した。接合剤として市販のエポキシ樹脂系の接着剤を準備し、これを基体２の接合面に１ｍｍ以下の厚さで塗布した後、基体２と蓋３とを重ね合わせて、熱風乾燥機内で50℃以上の温度で５時間以上加熱して乾燥させることによって、基体２と蓋３とを接合して図１に示す構造のセラミック接合体１を得た。
【００５３】
また、蓋３の基体２との接合面側に深い領域５ａの一部となる部分のみとなる溝を形成したこと以外は、上述した材料および製造方法により、基体２と蓋３とが接合されることによって、流路５が本実施形態における深い領域５ａのみからなる比較例のセラミック接合体を得た。
【００５４】
そして、図１に示す構造のセラミック接合体１および比較例のセラミック接合体の流体の出入口４に、流体を流すための配管を接続し、他の装置で使用された温度80〜120℃で10％以下の酸を含む蒸気を、流路５内へ加圧して流す試験を実施した。
【００５５】
その結果、比較例のセラミック接合体は、図１に示す構造のセラミック接合体１よりも先に流体の漏洩が確認された。ここで試験を終了し、図１に示す構造のセラミック接合体１および比較例のセラミック接合体をそれぞれ切断して確認したところ、比較例のセラミック接合体は、接合層の一部が劣化し剥がれた状態であり、その部分から流体が漏洩していたことが分かった。これに対し、図１に示す構造のセラミック接合体１は、流路に露出
している接合層に若干の劣化が見られた程度であった。
【実施例２】
【００５６】
図２および図３に示す構造のセラミック接合体１を作製した。
【００５７】
まず、実施例１と同様の方法で成形まで行ない、ゴム型から取り外した成形体に、図２および図３に示す基体２の外形状となるように切削加工を施した。また、接合によって形成される流路５において、深い領域５ａおよび浅い領域５ｂとなる溝とともに凹部９を形成した。また、図２および図３に示す蓋３の外形状となるように切削加工を施すとともに、流体の流れる方向に沿って蓋３の両脇に凸部８を形成した。
【００５８】
また、出入口４については、実施例１と同様の位置となるように、基体２と蓋３とにそれぞれ形成した。その後、基体２および蓋３となる成形体を焼成炉に入れて、大気雰囲気中において1600℃の温度で焼成し、全体の気孔率が１％以下である基体２および蓋３の焼結体を得た。
【００５９】
そして、図２に示す構造の基体２と蓋３とを接合した。基体２に設けた凹部９に接着剤を適量流し込み、基体２の凹部９に蓋３の凸部８を嵌め合わせて、50℃以上に加熱して乾燥させることによって、図２に示す構造のセラミック接合体１を得た。
【００６０】
また、図３に示す構造の基体２と蓋３とを接合した。基体２の凹部９に蓋３の凸部８を嵌め合わせた後、接着剤を溝の壁面10と凸部８の側面の間に流し込み、その後50℃以上の温度で加熱して乾燥させることによって、図３に示す構造のセラミック接合体１を得た。
【００６１】
そして、図２および図３に示す構造のセラミック接合体１を用いて、それぞれのセラミック接合体１の流体の出入口４に、流体を流すための配管を接続し、実施例１と同様に、温度80〜120℃で10％以下の酸を含む蒸気を、流路５内へ加圧して流す試験を実施した。
【００６２】
その結果、図２および３に示す構造のセラミック接合体１は、実施例１で流体の漏洩が確認された比較例のセラミック接合体の試験期間の３倍を超える期間においても、図２および図３に示す構造のセラミック接合体１については、流体の漏洩は確認されなかった。これにより、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していることによって、浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させることができるとともに、凸部８と凹部９とが嵌合されていることによって、流体の浸入を抑制することができるので、接合層６の劣化による流体の漏洩のおそれをより少なくできることが確認できた。また、この結果より、図２および図３に示す構造のセラミック接合体１は、腐食性の高い流体を流すことのできる流路５を備え、載置物を支持することのできる支持体として好適に使用できることがわかった。
【実施例３】
【００６３】
次に、図１に示す構造のセラミック接合体１について、基体２をアルミナで形成し、蓋３をアルミナ，炭化珪素およびジルコニアの３種類の材質を用いて製造して、基体２と蓋３を接合し、流路５に一定時間流体を流し、室温まで冷却する熱サイクルをかける耐久試験を実施した。
【００６４】
まず、基体２とアルミナ製の蓋３とについては、実施例１と同様の方法で作製した。
【００６５】
また、ジルコニア製の蓋３については、Ｙ２Ｏ３添加量を３ｍｏｌ％とし、共沈法により作製された平均粒径が0.1μｍの市販のジルコニア１次原料を購入し、これにバインダ
，溶媒および分散剤を所定量添加して混合したスラリーを噴霧乾燥造粒法（スプレードラ
イ法）により造粒し、２次原料を得た。次に、この２次原料を所定形状のゴム型へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外した。そして、成形後の切削加工については、実施例１と同様の方法で行ない、その後、焼成炉に入れて、大気雰囲気中において1400℃の温度で焼成し、純度95％以上のジルコニア質焼結体からなる蓋３を得た。
【００６６】
また、炭化珪素製の蓋３については、平均粒径が0.5〜10μｍ，純度が99〜99.8％以上
の炭化珪素１次原料に、焼結助剤，バインダ，溶媒および分散剤を所定量添加して混合したスラリーを、噴霧乾燥造粒法（スプレードライ法）により造粒し、２次原料を得た。次に、この２次原料を所定形状のゴム型へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外した。そして、成形後の切削加工については、実施例１と同様の方法で行ない、その後、焼成炉に入れて、非酸化雰囲気中において2100℃の温度で焼成し、純度99％以上の炭化珪素質焼結体からなる蓋３を得た。
【００６７】
その後、アルミナ，ジルコニアおよび炭化珪素からなる蓋３と、アルミナからなる基体２とを実施例１と同様の製造方法を用いて接合し、蓋３の材質のみ異なる３種類の図１に示す構造のセラミック接合体１を得た。
【００６８】
そして、得られた各セラミック接合体１について、実施例１と同様の流体を流路５に10分間流し、その後室温まで空冷する熱サイクルをかける耐久試験を実施したところ、ジルコニアからなる蓋３を用いたもの、炭化珪素からなる蓋３を用いたものの順で流体の漏洩が確認された。
【００６９】
そして、炭化珪素からなる蓋３を用いたセラミック接合体１に流体の漏洩が確認された後に、実施例３で用いたすべてのセラミック接合体１について、切断して確認したところ、ジルコニアからなる蓋３を用いたもの、炭化珪素からなる蓋３を用いたものについては、いずれも流路５に露出している接合層６に亀裂が見られた。特に、ジルコニア製の蓋３を用いたものは、接合層６に大きな亀裂が見られた。これに対し、基体２と蓋３とが同じ材質であるアルミナからなるセラミック接合体１は、亀裂は見られず、亀裂の大きさに違いがあることから、基体２と蓋３との材質が異なることによる熱膨張差が亀裂の発生に起因していると考えられ、セラミック構造体１を構成する基体２と蓋３とは同材質からなることが好適であることが確認された。
【符号の説明】
【００７０】
１：セラミック接合体
２：基体
３：蓋
４：出入口
５：流路
５ａ：深さの深い領域
５ｂ：深さの浅い領域
６：接合層
８：凸部
９：凹部
10：溝の壁面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食性の高いガスや液体等の流体が流れる流路を備えるセラミック接合体およびこれを用いた支持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、腐食性の高いガスや液体等の流体が流れる流路を備える部材には、耐食性に優れたセラミックスが用いられている。しかし、セラミックスは、優れた耐食性とともに、優れた機械的特性を有しており、セラミックスからなる一つの基材中に流体が流れる流路を加工により形成することは容易でなかった。また、セラミックスは、高温での焼結を必要とする難焼結材であることから、セラミックスからなる一つの基材中に流体が流れる流路を加工により形成できたとしても、クラック等の不具合を生じることなく、上述した部材となる焼結体を得ることも容易でなかった。そのため、このような部材は、セラミックスからなる基体および蓋を用いて、基体と溝とを接合層を介して接合することによって形成される空間を流体の流路としたセラミック接合体が用いられている。
【０００３】
図４は、従来のセラミック接合体を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。
【０００４】
図４に示すように、従来のセラミック接合体20は、流路25となる溝が形成された第１のセラミックス基材22と、中央に流体の出入口24を有する第２のセラミックス基材23とが、互いの接合面に樹脂系やガラス系等の接合剤を塗布して熱処理することによって、接合層26で接合されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2002−47071号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された構造のセラミック接合体は、流路25に腐食性の高い流体を流すと、接合層26の一部が流路に露出しているため、腐食性の高い流体との接触や摩擦により、接合層26が劣化し、それが進むとやがて接合層26の劣化部分から流体が漏洩するという問題があった。そのため、腐食性の流体の漏洩することが少なく、長期間にわたって使用することのできるセラミック接合体が求められている。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、腐食性の高い流体が流れる流路を備える部材において、長期間にわたって使用することのできるセラミック接合体およびこれを用いた支持体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】
【０００８】
本発明のセラミック接合体は、基体と、該基体に接合層を介して接合された蓋とを備えたセラミック接合体であって、前記基体と前記蓋とで形成される空間が流体の流路とされ、前記流体の流れる方向に前記流路を断面視したとき、深さの深い領域の両側に浅い領域を有していることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のセラミック接合体は、上記構成において、前記基体に前記流体が流れる溝を備えるとともに、該溝の両側に凹部を備えており、前記蓋の両端に、前記基体の前記
凹部と嵌合される凸部を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のセラミック接合体は、上記構成において、前記溝の壁面と前記蓋の両端に設けられた前記凸部の側面とが接合面であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のセラミック接合体は、上記いずれかの構成において、前記基体と前記蓋とが同材質のセラミックスからなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の支持体は、上記いずれかの構成のセラミック接合体を載置物の支持に用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のセラミック接合体によれば、基体と、該基体に接合層を介して接合された蓋とを備えたセラミック接合体であって、前記基体と前記蓋とで形成される空間が流体の流路とされ、前記流体の流れる方向に前記流路を断面視したとき、深さの深い領域の両側に浅い領域を有していることにより、深さの深い領域よりもその両側の浅い領域を流れる流体の流速を低下させることができるので、流速の低下により流体と接合層とが接するときの摩擦を少なくすることができるため、接合層の劣化を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明のセラミック接合体によれば、前記基体に前記流体が流れる溝を備えるとともに、該溝の両側に凹部を備えており、前記蓋の両端に、前記基体の前記凹部と嵌合される凸部を備えているときには、浅い領域を流れる流体の流速を低下させることができるとともに、凸部と凹部とが嵌め合わされていることによって流体の浸入を抑制しているので、接合層の劣化による流体の漏洩のおそれをより少なくすることができる。
【００１５】
また、本発明のセラミック接合体によれば、前記溝の壁面と前記蓋の両端に設けられた前記凸部の側面とが接合面であるときには、溝の壁面と蓋の両端に設けられた凸部の側面との間に接合剤が充填されていることから、凹部の深さに相当する接合層が流体の漏洩の障壁となるので、流体の漏洩のさらに少ないセラミック部材とすることができる。
【００１６】
また、本発明のセラミック接合体によれば、前記基体と前記蓋とが同材質のセラミックスからなるときには、流路を流れる流体の温度によって、熱膨張率の違いで寸法差が生じることが少なく、材質の異なるセラミックスで構成された接合体と比較して、接合層が劣化しにくいので、基体と蓋との接合力が低下したり、流体が漏洩したりするおそれを少なくすることができる。
【００１７】
また、本発明の支持体によれば、本発明のセラミック接合体を載置物の支持に用いたことにより、腐食性の高い流体を流路に流したとしても流体が漏洩することが少なく、載置物の重量に十分に耐える強度を有しているので、長期間にわたって安定して載置物を支持する支持体として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のセラミック接合体の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。
【図２】本実施形態のセラミック接合体の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【図３】本実施形態のセラミック接合体のさらに他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。
【図４】従来のセラミック接合体を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本実施形態のセラミック接合体について図面を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態のセラミック接合体の一例を示す、（ａ）が平面図であり、（ｂ）がＡ−Ａ’線での断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態のセラミック接合体１は、基体２と、基体２に接合層６を介して接合された蓋３とを備え、基体２と蓋３とで形成される空間が流体の流路５となり、基体２および蓋３には、流路５に通ずる流体の出入口４が設けられている。そして、本実施形態のセラミック接合体１は、図１（ｂ）に示すように、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していることを特徴としている。
【００２２】
なお、図１においては、基体２および蓋３のいずれにも溝を設けて、これらを接合層６を介して接合することによって形成される空間を流路５としたが、本実施形態においては、基体２と蓋３とで形成される空間が流体の流路５となり、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していればよいので、基体２または溝３のいずれかに溝が設けられているものでもよい。
【００２３】
このような構造のセラミック接合体１は、深さの異なる領域を有し、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していることにより、出入口４から流路５に腐食性の高いガスや液体等の流体を流したときに、深さの深い領域５ａよりもその両側の浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させることができ、流速の低下により流体と接合層６とが接するときの摩擦を少なくすることができるため、接合層６の劣化を抑制することができる。そのため、長期間にわたって流体の漏洩の少ないセラミック接合体１とできる。
【００２４】
ここで、深さの深い領域５ａおよび浅い領域５ｂの深さとしては、浅い領域５ｂの深さ／深い領域５ａの深さの比が、１／10以上１／２以下であることが好ましい。このように、深さの比が１／10以上１／２以下であれば、浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させて、流体と接合層６とが接することによる摩擦を少なくすることができるので、接合層６の劣化を抑制することができる。また、流体の流れる方向に流路５を断面視したときの浅い領域５ｂの幅については、深い領域５ａの幅の１／２以上の幅とするのが好ましい。
【００２５】
また、本実施形態のセラミック接合体１の流路５に流すことのできる流体としては、腐食性の高いガスや液体等の流体に限るものではない。例えば、高温に加熱された流体として、水，油，シリコン油などの液体や水蒸気、また、冷却された流体として、水，アセトン，液体窒素，ブライン（不凍液），ガルデン（登録商標）などの液体やアンモニア，フロン，二酸化炭素などの気体が使用可能である。さらには、製造工程における種々の装置から排出される、加熱または冷却されたガスや流体を流路５に流し、廃熱利用を行なうことも可能である。
【００２６】
図２は、本実施形態のセラミック接合体の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【００２７】
図２に示すように、本実施形態のセラミック接合体１は、基体２に流体が流れる溝を備えるとともに、溝の両側に凹部９を備えており、蓋３の両端に、基体２の凹部９と嵌合される凸部８を備えていることが好適である。なお、図２に示す構造のセラミック接合体１において、浅い領域５ｂを有さず、一つの領域のみの流路であれば、流体の流速が抑えられていないことから、凸部８と凹部９とが嵌合された隙間には流体が浸入しやすく、接合
層６を劣化させて、流体が漏洩してしまう。
【００２８】
これに対し、基体２に流体が流れる溝を備えるとともに、溝の両側に凹部９を備えており、蓋３の両端に、基体２の凹部９と嵌合される凸部８を備えるときには、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していることによって、浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させることができるとともに、凸部８と凹部９とが嵌合されていることによって、流体の浸入を抑制することができるので、接合層６の劣化による流体の漏洩のおそれをより少なくすることができる。そのため、図１に示す例のセラミック接合体１よりも長期間にわたって使用することのできるセラミック接合体１となる。
【００２９】
また、このように凸部８と凹部９とが嵌合された構造とすることにより、位置決めが容易となり、図１に示す例のセラミック接合体１よりも、接合面積を少なくすることができるので、使用する接合剤の量を減らすことができる。
【００３０】
図３は、本実施形態のセラミック接合体１のさらに他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。
【００３１】
図３に示すように、本実施形態のセラミック接合体１は、溝の壁面10と蓋３の両端に設けられた凸部８の側面とが接合面である構造とすることにより、図２に示す例のセラミック接合体１と同様に、浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させることができるとともに、凸部８と凹部９とが嵌合されていることによって流体の浸入を抑制しているので、接合層６の劣化による流体の漏洩のおそれを少なくすることができる。
【００３２】
また、上記構造とすることにより、溝の壁面10と蓋３の両端に設けられた凸部８の側面との間には接合剤が充填されて、凹部９の深さに相当する接合層６が流体の漏洩の障壁となるので、図２に示す構造のセラミック接合体１よりも、流体の漏洩のより少ないセラミック接合体１とすることができる。さらに、図３に示すように、凹部９の深さと凸部８の高さとを揃えて嵌合することにより、図２に示す例のセラミック接合体１よりも、蓋３が接合されてなる基体２の表面（図３（ａ）の図示面）を容易に平坦にすることができる。
【００３３】
また、本実施形態のセラミック接合体１は、アルミナ，ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化珪素，炭化珪素などの非酸化物セラミックスを適用することが可能であるが、基体２と蓋３とが同材質のセラミックスからなることが好ましい。これにより、流路５を流す流体の温度によって、熱膨張率の違いで寸法差が生じることが少なく、材質の異なるセラミックスで構成された接合体と比較して、接合層６が劣化しにくいので、基体２と蓋３との接合力が低下したり、流体が漏洩したりするおそれを少なくすることができる。
【００３４】
特に、本実施形態のセラミック接合体１は、基体２と蓋３とが高純度のアルミナ質焼結体からなることが好ましい。具体的には、純度が95％以上の高純度のアルミナ質焼結体を用いることにより、腐食性の高い流体に対する耐食性を向上させることが可能となる。
【００３５】
次に、本実施形態のセラミック接合体１の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、基体２および蓋３の成形体を得る工程について説明する。純度が90％以上であり平均粒径が１μｍ程度のセラミック原料を用意し、これに焼結助剤，バインダ，溶媒および分散剤等を所定量添加して混合したスラリーを噴霧乾燥造粒法（スプレードライ法）により造粒し、２次原料とする。
【００３７】
このときに用いるセラミック原料としては、アルミナ，ジルコニアなどの酸化物セラミックスや、窒化珪素，炭化珪素などの非酸化物セラミックスを適用することが可能であるが、腐食性の高い流体が流路５を流れる場合には、純度が95％以上であり、平均粒径が１μｍ以下の高純度のアルミナセラミック原料を用いることが好適であり、これにより、耐食性に優れたセラミック接合体１とすることができる。
【００３８】
次に、噴霧乾燥して造粒した２次原料を所定形状のゴム型内へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外し、所定形状の基体２および蓋３となるように成形体に切削加工を施す。
【００３９】
ここで、例えば基体２が溝を有する構造の場合において、基体２となる成形体については、一方の主面（上面）に流路５となる溝を形成する。なお、図１に示す構造であれば、基体２となる成形体には、深い領域５ａとなる溝を形成し、図２および図３に示す構造であれば、基体２となる成形体には、深い領域５ａおよび浅い領域５ｂとなる溝とともに凹部９を形成する。
【００４０】
また、蓋３となる成形体については、図１に示す構造であれば、基体２との接合面側に深い領域５ａの一部と浅い領域５ｂとなる溝を形成する。図２および図３に示す構造であれば、流体の流れる方向に沿って蓋３の両脇に凸部を形成する。
【００４１】
また、基体２となる成形体および蓋３となる成形体の少なくとも２箇所に、流路５に通ずる流体の出入口４を形成する。ここで、流体の出入口４は、用途や目的に合わせて、基体２および蓋３にそれぞれ設けても、基体２のみに設けても、蓋３のみに設けてもよい。
【００４２】
例えば、流体の入口および出口を基体２側とするのであれば、少なくとも２箇所の出入口４を基体２となる成形体のみに設ければよく、流体の入口および出口を蓋３側とするのであれば、少なくとも２箇所の出入口４を蓋３となる成形体のみに設ければよい。また、流体の入口側と出口側とが基体２と蓋３との異なる側にあるのであれば、基体２となる成形体および蓋３となる成形体のそれぞれに出入口４を設ければよい。そして、基体２および蓋３となる成形体を大気雰囲気中において1500℃以上1700℃以下の温度で焼成することにより、全体の気孔率が１％以下であり、十分に緻密化された基体２と蓋３とを得ることができる。
【００４３】
次に、基体２と蓋３とを接合する工程について説明する。接合に用いる接合剤としては、エポキシなどの樹脂系接着剤、ガラス，無機接着剤を用いることができる。以下にエポキシ樹脂系接着剤を用いた例について説明する。図１に示す構造の基体２と蓋３とを接合する場合には、基体２または蓋３のいずれかの接合面に接着剤を塗布した後、基体２と蓋３との接合面を重ね合わせて、50℃以上に加熱して乾燥させることによって、図１に示す構造のセラミック接合体１を得ることができる。
【００４４】
また、図２に示す構造の基体２と蓋３とを接合する場合には、基体２に設けた凹部９に接着剤を適量流し込み、基体２の凹部９に蓋３の凸部８を嵌め合わせて、50℃以上に加熱して乾燥させることによって、図２に示す構造のセラミック接合体１を得ることができる。
【００４５】
また、図３に示す構造の基体２と蓋３とを接合する場合には、基体２の凹部９に蓋３の凸部８を嵌め合わせた後、接着剤を溝の壁面10と凸部８の側面の間に流し込み、その後50℃以上の温度で加熱して乾燥させることによって、図３に示す構造のセラミック接合体１を得ることができる。
【００４６】
そして、基体２および蓋３で構成される本実施形態のセラミック接合体１を板状とすることにより、載置物の支持に用いる支持体に好適なものとすることができる。この支持体によれば、基体２または蓋３の主面を上面として載置物を支持し、内部の流路５を加熱または冷却された流体が流れることにより、本実施形態のセラミック接合体１である支持体を介して載置物を安定して加熱または冷却することができる。
【実施例１】
【００４７】
本実施形態のセラミック接合体１の実施例について以下に示す。
【００４８】
図１に示す構造のセラミック接合体１を作製し、流路５に長期間にわたって80〜120℃
に加熱された流体を流し、流体の漏洩がないかどうか確認する試験を実施した。
【００４９】
まず、セラミック原料として、純度が99％であり、平均粒径が１μｍのアルミナを用意し、これに焼結助剤，バインダ，溶媒および分散剤を所定量添加して混合したスラリーを、噴霧乾燥造粒法（スプレードライ法）により造粒し、２次原料を得た。次に、この２次原料を所定形状のゴム型内へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外した。
【００５０】
そして、ゴム型から取り外した成形体に、図１に示す基体２の外形状となるように切削加工を施すとともに、接合によって形成される流路５において、深い領域５ａとなる溝を一方の主面（上面）に形成した。また、図１に示す蓋３の外形状となるように切削加工を施すとともに、基体２との接合面側に深い領域５ａの一部と浅い領域５ｂとなる溝を形成した。
【００５１】
また、フライス盤あるいは万能研削盤を用いて、基体２となる成形体の一方の主面に形成した溝において、接合によって形成される流路５の一端となる位置から他方の主面までを貫く流体の出入口４を１箇所形成した。また、蓋３となる成形体に形成した溝において、接合によって形成される流路５の他端となる位置に流体の出入口４を１箇所形成した。その後、基体２および蓋３となる成形体を焼成炉に入れて、大気雰囲気中において1600℃の温度で焼成し、全体の気孔率が１％以下である基体２および蓋３の焼結体を得た。
【００５２】
次に、基体２と蓋３との接合を実施した。接合剤として市販のエポキシ樹脂系の接着剤を準備し、これを基体２の接合面に１ｍｍ以下の厚さで塗布した後、基体２と蓋３とを重ね合わせて、熱風乾燥機内で50℃以上の温度で５時間以上加熱して乾燥させることによって、基体２と蓋３とを接合して図１に示す構造のセラミック接合体１を得た。
【００５３】
また、蓋３の基体２との接合面側に深い領域５ａの一部となる部分のみとなる溝を形成したこと以外は、上述した材料および製造方法により、基体２と蓋３とが接合されることによって、流路５が本実施形態における深い領域５ａのみからなる比較例のセラミック接合体を得た。
【００５４】
そして、図１に示す構造のセラミック接合体１および比較例のセラミック接合体の流体の出入口４に、流体を流すための配管を接続し、他の装置で使用された温度80〜120℃で10％以下の酸を含む蒸気を、流路５内へ加圧して流す試験を実施した。
【００５５】
その結果、比較例のセラミック接合体は、図１に示す構造のセラミック接合体１よりも先に流体の漏洩が確認された。ここで試験を終了し、図１に示す構造のセラミック接合体１および比較例のセラミック接合体をそれぞれ切断して確認したところ、比較例のセラミック接合体は、接合層の一部が劣化し剥がれた状態であり、その部分から流体が漏洩していたことが分かった。これに対し、図１に示す構造のセラミック接合体１は、流路に露出
している接合層に若干の劣化が見られた程度であった。
【実施例２】
【００５６】
図２および図３に示す構造のセラミック接合体１を作製した。
【００５７】
まず、実施例１と同様の方法で成形まで行ない、ゴム型から取り外した成形体に、図２および図３に示す基体２の外形状となるように切削加工を施した。また、接合によって形成される流路５において、深い領域５ａおよび浅い領域５ｂとなる溝とともに凹部９を形成した。また、図２および図３に示す蓋３の外形状となるように切削加工を施すとともに、流体の流れる方向に沿って蓋３の両脇に凸部８を形成した。
【００５８】
また、出入口４については、実施例１と同様の位置となるように、基体２と蓋３とにそれぞれ形成した。その後、基体２および蓋３となる成形体を焼成炉に入れて、大気雰囲気中において1600℃の温度で焼成し、全体の気孔率が１％以下である基体２および蓋３の焼結体を得た。
【００５９】
そして、図２に示す構造の基体２と蓋３とを接合した。基体２に設けた凹部９に接着剤を適量流し込み、基体２の凹部９に蓋３の凸部８を嵌め合わせて、50℃以上に加熱して乾燥させることによって、図２に示す構造のセラミック接合体１を得た。
【００６０】
また、図３に示す構造の基体２と蓋３とを接合した。基体２の凹部９に蓋３の凸部８を嵌め合わせた後、接着剤を溝の壁面10と凸部８の側面の間に流し込み、その後50℃以上の温度で加熱して乾燥させることによって、図３に示す構造のセラミック接合体１を得た。
【００６１】
そして、図２および図３に示す構造のセラミック接合体１を用いて、それぞれのセラミック接合体１の流体の出入口４に、流体を流すための配管を接続し、実施例１と同様に、温度80〜120℃で10％以下の酸を含む蒸気を、流路５内へ加圧して流す試験を実施した。
【００６２】
その結果、図２および３に示す構造のセラミック接合体１は、実施例１で流体の漏洩が確認された比較例のセラミック接合体の試験期間の３倍を超える期間においても、図２および図３に示す構造のセラミック接合体１については、流体の漏洩は確認されなかった。これにより、流体の流れる方向に流路５を断面視したとき、深さの深い領域５ａの両側に浅い領域５ｂを有していることによって、浅い領域５ｂを流れる流体の流速を低下させることができるとともに、凸部８と凹部９とが嵌合されていることによって、流体の浸入を抑制することができるので、接合層６の劣化による流体の漏洩のおそれをより少なくできることが確認できた。また、この結果より、図２および図３に示す構造のセラミック接合体１は、腐食性の高い流体を流すことのできる流路５を備え、載置物を支持することのできる支持体として好適に使用できることがわかった。
【実施例３】
【００６３】
次に、図１に示す構造のセラミック接合体１について、基体２をアルミナで形成し、蓋３をアルミナ，炭化珪素およびジルコニアの３種類の材質を用いて製造して、基体２と蓋３を接合し、流路５に一定時間流体を流し、室温まで冷却する熱サイクルをかける耐久試験を実施した。
【００６４】
まず、基体２とアルミナ製の蓋３とについては、実施例１と同様の方法で作製した。
【００６５】
また、ジルコニア製の蓋３については、Ｙ２Ｏ３添加量を３ｍｏｌ％とし、共沈法により作製された平均粒径が0.1μｍの市販のジルコニア１次原料を購入し、これにバインダ
，溶媒および分散剤を所定量添加して混合したスラリーを噴霧乾燥造粒法（スプレードラ
イ法）により造粒し、２次原料を得た。次に、この２次原料を所定形状のゴム型へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外した。そして、成形後の切削加工については、実施例１と同様の方法で行ない、その後、焼成炉に入れて、大気雰囲気中において1400℃の温度で焼成し、純度95％以上のジルコニア質焼結体からなる蓋３を得た。
【００６６】
また、炭化珪素製の蓋３については、平均粒径が0.5〜10μｍ，純度が99〜99.8％以上
の炭化珪素１次原料に、焼結助剤，バインダ，溶媒および分散剤を所定量添加して混合したスラリーを、噴霧乾燥造粒法（スプレードライ法）により造粒し、２次原料を得た。次に、この２次原料を所定形状のゴム型へ投入し、静水圧プレス成形法（ラバープレス法）により成形し、その後、成形体をゴム型から取り外した。そして、成形後の切削加工については、実施例１と同様の方法で行ない、その後、焼成炉に入れて、非酸化雰囲気中において2100℃の温度で焼成し、純度99％以上の炭化珪素質焼結体からなる蓋３を得た。
【００６７】
その後、アルミナ，ジルコニアおよび炭化珪素からなる蓋３と、アルミナからなる基体２とを実施例１と同様の製造方法を用いて接合し、蓋３の材質のみ異なる３種類の図１に示す構造のセラミック接合体１を得た。
【００６８】
そして、得られた各セラミック接合体１について、実施例１と同様の流体を流路５に10分間流し、その後室温まで空冷する熱サイクルをかける耐久試験を実施したところ、ジルコニアからなる蓋３を用いたもの、炭化珪素からなる蓋３を用いたものの順で流体の漏洩が確認された。
【００６９】
そして、炭化珪素からなる蓋３を用いたセラミック接合体１に流体の漏洩が確認された後に、実施例３で用いたすべてのセラミック接合体１について、切断して確認したところ、ジルコニアからなる蓋３を用いたもの、炭化珪素からなる蓋３を用いたものについては、いずれも流路５に露出している接合層６に亀裂が見られた。特に、ジルコニア製の蓋３を用いたものは、接合層６に大きな亀裂が見られた。これに対し、基体２と蓋３とが同じ材質であるアルミナからなるセラミック接合体１は、亀裂は見られず、亀裂の大きさに違いがあることから、基体２と蓋３との材質が異なることによる熱膨張差が亀裂の発生に起因していると考えられ、セラミック構造体１を構成する基体２と蓋３とは同材質からなることが好適であることが確認された。
【符号の説明】
【００７０】
１：セラミック接合体
２：基体
３：蓋
４：出入口
５：流路
５ａ：深さの深い領域
５ｂ：深さの浅い領域
６：接合層
８：凸部
９：凹部
10：溝の壁面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、該基体に接合層を介して接合された蓋とを備えたセラミック接合体であって、前記基体と前記蓋とで形成される空間が流体の流路とされ、前記流体の流れる方向に前記流路を断面視したとき、深さの深い領域の両側に浅い領域を有していることを特徴とするセラミック接合体。
【請求項２】
前記基体に前記流体が流れる溝を備えるとともに、該溝の両側に凹部を備えており、前記蓋の両端に、前記基体の前記凹部と嵌合される凸部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のセラミック接合体。
【請求項３】
前記溝の壁面と前記蓋の両端に設けられた前記凸部の側面とが接合面であることを特徴とする請求項２に記載のセラミック接合体。
【請求項４】
前記基体と前記蓋とが同材質のセラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミック接合体。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミック接合体を載置物の支持に用いたことを特徴とする支持体。
【請求項１】
基体と、該基体に接合層を介して接合された蓋とを備えたセラミック接合体であって、前記基体と前記蓋とで形成される空間が流体の流路とされ、前記流体の流れる方向に前記流路を断面視したとき、深さの深い領域の両側に浅い領域を有していることを特徴とするセラミック接合体。
【請求項２】
前記基体に前記流体が流れる溝を備えるとともに、該溝の両側に凹部を備えており、前記蓋の両端に、前記基体の前記凹部と嵌合される凸部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のセラミック接合体。
【請求項３】
前記溝の壁面と前記蓋の両端に設けられた前記凸部の側面とが接合面であることを特徴とする請求項２に記載のセラミック接合体。
【請求項４】
前記基体と前記蓋とが同材質のセラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミック接合体。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のセラミック接合体を載置物の支持に用いたことを特徴とする支持体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−９１９７９（Ｐ２０１２−９１９７９Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４２１０３（Ｐ２０１０−２４２１０３）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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