金属材料により規定される熱膨張係数に調整された組成を有するセラミック材料
セラミック材料はその使用条件に基づいて電位を分離するために金属と物質結合、たとえば接着またははんだ付けにより接合させなくてはならない場合に、熱負荷時に金属とセラミックとの熱膨張係数の違いに基づいて応力が生じる。金属は通常、セラミックよりも膨張率が高いため、セラミックは亀裂を生じるか、あるいははく離することさえある。セラミック層中の亀裂またははく離によって電位平衡に基づいてセラミック中の欠陥を介して短絡が生じる。従って本発明により、高い熱膨張係数を有するセラミックのベース材料に、実質的に該材料よりも低い熱膨張係数を有する少なくとも１の別のセラミック材料の割合を、該組成物から生じる材料の熱膨張係数が、該材料と物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数と一致するような量で添加することを提案する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック材料の熱膨張係数が、物質結合により接合される金属材料により規定される熱膨張係数と一致するように調整された組成を有する非導電性のセラミック材料、ならびにその製造方法に関する。
【０００２】
非導電性セラミック材料は、１５ｋＶ／ｍｍより高いこともありうるその高い絶縁破壊抵抗に基づいて、電位を分離するために使用される。電位を分離するための使用条件によってセラミック材料を物質結合により、たとえば接着またはハンダ付けによって金属と接合させなくてはならない場合、熱負荷の際に金属とセラミックとの異なった熱膨張係数に基づいて応力が生じる。たとえば酸化アルミニウムの熱膨張係数は７×１０-6／Ｋであり、酸化ジルコニウムの熱膨張係数は１０×１０-6／Ｋである。鋼の熱膨張係数は、その合金成分に応じて、９〜１４×１０-6／Ｋであり、たとえば慣用の炭素鋼は１３×１０-6／Ｋ、低炭素鋼は１２×１０-6／Ｋである。セラミックと金属との接合は通常、接着またはハンダ付け、たとえばはんだガラスによって行われる。しかし接着剤またははんだは、熱負荷の際に金属とセラミックとの間で現れる応力の違いを解消するものではない。金属は通常、セラミックよりも熱膨張率が高いので、セラミックは亀裂を生じるか、またははく離することもある。金属上のセラミック層が亀裂またははく離によって損傷されると、セラミック中の欠陥を介して電位平衡に基づいた短絡が生じる。
【０００３】
理論的には、金属の熱膨張係数を、相応する合金組成によって、該金属上に固定されるセラミック材料の熱膨張係数に合わせて調整することは可能である。しかし通常は、たとえば高温用燃料電池の場合、その適用およびこのことにより条件付けられる機能的もしくは化学的要求によって金属の材料組成の変更は許されない。セラミック材料の特性は、その絶縁破壊抵抗、その密度、多孔度ならびに化学的および機械的作用に対する抵抗性に関して同様に維持されなくてはならない。
【０００４】
特許文献ＤＥ１９５３８０３４Ｃ１から、少なくとも１の電気絶縁層を有する高温用燃料電池が公知であり、該層は溶射によって鋼上に施与される。セラミック材料には、電気絶縁特性が良好であるが、金属上への付着が劣る材料が存在し、また金属上での付着は良好であるが、電気絶縁特性は要求を満足するものではない材料も存在する。この理由から、前記の特許に記載されているように、まず良好な付着性を有する酸化ジルコニウムからなる層が施与され、かつ引き続き良好な電気絶縁特性を有する高純度の酸化アルミニウムからなる層が施与される。それでもなお、酸化ジルコニウムと金属との間には、接着促進剤からなる層が必要である。特性を改善するために、複数の層が交互に数回施与され、かつ細孔は追加の層によって閉鎖される。このような製造方法は高価である。
【０００５】
従って本発明の課題は、その熱膨張係数が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に合わせて調整されているセラミック材料を見出すことである。
【０００６】
前記課題は、請求項１で請求されているセラミック材料によって、および該材料を製造するための請求項１５に記載の方法によって解決される。本発明の有利な実施態様は、従属請求項で請求されている。
【０００７】
本発明によるセラミック材料のベース材料のための１つの実施例は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である。純粋な酸化マグネシウムの熱膨張係数は、２０〜８００℃の範囲で１４×１０-6／Ｋである。酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、またはこれらの混合物の適切な添加によって、あるいはＭｇＡｌ2Ｏ4の添加によって、そのつど、その熱膨張係数が金属材料、たとえば鋼の熱膨張係数に適合されている組成の材料を製造することができる。規定の温度範囲内での熱負荷の際に、本発明による材料の特性、たとえば熱伝導率、熱膨張係数、曲げ強さまたは密度は基本的に、たとえば新たな相の顕著な形成によって変化してはならない。特に透過する細孔、つまり通気孔が現れてはならない。
【０００８】
材料によって条件付けられる不純物によって、特にＣａＯまたはＳｉＯ2によって、あるいはまた３質量％までのその適切な添加によって、新たな材料の焼結温度は、純粋なＭｇＯに対して、１４００℃〜１５５０℃の範囲にまで低下する。
【０００９】
不純物または純粋なＭｇＯへの酸化物材料の適切な添加によって、ＭｇＯの熱膨張係数もドープ成分１質量％あたり０．２５×１０-6／Ｋまで低下する。
【００１０】
ＭｇＯへ添加すると、実質的にその他の材料よりも早くＭｇＯの熱膨張係数を低下させるセラミック材料が存在する。たとえばＡｌ2Ｏ3をＭｇＯに添加する場合、ＭｇＯの熱膨張係数は、同じ量のＺｒＯ2を添加する場合よりも実質的に早く低下する。以下の表における対比からことのことは明らかである。そのつどの熱膨張係数を達成するために、そのつどＺｒＯ2およびＡｌ2Ｏ3の量が質量％で記載されており、百分率として合計して１００質量％までＭｇＯが添加される。この表ではすでにＭｇＯの熱膨張係数を低下させる、製造条件に基づいた不純物が考慮されているので、合計して１００質量％となるＭｇＯの実際の熱膨張係数は１３．８×１０-6／Ｋであり、かつここから低下が開始する。ＺｒＯ2を１０質量％まで添加する場合、またはＡｌ2Ｏ3を２．５質量％まで添加する場合、添加とＭｇＯの熱膨張係数のそのつどの低下との間にほぼ線状の関連性が存在する。Ａｌ2Ｏ3を１質量％添加する場合、ＭｇＯの熱膨張係数は０．２×１０-6／Ｋ低下する。この場合、ＭｇＯが既に製造条件に基づいて約１質量％のＡｌ2Ｏ3を不純物として含有していることは取るに足らないものである。酸化ジルコニウムは約９９．９％と極めて高い純度を有しているので、その不純物は無視することができる程度である。
【００１１】
【表１】
【００１２】
記載されているＺｒＯ2ならびにＡｌ2Ｏ3の添加量の関連によって、そのつど、添加量の中間値を確認することができる曲線の推移をプロットすることができる。
【００１３】
表から明らかであるように、ＭｇＯの熱膨張係数の大まかな変化のために、まずＡｌ2Ｏ3を添加し、正確な調整のためにＺｒＯ2を添加することができる。このことを実施例に基づいて詳細に説明する：
１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有する鋼を設定する。本発明によるセラミック材料の熱膨張係数は、以下の場合にこの値に調整される：
ａ）ＭｇＯ９０質量％に、１０質量％の割合のＺｒＯ2を添加する、
ｂ）ＭｇＯ９７．５質量％に、２．５質量％の割合のＡｌ2Ｏ3を添加する、
ｃ）ＭｇＯ９３．７５質量％に、１．２５質量％の割合のＡｌ2Ｏ3と、５質量％の割合のＺｒＯ2を添加する。
【００１４】
以下では実施例に基づいて本発明による材料の製造を記載する。該材料からたとえば薄板、有利には１ｍｍ未満の板を製造する。その際、有利にはｄ５０＜１０μｍの粒径を有する微粒子状の粉末を使用する。ＺｒＯ2の場合には、ｄ５０＜１μｍの粒径を有する単斜晶系の微粒子状粉末が有利である。焼結前成形体の形状付与は、フィルムキャスト法により行うが、しかしまたドライプレス法により行うこともできる。
【００１５】
焼結前成形体は、ガスもしくは電気により加熱される炉中、１５００℃〜１６００℃の温度で、非反応性のベーキングプレート、たとえば焼結マグネシアからなるプレート上に載せて、理論密度が＞９５％になるまで焼結する。金属材料の熱膨張係数に調整するために、ＺｒＯ2を使用する場合には、堆積したＺｒＯ2を有する焼結マグネシア材料が生じるか、もしくはＡｌ2Ｏ3を使用した場合には、ＭｇＡｌ2Ｏ4の割合を有する焼結マグネシア材料が生じる。
【００１６】
前記の材料から製造されるセラミックシートをたとえばハンダガラスによって２枚の金属接合相手の間に接着する。２枚の鋼板の間に接着された厚さ０．４ｍｍのセラミック板からなる複合材料を、空気中および還元雰囲気中で９００℃まで繰り返し加熱した。その際、金属の接合相手は５Ｖまでの電位差を維持していた。このような複合材料は、−２０℃〜９００℃の範囲での温度変化において機械的に安定している。
【００１７】
規定の熱膨張係数に調整するための材料組成に関するａ）、ｂ）およびｃ）に記載した実施例に基づいて、焼結セラミック体の製造を詳細に説明する。
【００１８】
実施例ａ）について：
ベース材料として製造条件による通常の不純物を含有し、ｄ５０＝１０μｍの粒径を有し、電融されたＭｇＯ ４５００ｇおよびｄ５０＝０．５μｍの粒径を有する単斜晶系のＺｒＯ2 ５００ｇからセラミックスラリーを製造した。従って質量比はＭｇＯ ９０％（不純物も含む）対ＺｒＯ2 １０％であった。ＭｇＯは、不純物として質量％で記載して０．３％のＣａＯ、０．４％のＳｉＯ2、０．５％のＡｌ2Ｏ3および０．１％のその他の酸化物、たとえばＦｅ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を含有していた。
【００１９】
溶剤として、キシレン９２０ｇおよびブタノール３０５０ｇの混合物を使用し、結合剤としてＰＶＢ８００ｇ、可塑剤としてフタル酸エステルを２７０ｇおよび分散剤として魚油を５０ｇ使用した。該スラリーをドクターブレード法によりシートへと加工し、該シートは乾燥させた後で０．３ｍｍの厚さを有していた。
【００２０】
該シートから２００ｍｍ×２００ｍｍの板を打ち抜いて酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結し、その際、該シートは非反応性のベーキングトレイの上に置かれていた。焼結された、厚さ０．２ｍｍを有する板をレーザーによって成形した。
【００２１】
焼結の際に、単斜晶系ＺｒＯ2は正方晶系のＺｒＯ2へと変化し、かつＭｇＯ構造の中の粒内および粒界に堆積した。ＭｇＯの粒径は２０μｍ〜８０μｍであり、堆積したＺｒＯ2の粒径は約５μｍであった。この堆積の際に、Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2とからなる材料系から、曲げ強さの増大という公知の効果が得られた。純粋なＭｇＯの曲げ強さは５０〜７０ＭＰａであるが、これが１２０〜１５０ＭＰａの範囲に高められた。
【００２２】
実施例のセラミック成形部材は、２０℃〜８００℃の温度範囲で１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有しており、かつ１３６ＭＰａの曲げ強さを有していた。ＳＥＭ検査は、通気孔、つまり通過する細孔を示さなかった。孔径は５μｍ〜１０μｍであり、かつ密度は３．６ｇ／ｃｍ3であったが、これは理論密度の９５％に相応していた。絶縁破壊抵抗は２０ｋＶ／ｍｍを越えていた。
【００２３】
この成形部材を、ハンダガラスによって１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有する金属製の接合相手と接合した。空気中または還元性雰囲気中、８５０℃における熱サイクルで電気抵抗は維持された。
【００２４】
以下の実施例では酸化イットリウムによって部分的に安定化された酸化ジルコニウムを添加する。製造条件による通常の不純物を含有し、ｄ５０＝１０μｍの粒径を有する電融されたＭｇＯ ４５００ｇおよびＹ2Ｏ3 ５モル％を含有し、部分的に安定化された、ｄ５０＝１．０μｍの粒径を有するＺｒＯ2 ５００ｇから、セラミックスラリーを製造した。従って質量比は、ＭｇＯ９０％（不純物を含む）対ＺｒＯ2 １０％であった。ＭｇＯは、不純物として質量％でＣａＯ ０．３％、ＳｉＯ2 ０．４％、Ａｌ2Ｏ3 ０．５％およびその他の酸化物、たとえばＦｅ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を０．１％含有していた。ＺｒＯ2中の構造安定化Ｙ2Ｏ3が達成されるまで、全ての成分は熱膨張係数を低下させる。
【００２５】
溶剤としてキシレン９２０ｇおよびブタノール３０５０ｇの混合物を使用し、結合剤としてＰＶＢ８００ｇ、可塑剤としてフタル酸エステル２７０ｇ、および分散剤として魚油を５０ｇ使用した。該スラリーをドクターブレード法によりシートへと加工し、該シートは乾燥後に０．３ｍｍの厚さを有していた。
【００２６】
この方法経過は、前記の実施例に相応するものであった。
【００２７】
実施例のセラミック成形部材は、２０℃〜８００℃の温度範囲で１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有しており、かつ１３１ＭＰａの曲げ強さを有していた。ＳＥＭ検査は通気孔を示さなかった。孔径は５μｍ〜１０μｍであり、かつ密度は３．５３ｇ／ｃｍ3であったが、これは理論密度の９４％に相応した。絶縁破壊強度は２０ｋＶ／ｍｍを越えていた。
【００２８】
実施例ｂ）について：
ベース材料として製造条件による通常の不純物を含有し、ｄ５０＝１０μｍの粒径を有し、電融されたＭｇＯ ４５００ｇおよびｄ５０＝２．０μｍの粒径を有するＡｌ2Ｏ3 １１２．５ｇから、セラミックのスラリーを製造した。従って質量比はＭｇＯ ９７．５％（不純物も含む）対Ａｌ2Ｏ3 ２．５％であった。ＭｇＯは、不純物として質量％で記載して０．３％のＣａＯ、０．４％のＳｉＯ2、０．５％のＡｌ2Ｏ3および０．１％の別の酸化物、たとえばＦｅ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を含有していた。
【００２９】
溶剤として、キシレン９２０ｇおよびブタノール３０５０ｇの混合物を使用し、結合剤としてＰＶＢ８００ｇ、可塑剤としてフタル酸エステルを２７０ｇおよび分散剤として魚油を５０ｇ使用した。該スラリーをドクターブレード法によりシートへと加工し、該シートは乾燥させた後で０．３ｍｍの厚さを有していた。
【００３０】
該シートから２００ｍｍ×２００ｍｍの板を打ち抜いて酸化雰囲気中１５５０℃の温度で例ａ）における焼結条件と同じ条件で焼結し、その際、該シートは非反応性のベーキングプレートの上に置かれていた。焼結された、厚さ０．２ｍｍを有する板をレーザーによって成形した。
【００３１】
実施例のセラミック成形部材は、２０℃〜８００℃の温度範囲で１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有しており、かつ１１０ＭＰａの曲げ強さを有しており、５μｍ〜１０μｍの孔径を有する孤立気孔を有しており、かつ密度は３．３６ｇ／ｃｍ3であったが、これは理論密度の９５％以上に相応していた。絶縁破壊抵抗は２０ｋＶ／ｍｍを越えていた。
【００３２】
純粋なＡｌ2Ｏ3の代わりに、熱膨張係数を制御するために等量のＭｇＡｌ2Ｏ4をＭｇＯに添加することができる。その際、１質量％のＭｇＡｌ2Ｏ4は、０．７２質量％のＡｌ2Ｏ3に相応する。鋼の熱膨張係数である１３．３×１０-6／Ｋを達成するために、該物質混合物は、ＭｇＯ ９６．５５質量％およびＭｇＡｌ2Ｏ4 ３．４５質量％からなっている。方法の過程および焼結結果は、実施例ｂ）に記載したものに相応する。
【００３３】
実施例ｃ）について：
ベース材料として製造条件による通常の不純物を含有し、ｄ５０＝１０μｍの粒径を有し、電融されたＭｇＯ ４５００ｇおよびｄ５０＝２．０μｍの粒径を有するＡｌ2Ｏ3 ６０．０ｇおよびｄ５０＝０．５μｍの粒径を有する単斜晶系ＺｒＯ2 ２４０ｇから、セラミックのスラリーを製造した。従って質量比はＭｇＯ ９３．７５％（不純物も含む）対Ａｌ2Ｏ3 １．２５％およびＺｒＯ2 ５％であった。ＭｇＯは、不純物として質量％で記載して０．３％のＣａＯ、０．４％のＳｉＯ2、０．５％のＡｌ2Ｏ3および０．１％の別の酸化物、たとえばＦｅ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を含有していた。
【００３４】
溶剤として、キシレン９２０ｇおよびブタノール３０５０ｇの混合物を使用し、結合剤としてＰＶＢ８００ｇ、可塑剤としてフタル酸エステルを２７０ｇおよび分散剤として魚油を５０ｇ使用した。該スラリーをドクターブレード法によりシートへと加工し、該シートは乾燥させた後で０．３ｍｍの厚さを有していた。
【００３５】
該シートから２００ｍｍ×２００ｍｍの板を打ち抜いて酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結し、その際、該シートは非反応性のベーキングプレートの上に置かれていた。焼結された、厚さ０．２ｍｍを有する板をレーザーによって成形した。
【００３６】
実施例のセラミック成形部材は、２０℃〜８００℃の温度範囲で１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有しており、かつ１１５ＭＰａの曲げ強さを有しており、５μｍ〜１０μｍの孔径を有する孤立気孔を有しており、かつ密度は３．５ｇ／ｃｍ3であったが、これは理論密度の９４％に相応していた。絶縁破壊抵抗は２０ｋＶ／ｍｍを越えていた。
【００３７】
シートの代わりに成形体を製造することもできるが、この場合、その製造はドライプレス法により行うことができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック材料の熱膨張係数が、物質結合により接合される金属材料により規定される熱膨張係数と一致するように調整された組成を有する非導電性のセラミック材料、ならびにその製造方法に関する。
【０００２】
非導電性セラミック材料は、１５ｋＶ／ｍｍより高いこともありうるその高い絶縁破壊抵抗に基づいて、電位を分離するために使用される。電位を分離するための使用条件によってセラミック材料を物質結合により、たとえば接着またはハンダ付けによって金属と接合させなくてはならない場合、熱負荷の際に金属とセラミックとの異なった熱膨張係数に基づいて応力が生じる。たとえば酸化アルミニウムの熱膨張係数は７×１０-6／Ｋであり、酸化ジルコニウムの熱膨張係数は１０×１０-6／Ｋである。鋼の熱膨張係数は、その合金成分に応じて、９〜１４×１０-6／Ｋであり、たとえば慣用の炭素鋼は１３×１０-6／Ｋ、低炭素鋼は１２×１０-6／Ｋである。セラミックと金属との接合は通常、接着またはハンダ付け、たとえばはんだガラスによって行われる。しかし接着剤またははんだは、熱負荷の際に金属とセラミックとの間で現れる応力の違いを解消するものではない。金属は通常、セラミックよりも熱膨張率が高いので、セラミックは亀裂を生じるか、またははく離することもある。金属上のセラミック層が亀裂またははく離によって損傷されると、セラミック中の欠陥を介して電位平衡に基づいた短絡が生じる。
【０００３】
理論的には、金属の熱膨張係数を、相応する合金組成によって、該金属上に固定されるセラミック材料の熱膨張係数に合わせて調整することは可能である。しかし通常は、たとえば高温用燃料電池の場合、その適用およびこのことにより条件付けられる機能的もしくは化学的要求によって金属の材料組成の変更は許されない。セラミック材料の特性は、その絶縁破壊抵抗、その密度、多孔度ならびに化学的および機械的作用に対する抵抗性に関して同様に維持されなくてはならない。
【０００４】
特許文献ＤＥ１９５３８０３４Ｃ１から、少なくとも１の電気絶縁層を有する高温用燃料電池が公知であり、該層は溶射によって鋼上に施与される。セラミック材料には、電気絶縁特性が良好であるが、金属上への付着が劣る材料が存在し、また金属上での付着は良好であるが、電気絶縁特性は要求を満足するものではない材料も存在する。この理由から、前記の特許に記載されているように、まず良好な付着性を有する酸化ジルコニウムからなる層が施与され、かつ引き続き良好な電気絶縁特性を有する高純度の酸化アルミニウムからなる層が施与される。それでもなお、酸化ジルコニウムと金属との間には、接着促進剤からなる層が必要である。特性を改善するために、複数の層が交互に数回施与され、かつ細孔は追加の層によって閉鎖される。このような製造方法は高価である。
【０００５】
従って本発明の課題は、その熱膨張係数が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に合わせて調整されているセラミック材料を見出すことである。
【０００６】
前記課題は、請求項１で請求されているセラミック材料によって、および該材料を製造するための請求項１５に記載の方法によって解決される。本発明の有利な実施態様は、従属請求項で請求されている。
【０００７】
本発明によるセラミック材料のベース材料のための１つの実施例は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である。純粋な酸化マグネシウムの熱膨張係数は、２０〜８００℃の範囲で１４×１０-6／Ｋである。酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）または酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、またはこれらの混合物の適切な添加によって、あるいはＭｇＡｌ2Ｏ4の添加によって、そのつど、その熱膨張係数が金属材料、たとえば鋼の熱膨張係数に適合されている組成の材料を製造することができる。規定の温度範囲内での熱負荷の際に、本発明による材料の特性、たとえば熱伝導率、熱膨張係数、曲げ強さまたは密度は基本的に、たとえば新たな相の顕著な形成によって変化してはならない。特に透過する細孔、つまり通気孔が現れてはならない。
【０００８】
材料によって条件付けられる不純物によって、特にＣａＯまたはＳｉＯ2によって、あるいはまた３質量％までのその適切な添加によって、新たな材料の焼結温度は、純粋なＭｇＯに対して、１４００℃〜１５５０℃の範囲にまで低下する。
【０００９】
不純物または純粋なＭｇＯへの酸化物材料の適切な添加によって、ＭｇＯの熱膨張係数もドープ成分１質量％あたり０．２５×１０-6／Ｋまで低下する。
【００１０】
ＭｇＯへ添加すると、実質的にその他の材料よりも早くＭｇＯの熱膨張係数を低下させるセラミック材料が存在する。たとえばＡｌ2Ｏ3をＭｇＯに添加する場合、ＭｇＯの熱膨張係数は、同じ量のＺｒＯ2を添加する場合よりも実質的に早く低下する。以下の表における対比からことのことは明らかである。そのつどの熱膨張係数を達成するために、そのつどＺｒＯ2およびＡｌ2Ｏ3の量が質量％で記載されており、百分率として合計して１００質量％までＭｇＯが添加される。この表ではすでにＭｇＯの熱膨張係数を低下させる、製造条件に基づいた不純物が考慮されているので、合計して１００質量％となるＭｇＯの実際の熱膨張係数は１３．８×１０-6／Ｋであり、かつここから低下が開始する。ＺｒＯ2を１０質量％まで添加する場合、またはＡｌ2Ｏ3を２．５質量％まで添加する場合、添加とＭｇＯの熱膨張係数のそのつどの低下との間にほぼ線状の関連性が存在する。Ａｌ2Ｏ3を１質量％添加する場合、ＭｇＯの熱膨張係数は０．２×１０-6／Ｋ低下する。この場合、ＭｇＯが既に製造条件に基づいて約１質量％のＡｌ2Ｏ3を不純物として含有していることは取るに足らないものである。酸化ジルコニウムは約９９．９％と極めて高い純度を有しているので、その不純物は無視することができる程度である。
【００１１】
【表１】
【００１２】
記載されているＺｒＯ2ならびにＡｌ2Ｏ3の添加量の関連によって、そのつど、添加量の中間値を確認することができる曲線の推移をプロットすることができる。
【００１３】
表から明らかであるように、ＭｇＯの熱膨張係数の大まかな変化のために、まずＡｌ2Ｏ3を添加し、正確な調整のためにＺｒＯ2を添加することができる。このことを実施例に基づいて詳細に説明する：
１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有する鋼を設定する。本発明によるセラミック材料の熱膨張係数は、以下の場合にこの値に調整される：
ａ）ＭｇＯ９０質量％に、１０質量％の割合のＺｒＯ2を添加する、
ｂ）ＭｇＯ９７．５質量％に、２．５質量％の割合のＡｌ2Ｏ3を添加する、
ｃ）ＭｇＯ９３．７５質量％に、１．２５質量％の割合のＡｌ2Ｏ3と、５質量％の割合のＺｒＯ2を添加する。
【００１４】
以下では実施例に基づいて本発明による材料の製造を記載する。該材料からたとえば薄板、有利には１ｍｍ未満の板を製造する。その際、有利にはｄ５０＜１０μｍの粒径を有する微粒子状の粉末を使用する。ＺｒＯ2の場合には、ｄ５０＜１μｍの粒径を有する単斜晶系の微粒子状粉末が有利である。焼結前成形体の形状付与は、フィルムキャスト法により行うが、しかしまたドライプレス法により行うこともできる。
【００１５】
焼結前成形体は、ガスもしくは電気により加熱される炉中、１５００℃〜１６００℃の温度で、非反応性のベーキングプレート、たとえば焼結マグネシアからなるプレート上に載せて、理論密度が＞９５％になるまで焼結する。金属材料の熱膨張係数に調整するために、ＺｒＯ2を使用する場合には、堆積したＺｒＯ2を有する焼結マグネシア材料が生じるか、もしくはＡｌ2Ｏ3を使用した場合には、ＭｇＡｌ2Ｏ4の割合を有する焼結マグネシア材料が生じる。
【００１６】
前記の材料から製造されるセラミックシートをたとえばハンダガラスによって２枚の金属接合相手の間に接着する。２枚の鋼板の間に接着された厚さ０．４ｍｍのセラミック板からなる複合材料を、空気中および還元雰囲気中で９００℃まで繰り返し加熱した。その際、金属の接合相手は５Ｖまでの電位差を維持していた。このような複合材料は、−２０℃〜９００℃の範囲での温度変化において機械的に安定している。
【００１７】
規定の熱膨張係数に調整するための材料組成に関するａ）、ｂ）およびｃ）に記載した実施例に基づいて、焼結セラミック体の製造を詳細に説明する。
【００１８】
実施例ａ）について：
ベース材料として製造条件による通常の不純物を含有し、ｄ５０＝１０μｍの粒径を有し、電融されたＭｇＯ ４５００ｇおよびｄ５０＝０．５μｍの粒径を有する単斜晶系のＺｒＯ2 ５００ｇからセラミックスラリーを製造した。従って質量比はＭｇＯ ９０％（不純物も含む）対ＺｒＯ2 １０％であった。ＭｇＯは、不純物として質量％で記載して０．３％のＣａＯ、０．４％のＳｉＯ2、０．５％のＡｌ2Ｏ3および０．１％のその他の酸化物、たとえばＦｅ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を含有していた。
【００１９】
溶剤として、キシレン９２０ｇおよびブタノール３０５０ｇの混合物を使用し、結合剤としてＰＶＢ８００ｇ、可塑剤としてフタル酸エステルを２７０ｇおよび分散剤として魚油を５０ｇ使用した。該スラリーをドクターブレード法によりシートへと加工し、該シートは乾燥させた後で０．３ｍｍの厚さを有していた。
【００２０】
該シートから２００ｍｍ×２００ｍｍの板を打ち抜いて酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結し、その際、該シートは非反応性のベーキングトレイの上に置かれていた。焼結された、厚さ０．２ｍｍを有する板をレーザーによって成形した。
【００２１】
焼結の際に、単斜晶系ＺｒＯ2は正方晶系のＺｒＯ2へと変化し、かつＭｇＯ構造の中の粒内および粒界に堆積した。ＭｇＯの粒径は２０μｍ〜８０μｍであり、堆積したＺｒＯ2の粒径は約５μｍであった。この堆積の際に、Ａｌ2Ｏ3とＺｒＯ2とからなる材料系から、曲げ強さの増大という公知の効果が得られた。純粋なＭｇＯの曲げ強さは５０〜７０ＭＰａであるが、これが１２０〜１５０ＭＰａの範囲に高められた。
【００２２】
実施例のセラミック成形部材は、２０℃〜８００℃の温度範囲で１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有しており、かつ１３６ＭＰａの曲げ強さを有していた。ＳＥＭ検査は、通気孔、つまり通過する細孔を示さなかった。孔径は５μｍ〜１０μｍであり、かつ密度は３．６ｇ／ｃｍ3であったが、これは理論密度の９５％に相応していた。絶縁破壊抵抗は２０ｋＶ／ｍｍを越えていた。
【００２３】
この成形部材を、ハンダガラスによって１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有する金属製の接合相手と接合した。空気中または還元性雰囲気中、８５０℃における熱サイクルで電気抵抗は維持された。
【００２４】
以下の実施例では酸化イットリウムによって部分的に安定化された酸化ジルコニウムを添加する。製造条件による通常の不純物を含有し、ｄ５０＝１０μｍの粒径を有する電融されたＭｇＯ ４５００ｇおよびＹ2Ｏ3 ５モル％を含有し、部分的に安定化された、ｄ５０＝１．０μｍの粒径を有するＺｒＯ2 ５００ｇから、セラミックスラリーを製造した。従って質量比は、ＭｇＯ９０％（不純物を含む）対ＺｒＯ2 １０％であった。ＭｇＯは、不純物として質量％でＣａＯ ０．３％、ＳｉＯ2 ０．４％、Ａｌ2Ｏ3 ０．５％およびその他の酸化物、たとえばＦｅ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を０．１％含有していた。ＺｒＯ2中の構造安定化Ｙ2Ｏ3が達成されるまで、全ての成分は熱膨張係数を低下させる。
【００２５】
溶剤としてキシレン９２０ｇおよびブタノール３０５０ｇの混合物を使用し、結合剤としてＰＶＢ８００ｇ、可塑剤としてフタル酸エステル２７０ｇ、および分散剤として魚油を５０ｇ使用した。該スラリーをドクターブレード法によりシートへと加工し、該シートは乾燥後に０．３ｍｍの厚さを有していた。
【００２６】
この方法経過は、前記の実施例に相応するものであった。
【００２７】
実施例のセラミック成形部材は、２０℃〜８００℃の温度範囲で１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有しており、かつ１３１ＭＰａの曲げ強さを有していた。ＳＥＭ検査は通気孔を示さなかった。孔径は５μｍ〜１０μｍであり、かつ密度は３．５３ｇ／ｃｍ3であったが、これは理論密度の９４％に相応した。絶縁破壊強度は２０ｋＶ／ｍｍを越えていた。
【００２８】
実施例ｂ）について：
ベース材料として製造条件による通常の不純物を含有し、ｄ５０＝１０μｍの粒径を有し、電融されたＭｇＯ ４５００ｇおよびｄ５０＝２．０μｍの粒径を有するＡｌ2Ｏ3 １１２．５ｇから、セラミックのスラリーを製造した。従って質量比はＭｇＯ ９７．５％（不純物も含む）対Ａｌ2Ｏ3 ２．５％であった。ＭｇＯは、不純物として質量％で記載して０．３％のＣａＯ、０．４％のＳｉＯ2、０．５％のＡｌ2Ｏ3および０．１％の別の酸化物、たとえばＦｅ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を含有していた。
【００２９】
溶剤として、キシレン９２０ｇおよびブタノール３０５０ｇの混合物を使用し、結合剤としてＰＶＢ８００ｇ、可塑剤としてフタル酸エステルを２７０ｇおよび分散剤として魚油を５０ｇ使用した。該スラリーをドクターブレード法によりシートへと加工し、該シートは乾燥させた後で０．３ｍｍの厚さを有していた。
【００３０】
該シートから２００ｍｍ×２００ｍｍの板を打ち抜いて酸化雰囲気中１５５０℃の温度で例ａ）における焼結条件と同じ条件で焼結し、その際、該シートは非反応性のベーキングプレートの上に置かれていた。焼結された、厚さ０．２ｍｍを有する板をレーザーによって成形した。
【００３１】
実施例のセラミック成形部材は、２０℃〜８００℃の温度範囲で１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有しており、かつ１１０ＭＰａの曲げ強さを有しており、５μｍ〜１０μｍの孔径を有する孤立気孔を有しており、かつ密度は３．３６ｇ／ｃｍ3であったが、これは理論密度の９５％以上に相応していた。絶縁破壊抵抗は２０ｋＶ／ｍｍを越えていた。
【００３２】
純粋なＡｌ2Ｏ3の代わりに、熱膨張係数を制御するために等量のＭｇＡｌ2Ｏ4をＭｇＯに添加することができる。その際、１質量％のＭｇＡｌ2Ｏ4は、０．７２質量％のＡｌ2Ｏ3に相応する。鋼の熱膨張係数である１３．３×１０-6／Ｋを達成するために、該物質混合物は、ＭｇＯ ９６．５５質量％およびＭｇＡｌ2Ｏ4 ３．４５質量％からなっている。方法の過程および焼結結果は、実施例ｂ）に記載したものに相応する。
【００３３】
実施例ｃ）について：
ベース材料として製造条件による通常の不純物を含有し、ｄ５０＝１０μｍの粒径を有し、電融されたＭｇＯ ４５００ｇおよびｄ５０＝２．０μｍの粒径を有するＡｌ2Ｏ3 ６０．０ｇおよびｄ５０＝０．５μｍの粒径を有する単斜晶系ＺｒＯ2 ２４０ｇから、セラミックのスラリーを製造した。従って質量比はＭｇＯ ９３．７５％（不純物も含む）対Ａｌ2Ｏ3 １．２５％およびＺｒＯ2 ５％であった。ＭｇＯは、不純物として質量％で記載して０．３％のＣａＯ、０．４％のＳｉＯ2、０．５％のＡｌ2Ｏ3および０．１％の別の酸化物、たとえばＦｅ2Ｏ3およびＢ2Ｏ3を含有していた。
【００３４】
溶剤として、キシレン９２０ｇおよびブタノール３０５０ｇの混合物を使用し、結合剤としてＰＶＢ８００ｇ、可塑剤としてフタル酸エステルを２７０ｇおよび分散剤として魚油を５０ｇ使用した。該スラリーをドクターブレード法によりシートへと加工し、該シートは乾燥させた後で０．３ｍｍの厚さを有していた。
【００３５】
該シートから２００ｍｍ×２００ｍｍの板を打ち抜いて酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結し、その際、該シートは非反応性のベーキングプレートの上に置かれていた。焼結された、厚さ０．２ｍｍを有する板をレーザーによって成形した。
【００３６】
実施例のセラミック成形部材は、２０℃〜８００℃の温度範囲で１３．３×１０-6／Ｋの熱膨張係数を有しており、かつ１１５ＭＰａの曲げ強さを有しており、５μｍ〜１０μｍの孔径を有する孤立気孔を有しており、かつ密度は３．５ｇ／ｃｍ3であったが、これは理論密度の９４％に相応していた。絶縁破壊抵抗は２０ｋＶ／ｍｍを越えていた。
【００３７】
シートの代わりに成形体を製造することもできるが、この場合、その製造はドライプレス法により行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質結合により接合されている金属材料によって規定される熱膨張係数に合わせて調整された組成を有する非導電性セラミック材料において、高い熱膨張係数を有するセラミックのベース材料に、低い熱膨張係数を有する少なくとの１の別のセラミック材料の割合が添加されており、その添加量は、該組成物から製造される材料の熱膨張係数が、金属材料の熱膨張係数と一致する量であることを特徴とする、金属材料により規定される熱膨張係数に合わせて調整された組成を有する非導電性セラミック材料。
【請求項２】
高い熱膨張率を有するセラミック材料は、規定の熱膨張係数にほぼ近づけるための、熱膨張係数を顕著に低下させる作用を有する第一のセラミック材料の添加によって、および規定の熱膨張係数に正確に調整するための、熱膨張係数を低下させる作用が顕著でない第二のセラミック材料の添加によって、規定の熱膨張係数に調整されていることを特徴とする、請求項１記載のセラミック材料。
【請求項３】
ベース材料が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、該酸化マグネシウムに二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）が添加されており、その添加量は、これらから製造される材料が、物質結合により接合されている金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１または２記載のセラミック材料。
【請求項４】
金属材料が鋼合金であり、該鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつドープ成分および／または３質量％までの不純物がその中に包含されていて、このことにより不純物により条件付けられる熱膨張係数が１３．８×１０-6／ＫであるＭｇＯ９０質量％と、ＺｒＯ2１０質量％との物質混合物からなる、鋼板と接合されているセラミック体の材料は焼結されていることを特徴とする、請求項３記載のセラミック材料。
【請求項５】
曲げ強さ１３６ＭＰａ、細孔径５μｍ〜１０μｍを有する孤立気孔、理論密度の９５％に相当する密度３．６ｇ／ｃｍ3、および破壊強度２０ｋＶ／ｍｍ以上を有することを特徴とする、請求項４記載のセラミック材料。
【請求項６】
ベース材料が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、該酸化マグネシウムに酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）が添加されており、その添加量は、これらから製造された材料が、物質結合により接合されている金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１記載のセラミック材料。
【請求項７】
金属材料が鋼合金であり、該鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつドープ成分および／または３質量％までの不純物がその中に包含されていて、このことにより不純物により条件付けられる熱膨張係数が１３．８×１０-6／ＫであるＭｇＯ９７．５質量％と、Ａｌ2Ｏ3 ２．５質量％との物質混合物からなる、鋼板と接合されているセラミック体の材料は焼結されていることを特徴とする、請求項６記載のセラミック材料。
【請求項８】
曲げ破壊強さ１１０ＭＰａ、細孔径５μｍ〜１０μｍを有する孤立気孔、理論密度の９５％以上に相応する密度３．３６ｇ／ｃｍ3、および破壊強度２０ｋＶ／ｍｍ以上を有することを特徴とする、請求項７記載のセラミック材料。
【請求項９】
ベース材料が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、該酸化マグネシウムに、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）および酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）が添加されており、その添加量は、これらから製造される材料が、物質結合により接合されている金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１または２記載のセラミック材料。
【請求項１０】
鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつドープ成分および／または３質量％までの不純物がその中に包含されていて、このことにより不純物により条件付けられる熱膨張係数が１３．８×１０-6／ＫであるＭｇＯ９３．７５質量％と、Ａｌ2Ｏ3 １．２５質量％およびＺｒＯ2 ５質量％との物質混合物からなる、鋼板と接合されているセラミック体の材料は焼結されていることを特徴とする、請求項９記載のセラミック材料。
【請求項１１】
曲げ破壊強さ１１５ＭＰａ、細孔径５μｍ〜１０μｍを有する孤立気孔、理論密度の９４％に相応する密度３．５ｇ／ｃｍ3、および破壊強度２０ｋＶ／ｍｍ以上を有することを特徴とする、請求項１０記載のセラミック材料。
【請求項１２】
ベース材料が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、該酸化マグネシウムに、ＭｇＡｌ2Ｏ4が添加されており、その添加量は、これらから製造される材料が、物質結合により接合されている金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１記載のセラミック材料。
【請求項１３】
金属材料が鋼合金であり、鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつドープ成分および／または３質量％までの不純物がその中に包含されていて、このことにより不純物により条件付けられる熱膨張係数が１３．８×１０-6／ＫであるＭｇＯ９６．５５質量％と、ＭｇＡｌ2Ｏ4 ３．４５質量％との物質混合物からなる、鋼板と接合されているセラミック体の材料は焼結されていることを特徴とする、請求項１２記載のセラミック材料。
【請求項１４】
曲げ破壊強さ１１０ＭＰａ、細孔径５μｍ〜１０μｍを有する孤立気孔、理論密度の９５％以上に相応する密度３．３６ｇ／ｃｍ3、および破壊強度２０ｋＶ／ｍｍ以上を有することを特徴とする、請求項１３記載のセラミック材料。
【請求項１５】
セラミック材料の熱膨張係数が、物質結合により接合される金属材料によって規定される熱膨張係数と一致するように調整されている非導電性のセラミック材料の製造方法において、高い熱膨張係数を有するセラミックのベース材料に、該材料よりも低い熱膨張係数を有する少なくとも１の別のセラミック材料の割合を添加し、その添加量は、該組成物から製造される材料の熱膨張係数が、金属材料の熱膨張係数と一致する量であることを特徴とする、非導電性のセラミック材料の製造方法。
【請求項１６】
セラミック材料にまず熱膨張係数を顕著に低下させる作用を有する第一のセラミック材料を添加して規定の熱膨張係数にほぼ近づけ、次いで熱膨張係数を顕著に低下させない作用を有する第二のセラミック材料を添加して、規定の熱膨張係数になるよう正確に調整することによって、高い熱膨張係数を有するセラミック材料を規定の熱膨張係数に調整することを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
ベース材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）を添加し、その添加量は、製造される材料が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも製造により条件付けられる慣用の不純物と、金属材料の規定の熱膨張係数に調整するために添加された量のＺｒＯ2を含有するベース材料であるＭｇＯから焼結前成形体を製造し、該成形体を酸化雰囲気中で１５５０℃の温度で焼結して孤立気孔を有する材料からなる焼結体が得られることを特徴とする、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
金属材料が鋼合金であり、鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつ鋼板と接合される、不純物により条件付けられる熱膨張係数１３．８×１０-6／Ｋを有するＭｇＯ９０質量％と、ＺｒＯ2 １０質量％との物質混合物からなるセラミック体の材料を焼結することを特徴とする、請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
ベース材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を添加し、その添加量は、製造される材料が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも製造により条件付けられる慣用の不純物と、金属材料の規定の熱膨張係数に調整するために添加された量のＡｌ2Ｏ3とを含有するベース材料であるＭｇＯから焼結前成形体を製造し、該成形体を、酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結して、孤立気孔を有する材料からなる焼結体が得られることを特徴とする、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
金属材料が鋼合金であり、該鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつ鋼板と接合される、不純物により条件付けられる熱膨張係数１３．８×１０-6／Ｋを有するＭｇＯ９７．５質量％と、Ａｌ2Ｏ3 ２．５質量％との物質混合物からなるセラミック体の材料を焼結することを特徴とする、請求項２０または２１記載の方法。
【請求項２３】
ベース材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）と酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とを添加し、その添加量は、製造される材料が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１５または１６記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも製造により条件付けられる慣用の不純物と、金属材料の規定の熱膨張係数に調整するために添加された量のＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2とを含有するベース材料であるＭｇＯから焼結前成形体を製造し、該成形体を酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結して、孤立気孔を有する材料からなる焼結体が得られることを特徴とする、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
金属材料が鋼合金であり、鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつ鋼板と接合される、不純物により条件付けられる熱膨張係数１３．８×１０-6／Ｋを有するＭｇＯ９３．７５質量％と、Ａｌ2Ｏ3 １．２５質量％およびＺｒＯ2 ５質量％との物質混合物からなるセラミック体の材料を焼結することを特徴とする、請求項２３または２４記載の方法。
【請求項２６】
ベース材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）にＭｇＡｌ2Ｏ4を添加し、その添加量は、製造される材料が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも製造により条件付けられる慣用の不純物と、金属材料の規定の熱膨張係数に調整するために添加された量のＭｇＡｌ2Ｏ4を含有するベース材料であるＭｇＯから焼結前成形体を製造し、該成形体を、酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結して、孤立気孔を有する材料からなる焼結体が得られることを特徴とする、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
金属材料が鋼合金であり、鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつ鋼板と接合される、不純物により条件付けられる熱膨張係数１３．８×１０-6／Ｋを有するＭｇＯ９６．５５質量％と、ＭｇＡｌ2Ｏ4 ３．４５質量％との物質混合物からなるセラミック体の材料を焼結することを特徴とする、請求項２６または２７記載の方法。
【請求項１】
物質結合により接合されている金属材料によって規定される熱膨張係数に合わせて調整された組成を有する非導電性セラミック材料において、高い熱膨張係数を有するセラミックのベース材料に、低い熱膨張係数を有する少なくとの１の別のセラミック材料の割合が添加されており、その添加量は、該組成物から製造される材料の熱膨張係数が、金属材料の熱膨張係数と一致する量であることを特徴とする、金属材料により規定される熱膨張係数に合わせて調整された組成を有する非導電性セラミック材料。
【請求項２】
高い熱膨張率を有するセラミック材料は、規定の熱膨張係数にほぼ近づけるための、熱膨張係数を顕著に低下させる作用を有する第一のセラミック材料の添加によって、および規定の熱膨張係数に正確に調整するための、熱膨張係数を低下させる作用が顕著でない第二のセラミック材料の添加によって、規定の熱膨張係数に調整されていることを特徴とする、請求項１記載のセラミック材料。
【請求項３】
ベース材料が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、該酸化マグネシウムに二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）が添加されており、その添加量は、これらから製造される材料が、物質結合により接合されている金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１または２記載のセラミック材料。
【請求項４】
金属材料が鋼合金であり、該鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつドープ成分および／または３質量％までの不純物がその中に包含されていて、このことにより不純物により条件付けられる熱膨張係数が１３．８×１０-6／ＫであるＭｇＯ９０質量％と、ＺｒＯ2１０質量％との物質混合物からなる、鋼板と接合されているセラミック体の材料は焼結されていることを特徴とする、請求項３記載のセラミック材料。
【請求項５】
曲げ強さ１３６ＭＰａ、細孔径５μｍ〜１０μｍを有する孤立気孔、理論密度の９５％に相当する密度３．６ｇ／ｃｍ3、および破壊強度２０ｋＶ／ｍｍ以上を有することを特徴とする、請求項４記載のセラミック材料。
【請求項６】
ベース材料が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、該酸化マグネシウムに酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）が添加されており、その添加量は、これらから製造された材料が、物質結合により接合されている金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１記載のセラミック材料。
【請求項７】
金属材料が鋼合金であり、該鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつドープ成分および／または３質量％までの不純物がその中に包含されていて、このことにより不純物により条件付けられる熱膨張係数が１３．８×１０-6／ＫであるＭｇＯ９７．５質量％と、Ａｌ2Ｏ3 ２．５質量％との物質混合物からなる、鋼板と接合されているセラミック体の材料は焼結されていることを特徴とする、請求項６記載のセラミック材料。
【請求項８】
曲げ破壊強さ１１０ＭＰａ、細孔径５μｍ〜１０μｍを有する孤立気孔、理論密度の９５％以上に相応する密度３．３６ｇ／ｃｍ3、および破壊強度２０ｋＶ／ｍｍ以上を有することを特徴とする、請求項７記載のセラミック材料。
【請求項９】
ベース材料が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、該酸化マグネシウムに、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）および酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）が添加されており、その添加量は、これらから製造される材料が、物質結合により接合されている金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１または２記載のセラミック材料。
【請求項１０】
鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつドープ成分および／または３質量％までの不純物がその中に包含されていて、このことにより不純物により条件付けられる熱膨張係数が１３．８×１０-6／ＫであるＭｇＯ９３．７５質量％と、Ａｌ2Ｏ3 １．２５質量％およびＺｒＯ2 ５質量％との物質混合物からなる、鋼板と接合されているセラミック体の材料は焼結されていることを特徴とする、請求項９記載のセラミック材料。
【請求項１１】
曲げ破壊強さ１１５ＭＰａ、細孔径５μｍ〜１０μｍを有する孤立気孔、理論密度の９４％に相応する密度３．５ｇ／ｃｍ3、および破壊強度２０ｋＶ／ｍｍ以上を有することを特徴とする、請求項１０記載のセラミック材料。
【請求項１２】
ベース材料が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）であり、該酸化マグネシウムに、ＭｇＡｌ2Ｏ4が添加されており、その添加量は、これらから製造される材料が、物質結合により接合されている金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１記載のセラミック材料。
【請求項１３】
金属材料が鋼合金であり、鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつドープ成分および／または３質量％までの不純物がその中に包含されていて、このことにより不純物により条件付けられる熱膨張係数が１３．８×１０-6／ＫであるＭｇＯ９６．５５質量％と、ＭｇＡｌ2Ｏ4 ３．４５質量％との物質混合物からなる、鋼板と接合されているセラミック体の材料は焼結されていることを特徴とする、請求項１２記載のセラミック材料。
【請求項１４】
曲げ破壊強さ１１０ＭＰａ、細孔径５μｍ〜１０μｍを有する孤立気孔、理論密度の９５％以上に相応する密度３．３６ｇ／ｃｍ3、および破壊強度２０ｋＶ／ｍｍ以上を有することを特徴とする、請求項１３記載のセラミック材料。
【請求項１５】
セラミック材料の熱膨張係数が、物質結合により接合される金属材料によって規定される熱膨張係数と一致するように調整されている非導電性のセラミック材料の製造方法において、高い熱膨張係数を有するセラミックのベース材料に、該材料よりも低い熱膨張係数を有する少なくとも１の別のセラミック材料の割合を添加し、その添加量は、該組成物から製造される材料の熱膨張係数が、金属材料の熱膨張係数と一致する量であることを特徴とする、非導電性のセラミック材料の製造方法。
【請求項１６】
セラミック材料にまず熱膨張係数を顕著に低下させる作用を有する第一のセラミック材料を添加して規定の熱膨張係数にほぼ近づけ、次いで熱膨張係数を顕著に低下させない作用を有する第二のセラミック材料を添加して、規定の熱膨張係数になるよう正確に調整することによって、高い熱膨張係数を有するセラミック材料を規定の熱膨張係数に調整することを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
ベース材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）を添加し、その添加量は、製造される材料が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも製造により条件付けられる慣用の不純物と、金属材料の規定の熱膨張係数に調整するために添加された量のＺｒＯ2を含有するベース材料であるＭｇＯから焼結前成形体を製造し、該成形体を酸化雰囲気中で１５５０℃の温度で焼結して孤立気孔を有する材料からなる焼結体が得られることを特徴とする、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
金属材料が鋼合金であり、鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつ鋼板と接合される、不純物により条件付けられる熱膨張係数１３．８×１０-6／Ｋを有するＭｇＯ９０質量％と、ＺｒＯ2 １０質量％との物質混合物からなるセラミック体の材料を焼結することを特徴とする、請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
ベース材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を添加し、その添加量は、製造される材料が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも製造により条件付けられる慣用の不純物と、金属材料の規定の熱膨張係数に調整するために添加された量のＡｌ2Ｏ3とを含有するベース材料であるＭｇＯから焼結前成形体を製造し、該成形体を、酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結して、孤立気孔を有する材料からなる焼結体が得られることを特徴とする、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
金属材料が鋼合金であり、該鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつ鋼板と接合される、不純物により条件付けられる熱膨張係数１３．８×１０-6／Ｋを有するＭｇＯ９７．５質量％と、Ａｌ2Ｏ3 ２．５質量％との物質混合物からなるセラミック体の材料を焼結することを特徴とする、請求項２０または２１記載の方法。
【請求項２３】
ベース材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）と酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とを添加し、その添加量は、製造される材料が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１５または１６記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも製造により条件付けられる慣用の不純物と、金属材料の規定の熱膨張係数に調整するために添加された量のＡｌ2Ｏ3およびＺｒＯ2とを含有するベース材料であるＭｇＯから焼結前成形体を製造し、該成形体を酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結して、孤立気孔を有する材料からなる焼結体が得られることを特徴とする、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
金属材料が鋼合金であり、鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつ鋼板と接合される、不純物により条件付けられる熱膨張係数１３．８×１０-6／Ｋを有するＭｇＯ９３．７５質量％と、Ａｌ2Ｏ3 １．２５質量％およびＺｒＯ2 ５質量％との物質混合物からなるセラミック体の材料を焼結することを特徴とする、請求項２３または２４記載の方法。
【請求項２６】
ベース材料である酸化マグネシウム（ＭｇＯ）にＭｇＡｌ2Ｏ4を添加し、その添加量は、製造される材料が、物質結合により接合される金属材料の熱膨張係数に相応する熱膨張係数を有する量であることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも製造により条件付けられる慣用の不純物と、金属材料の規定の熱膨張係数に調整するために添加された量のＭｇＡｌ2Ｏ4を含有するベース材料であるＭｇＯから焼結前成形体を製造し、該成形体を、酸化雰囲気中１５５０℃の温度で焼結して、孤立気孔を有する材料からなる焼結体が得られることを特徴とする、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
金属材料が鋼合金であり、鋼の熱膨張係数は１３．３×１０-6／Ｋであり、かつ鋼板と接合される、不純物により条件付けられる熱膨張係数１３．８×１０-6／Ｋを有するＭｇＯ９６．５５質量％と、ＭｇＡｌ2Ｏ4 ３．４５質量％との物質混合物からなるセラミック体の材料を焼結することを特徴とする、請求項２６または２７記載の方法。
【公表番号】特表２０１０−５２４８１６（Ｐ２０１０−５２４８１６Ａ）
【公表日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０３４５７（Ｐ２０１０−５０３４５７）
【出願日】平成２０年４月８日（２００８．４．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５４１９０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１２８８８５
【国際公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（５０８０９５６１４）セラムテック アクチエンゲゼルシャフト (36)
【氏名又は名称原語表記】ＣｅｒａｍＴｅｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｆａｂｒｉｋｓｔｒａｓｓｅ ２３−２９， Ｄ−７３２０７ Ｐｌｏｃｈｉｎｇｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月８日（２００８．４．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５４１９０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１２８８８５
【国際公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（５０８０９５６１４）セラムテック アクチエンゲゼルシャフト (36)
【氏名又は名称原語表記】ＣｅｒａｍＴｅｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｆａｂｒｉｋｓｔｒａｓｓｅ ２３−２９， Ｄ−７３２０７ Ｐｌｏｃｈｉｎｇｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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