JP2001225176A - ベリリウムと銅合金のｈｉｐ接合体の製造方法およびｈｉｐ接合体 - Google Patents
ベリリウムと銅合金のｈｉｐ接合体の製造方法およびｈｉｐ接合体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 接合温度が低温であっても、銅合金と中間形
成層との界面での破壊を効果的に防止して、接合信頼性
をより一層向上させたベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合
体を得る。 【解決手段】 ベリリウムと銅合金を接合するに際し、
該銅合金の表面に、ＰＶＤ法または溶射法によりTi,
Ｖ，Nb, Cr, MoまたはSiの薄層をAlと銅の拡散抑制層と
して形成し、必要に応じて引き続きこの拡散抑制層の表
面に接合促進層として純Al層またはAl合金層を形成し、
ついでこのような表面処理を施した銅合金とベリリウム
とを、Al−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金あるいはAl
を心材とするこれら合金のクラッド材からなるインサー
ト材の介挿下にＨＩＰ接合する。
成層との界面での破壊を効果的に防止して、接合信頼性
をより一層向上させたベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合
体を得る。 【解決手段】 ベリリウムと銅合金を接合するに際し、
該銅合金の表面に、ＰＶＤ法または溶射法によりTi,
Ｖ，Nb, Cr, MoまたはSiの薄層をAlと銅の拡散抑制層と
して形成し、必要に応じて引き続きこの拡散抑制層の表
面に接合促進層として純Al層またはAl合金層を形成し、
ついでこのような表面処理を施した銅合金とベリリウム
とを、Al−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金あるいはAl
を心材とするこれら合金のクラッド材からなるインサー
ト材の介挿下にＨＩＰ接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ベリリウムと銅
合金のＨＩＰ接合体の製造方法およびＨＩＰ接合体に関
し、特にその接合強度の向上と共に、熱負荷に対する接
合信頼性の有利な向上を図ろうとするものである。
合金のＨＩＰ接合体の製造方法およびＨＩＰ接合体に関
し、特にその接合強度の向上と共に、熱負荷に対する接
合信頼性の有利な向上を図ろうとするものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、材料試験炉の中性子反射体や大型
中性子加速器向けの反射体などの用途において、中性子
の反射率が極めて高い材料としてベリリウムが注目を浴
びている。しかしながら、一方でこのベリリウムは、熱
伝導性は比較的良好ではあるものの、大きな熱負荷がか
かる場合には抜熱性に富む銅合金と接合して用いられる
ことが多く、かかる接合法としてはＨＩＰ接合が有力視
されている。
中性子加速器向けの反射体などの用途において、中性子
の反射率が極めて高い材料としてベリリウムが注目を浴
びている。しかしながら、一方でこのベリリウムは、熱
伝導性は比較的良好ではあるものの、大きな熱負荷がか
かる場合には抜熱性に富む銅合金と接合して用いられる
ことが多く、かかる接合法としてはＨＩＰ接合が有力視
されている。
【０００３】従来、ベリリウムと銅合金をＨＩＰ接合す
るためには、加熱温度を700℃以上の高温まで上げる必
要があった。というのは、通常、ベリリウムの表面には
酸化膜が存在するため、700 ℃以上の温度に加熱しない
と、BeとCuの相互拡散による接合が望めないからであ
る。しかしながら、この方法では、ベリリウムと銅合金
との界面に脆い金属間化合物（たとえばBe2Cu, BeCu
等）が形成され易いため、熱サイクルによって界面では
く離が生じる場合があった。また、700 ℃以上の高温で
の処理は、エネルギー的およびコスト的な不利が著しい
ところにも問題を残していた。
るためには、加熱温度を700℃以上の高温まで上げる必
要があった。というのは、通常、ベリリウムの表面には
酸化膜が存在するため、700 ℃以上の温度に加熱しない
と、BeとCuの相互拡散による接合が望めないからであ
る。しかしながら、この方法では、ベリリウムと銅合金
との界面に脆い金属間化合物（たとえばBe2Cu, BeCu
等）が形成され易いため、熱サイクルによって界面では
く離が生じる場合があった。また、700 ℃以上の高温で
の処理は、エネルギー的およびコスト的な不利が著しい
ところにも問題を残していた。
【０００４】上記の問題を解決するものとして、発明者
らは、先に特願平10−294340号明細書において、ベリリ
ウムと銅合金の間に軟質のAlの応力緩和層やTi等の拡散
抑制層をＰＶＤや溶射で形成したのち、ＨＩＰ接合する
方法を提案した。しかしながら、この方法では、ベリリ
ウムの上にAlの応力緩和層やTi等の拡散抑制層、さらに
は純Cu、純Niの接合促進層を形成した後に、銅合金と接
合していたため、Alの融点の制約からくる 650℃以下の
接合温度では中間形成層と銅合金との拡散が不十分で、
必ずしも十分な接合強度を得ることができず、熱サイク
ル等が接合体にかかった場合に、銅合金と中間形成層と
の界面で破壊が生じることがあり、接合信頼性の一層の
向上が求められていた。
らは、先に特願平10−294340号明細書において、ベリリ
ウムと銅合金の間に軟質のAlの応力緩和層やTi等の拡散
抑制層をＰＶＤや溶射で形成したのち、ＨＩＰ接合する
方法を提案した。しかしながら、この方法では、ベリリ
ウムの上にAlの応力緩和層やTi等の拡散抑制層、さらに
は純Cu、純Niの接合促進層を形成した後に、銅合金と接
合していたため、Alの融点の制約からくる 650℃以下の
接合温度では中間形成層と銅合金との拡散が不十分で、
必ずしも十分な接合強度を得ることができず、熱サイク
ル等が接合体にかかった場合に、銅合金と中間形成層と
の界面で破壊が生じることがあり、接合信頼性の一層の
向上が求められていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の要
請に有利に応えるもので、銅合金と中間形成層との界面
での破壊を効果的に防止して、接合信頼性をより一層向
上させたベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体の有利な製
造方法を、新しいＨＩＰ接合体と共に提案することを目
的とする。
請に有利に応えるもので、銅合金と中間形成層との界面
での破壊を効果的に防止して、接合信頼性をより一層向
上させたベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体の有利な製
造方法を、新しいＨＩＰ接合体と共に提案することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記
の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来は、図
１に示すように、ベリリウムの表面に中間層として形成
したTi, Si層等の拡散抑制層またはその上に被成した純
Cu層等の接合促進層を接合面として銅合金とＨＩＰ接合
していたのであるが、接合信頼性を高めるには、図２
(a)〜(d) に示すように、ベリリウム側については、ベ
リリウム基地面そのものまたはその表面に接合促進層と
して形成したAl層を接合面とし、一方銅合金側について
は、その表面に拡散抑制層として形成したTi層等または
その上に重ねて接合促進層として形成したAl層を接合面
とし、しかもこれらの間にAl−Si−Mg系合金またはAl−
Mg系合金あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド
材からなるインサート材を介挿させて接合することが極
めて有効であり、かような接合方法を採用することによ
って、接合温度が固相線以下の低い温度であっても、熱
サイクル耐熱性に優れた接合体が得られることの知見を
得た。
の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来は、図
１に示すように、ベリリウムの表面に中間層として形成
したTi, Si層等の拡散抑制層またはその上に被成した純
Cu層等の接合促進層を接合面として銅合金とＨＩＰ接合
していたのであるが、接合信頼性を高めるには、図２
(a)〜(d) に示すように、ベリリウム側については、ベ
リリウム基地面そのものまたはその表面に接合促進層と
して形成したAl層を接合面とし、一方銅合金側について
は、その表面に拡散抑制層として形成したTi層等または
その上に重ねて接合促進層として形成したAl層を接合面
とし、しかもこれらの間にAl−Si−Mg系合金またはAl−
Mg系合金あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド
材からなるインサート材を介挿させて接合することが極
めて有効であり、かような接合方法を採用することによ
って、接合温度が固相線以下の低い温度であっても、熱
サイクル耐熱性に優れた接合体が得られることの知見を
得た。
【０００７】さらに、図３ (e)〜(h) に示すように、銅
合金の表面に予め接合促進層として軟質銅層を形成して
おけば、接合がよりスムーズに進行して、接合強度の一
層の向上が達成されることの知見を得た。この発明は、
上記の知見に立脚するものである。
合金の表面に予め接合促進層として軟質銅層を形成して
おけば、接合がよりスムーズに進行して、接合強度の一
層の向上が達成されることの知見を得た。この発明は、
上記の知見に立脚するものである。
【０００８】すなわち、この発明の要旨構成は次のとお
りである。 １．ベリリウムと銅合金を接合するに際し、該銅合金の
表面に、ＰＶＤ法または溶射法によりTi, Ｖ，Nb, Cr,
MoまたはSiの薄層をAlと銅の拡散抑制層として形成し、
必要に応じて引き続きこの拡散抑制層の表面に接合促進
層として純Al層またはAl合金層を形成し、ついでこのよ
うな表面処理を施した銅合金とベリリウムとを、Al−Si
−Mg系合金またはAl−Mg系合金あるいはAlを心材とする
これら合金のクラッド材からなるインサート材の介挿下
にＨＩＰ接合することを特徴とする、ベリリウムと銅合
金のＨＩＰ接合体の製造方法。
りである。 １．ベリリウムと銅合金を接合するに際し、該銅合金の
表面に、ＰＶＤ法または溶射法によりTi, Ｖ，Nb, Cr,
MoまたはSiの薄層をAlと銅の拡散抑制層として形成し、
必要に応じて引き続きこの拡散抑制層の表面に接合促進
層として純Al層またはAl合金層を形成し、ついでこのよ
うな表面処理を施した銅合金とベリリウムとを、Al−Si
−Mg系合金またはAl−Mg系合金あるいはAlを心材とする
これら合金のクラッド材からなるインサート材の介挿下
にＨＩＰ接合することを特徴とする、ベリリウムと銅合
金のＨＩＰ接合体の製造方法。
【０００９】２．ベリリウムと銅合金を接合するに際
し、該ベリリウムの表面に、ＰＶＤ法または溶射法によ
り、接合促進層としてAl層を形成する一方、該銅合金の
表面に、ＰＶＤ法または溶射法によりTi, Ｖ，Nb, Cr,
MoまたはSiの薄層をAlと銅の拡散抑制層として形成し、
必要に応じて引き続きこの拡散抑制層の表面に接合促進
層として純Al層またはAl合金層を形成し、ついでこのよ
うな表面処理を施したベリリウムと銅合金とを、Al−Si
−Mg系合金またはAl−Mg系合金あるいはAlを心材とする
これら合金のクラッド材からなるインサート材の介挿下
にＨＩＰ接合することを特徴とする、ベリリウムと銅合
金のＨＩＰ接合体の製造方法。
し、該ベリリウムの表面に、ＰＶＤ法または溶射法によ
り、接合促進層としてAl層を形成する一方、該銅合金の
表面に、ＰＶＤ法または溶射法によりTi, Ｖ，Nb, Cr,
MoまたはSiの薄層をAlと銅の拡散抑制層として形成し、
必要に応じて引き続きこの拡散抑制層の表面に接合促進
層として純Al層またはAl合金層を形成し、ついでこのよ
うな表面処理を施したベリリウムと銅合金とを、Al−Si
−Mg系合金またはAl−Mg系合金あるいはAlを心材とする
これら合金のクラッド材からなるインサート材の介挿下
にＨＩＰ接合することを特徴とする、ベリリウムと銅合
金のＨＩＰ接合体の製造方法。
【００１０】３．上記１または２において、銅合金の表
面に、接合促進層として軟質銅層を形成することを特徴
とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体の製造方
法。
面に、接合促進層として軟質銅層を形成することを特徴
とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体の製造方
法。
【００１１】４．上記１，２または３において、接合温
度が 500℃から 559℃の固相接合温度域であることを特
徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体の製造方
法。
度が 500℃から 559℃の固相接合温度域であることを特
徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体の製造方
法。
【００１２】５．ベリリウムと銅合金との間に、中間層
として、0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−
Mg系合金あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド
材のインサート材層と、0.5 〜200 μm 厚のTi, Ｖ，N
b, Cr, MoまたはSi層からなるAlと銅の拡散抑制層とを
そなえることを特徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩ
Ｐ接合体。
として、0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−
Mg系合金あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド
材のインサート材層と、0.5 〜200 μm 厚のTi, Ｖ，N
b, Cr, MoまたはSi層からなるAlと銅の拡散抑制層とを
そなえることを特徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩ
Ｐ接合体。
【００１３】６．ベリリウムと銅合金との間に、中間層
として、0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−
Mg系合金あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド
材のインサート材層と、0.5 〜200 μm 厚の純Alまたは
Al合金層からなる接合促進層と、0.5 〜200 μm 厚のT
i, Ｖ，Nb, Cr, MoまたはSi層からなるAlと銅の拡散抑
制層とをそなえることを特徴とする、ベリリウムと銅合
金のＨＩＰ接合体。
として、0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−
Mg系合金あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド
材のインサート材層と、0.5 〜200 μm 厚の純Alまたは
Al合金層からなる接合促進層と、0.5 〜200 μm 厚のT
i, Ｖ，Nb, Cr, MoまたはSi層からなるAlと銅の拡散抑
制層とをそなえることを特徴とする、ベリリウムと銅合
金のＨＩＰ接合体。
【００１４】７．ベリリウムと銅合金との間に、中間層
として、0.02〜5.0 mm厚のAl層からなる接合促進層と、
0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金
あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド材のイン
サート材層と、0.5 〜200 μm厚のTi, Ｖ，Nb, Cr, Mo
またはSi層からなるAlと銅の拡散抑制層とをそなえるこ
とを特徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体。
として、0.02〜5.0 mm厚のAl層からなる接合促進層と、
0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金
あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド材のイン
サート材層と、0.5 〜200 μm厚のTi, Ｖ，Nb, Cr, Mo
またはSi層からなるAlと銅の拡散抑制層とをそなえるこ
とを特徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体。
【００１５】８．ベリリウムと銅合金との間に、中間層
として、0.02〜5.0 mm厚のAl層からなる接合促進層と、
0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金
あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド材のイン
サート材層と、0.5 〜200 μm厚の純AlまたはAl合金層
からなる接合促進層と、0.5 〜200 μm 厚のTi, Ｖ，N
b, Cr, MoまたはSi層からなるAlと銅の拡散抑制層とを
そなえることを特徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩ
Ｐ接合体。
として、0.02〜5.0 mm厚のAl層からなる接合促進層と、
0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金
あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド材のイン
サート材層と、0.5 〜200 μm厚の純AlまたはAl合金層
からなる接合促進層と、0.5 〜200 μm 厚のTi, Ｖ，N
b, Cr, MoまたはSi層からなるAlと銅の拡散抑制層とを
そなえることを特徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩ
Ｐ接合体。
【００１６】９．上記５，６，７または８において、銅
合金が、その表面に、 5.0μm 〜5.0mm厚の軟質銅層か
らなる接合促進層をそなえることを特徴とする、ベリリ
ウムと銅合金のＨＩＰ接合体。
合金が、その表面に、 5.0μm 〜5.0mm厚の軟質銅層か
らなる接合促進層をそなえることを特徴とする、ベリリ
ウムと銅合金のＨＩＰ接合体。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明を具体的に説明す
る。ベリリウムの接合面については、ベリリウム基地面
をそのまま使用するか、またはその表面に接合促進層と
してAl層を形成する。ここに、上記Al層の厚みは0.02〜
5.0 mm程度が好適である。というのは、Al層厚が0.02mm
に満たないと接合促進層として十分に機能せず、一方
5.0mmを超えると接合促進層としての機能が飽和に達す
るだけでなく、工業的に安価に成膜することが難しくな
るからである。また、このAl層は、厚みが大きくなるに
従い、応力緩和層としても機能する。なお、このような
Al層の形成方法としては、ＰＶＤや溶射法が好適であ
り、特にＰＶＤとしては、真空蒸着やスパッタリング、
イオンプレーティング等が、一方溶射法としては、真空
下でのプラズマ溶射法（ＶＰＳ）、減圧不活性雰囲気下
でのプラズマ溶射法（ＬＰＰＳ）、大気中でのAlワイヤ
ー溶射法やアーク溶射法、Ｄ−ＧＵＮ法やジェットコー
トといった爆発溶射法および高速無酸化溶射法（ＨＶＯ
Ｆ）等が適合する。
る。ベリリウムの接合面については、ベリリウム基地面
をそのまま使用するか、またはその表面に接合促進層と
してAl層を形成する。ここに、上記Al層の厚みは0.02〜
5.0 mm程度が好適である。というのは、Al層厚が0.02mm
に満たないと接合促進層として十分に機能せず、一方
5.0mmを超えると接合促進層としての機能が飽和に達す
るだけでなく、工業的に安価に成膜することが難しくな
るからである。また、このAl層は、厚みが大きくなるに
従い、応力緩和層としても機能する。なお、このような
Al層の形成方法としては、ＰＶＤや溶射法が好適であ
り、特にＰＶＤとしては、真空蒸着やスパッタリング、
イオンプレーティング等が、一方溶射法としては、真空
下でのプラズマ溶射法（ＶＰＳ）、減圧不活性雰囲気下
でのプラズマ溶射法（ＬＰＰＳ）、大気中でのAlワイヤ
ー溶射法やアーク溶射法、Ｄ−ＧＵＮ法やジェットコー
トといった爆発溶射法および高速無酸化溶射法（ＨＶＯ
Ｆ）等が適合する。
【００１８】一方、銅合金の接合面については、その表
面に、必要に応じてＰＶＤやクラッド法、溶射法、めっ
き法等の手段により、接合促進層として軟質銅層を形成
し、ついで同じくＰＶＤや溶射法により、拡散抑制層と
してTi, Ｖ, Nb,Cr, Mo, Si等の薄層を形成するか、ま
たは必要に応じてその上に接合促進層としてAl層を形成
する。ここに、接合促進層としての軟質銅層の厚みは、
5.0μm 〜5.0 mm程度とするのが好ましい。というの
は、厚みが 5.0μm に満たないと接合促進層としての効
果に乏しく、一方 5.0mmを超えるとその効果は飽和に達
し、むしろ経済的に不利となるからである。なお、かか
る軟質銅層の形成に当たっては、銅合金の表面にＰＶＤ
や溶射法等によって中間層を形成する際の第１層として
軟質銅層を形成し、その後に順次Ti薄層さらにはAl層等
を形成するような連続処理であっても、また銅合金の表
面に予め軟質銅層を形成しておき、このような軟質銅層
付き銅合金を素材として用いる手法であっても、どちら
でも良い。また、かかる軟質銅層としては、純銅がとり
わけ有利である。
面に、必要に応じてＰＶＤやクラッド法、溶射法、めっ
き法等の手段により、接合促進層として軟質銅層を形成
し、ついで同じくＰＶＤや溶射法により、拡散抑制層と
してTi, Ｖ, Nb,Cr, Mo, Si等の薄層を形成するか、ま
たは必要に応じてその上に接合促進層としてAl層を形成
する。ここに、接合促進層としての軟質銅層の厚みは、
5.0μm 〜5.0 mm程度とするのが好ましい。というの
は、厚みが 5.0μm に満たないと接合促進層としての効
果に乏しく、一方 5.0mmを超えるとその効果は飽和に達
し、むしろ経済的に不利となるからである。なお、かか
る軟質銅層の形成に当たっては、銅合金の表面にＰＶＤ
や溶射法等によって中間層を形成する際の第１層として
軟質銅層を形成し、その後に順次Ti薄層さらにはAl層等
を形成するような連続処理であっても、また銅合金の表
面に予め軟質銅層を形成しておき、このような軟質銅層
付き銅合金を素材として用いる手法であっても、どちら
でも良い。また、かかる軟質銅層としては、純銅がとり
わけ有利である。
【００１９】また、拡散抑制層としてのTi等の薄層の厚
みは 0.5〜200 μm 程度とするのが好ましい。というの
は、厚みが 0.5μm に満たないと拡散抑制層としての機
能を発揮できず、一方 200μm を超えると成膜時に経済
的に不利となるからである。さらに、接合促進層として
Al層の厚みは、 0.5〜200 μm 程度が好適である。とい
うのは、Al層厚が 0.5μm に満たないと接合促進効果に
乏しく、一方 200μm を超えると成膜時に経済的に不利
となるからである。なお、このAl層については、純Alで
あってもAl合金であってもいずれでも良い。
みは 0.5〜200 μm 程度とするのが好ましい。というの
は、厚みが 0.5μm に満たないと拡散抑制層としての機
能を発揮できず、一方 200μm を超えると成膜時に経済
的に不利となるからである。さらに、接合促進層として
Al層の厚みは、 0.5〜200 μm 程度が好適である。とい
うのは、Al層厚が 0.5μm に満たないと接合促進効果に
乏しく、一方 200μm を超えると成膜時に経済的に不利
となるからである。なお、このAl層については、純Alで
あってもAl合金であってもいずれでも良い。
【００２０】ベリリウムと銅合金の接合面を上記のよう
にした場合、特にベリリウムの表面に応力緩和層として
Al層を形成した場合、接合界面はAl−AlまたはAl−（T
i, Ｖ，Nb, Mo, Cr, Si）となるが、このままではAlの
界面に生成する酸化皮膜がバリアとなって、強固な接合
状態を得ることができない。そこで、この発明では、か
ような接合面の間に、接合時の加熱過程でAl表面の酸化
膜を破って接合を促進できるMgやMg, Siを含有する軟質
Al合金をインサート材として介挿させることにより、こ
の問題を解決し、強固な接合を実現したのである。
にした場合、特にベリリウムの表面に応力緩和層として
Al層を形成した場合、接合界面はAl−AlまたはAl−（T
i, Ｖ，Nb, Mo, Cr, Si）となるが、このままではAlの
界面に生成する酸化皮膜がバリアとなって、強固な接合
状態を得ることができない。そこで、この発明では、か
ような接合面の間に、接合時の加熱過程でAl表面の酸化
膜を破って接合を促進できるMgやMg, Siを含有する軟質
Al合金をインサート材として介挿させることにより、こ
の問題を解決し、強固な接合を実現したのである。
【００２１】ここに、上記のインサート材としては、以
下に述べるようなAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金
が好適であり、特にMgを３wt％以下で含むものが有利に
適合する。 ・Al−Si−Mg系合金 BA4003, BA4004, BA4005, BA4N04等のAlろう材。BA3PC,
BA4PC, BA7PC, BA8PC, BA9PC, BA10PC, BA17PC, BA18P
C 等のブレージングシートまたはこれらブレージングシ
ートの心材をJIS1050, 1100 等純Alで置き換えたクラッ
ド材。 ・Al−Mg系合金 JIS5005, 5052 等。
下に述べるようなAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金
が好適であり、特にMgを３wt％以下で含むものが有利に
適合する。 ・Al−Si−Mg系合金 BA4003, BA4004, BA4005, BA4N04等のAlろう材。BA3PC,
BA4PC, BA7PC, BA8PC, BA9PC, BA10PC, BA17PC, BA18P
C 等のブレージングシートまたはこれらブレージングシ
ートの心材をJIS1050, 1100 等純Alで置き換えたクラッ
ド材。 ・Al−Mg系合金 JIS5005, 5052 等。
【００２２】また、かかるインサート材は、必ずしもAl
−Si−Mg系、Al−Mg系合金の無垢材料である必要はな
く、Alを心材とするこれら合金のクラッド材であっても
良い。なお、かかるクラッド材において心材をAlとした
のは、このAlが応力緩和層として有効に機能するからで
ある。さらに、このようなインサート材厚みは0.02〜5.
0 mm程度とするのが好ましい。というのは、インサート
材厚が0.02mmに満たないと十分な接合信頼性を得ること
ができず、一方 5.0mmを超えるとその効果が飽和に達す
るからである。
−Si−Mg系、Al−Mg系合金の無垢材料である必要はな
く、Alを心材とするこれら合金のクラッド材であっても
良い。なお、かかるクラッド材において心材をAlとした
のは、このAlが応力緩和層として有効に機能するからで
ある。さらに、このようなインサート材厚みは0.02〜5.
0 mm程度とするのが好ましい。というのは、インサート
材厚が0.02mmに満たないと十分な接合信頼性を得ること
ができず、一方 5.0mmを超えるとその効果が飽和に達す
るからである。
【００２３】上記のようにして、Mgを含有する軟質Al合
金の介挿下にＨＩＰ接合すると、接合界面は、軟質低融
点拡散容易金属であるBe−Al系、またはAl系−Al系とな
るため 600℃以下の低温でも強固な接合が可能になるの
である。ここに、接合温度は、インサート材が溶融する
温度未満であることが必要である。というのは、溶融温
度以上の温度で接合すると、接合材の中に含まれる溶質
が凝固の過程で凝集して粗大な化合物を形成し、かよう
な粗大化合物は接合信頼性を劣化させ、熱サイクル等が
かかった場合に破壊の起点となるからである。
金の介挿下にＨＩＰ接合すると、接合界面は、軟質低融
点拡散容易金属であるBe−Al系、またはAl系−Al系とな
るため 600℃以下の低温でも強固な接合が可能になるの
である。ここに、接合温度は、インサート材が溶融する
温度未満であることが必要である。というのは、溶融温
度以上の温度で接合すると、接合材の中に含まれる溶質
が凝固の過程で凝集して粗大な化合物を形成し、かよう
な粗大化合物は接合信頼性を劣化させ、熱サイクル等が
かかった場合に破壊の起点となるからである。
【００２４】そこで、好適接合温度について、種々検討
を重ねた結果、接合温度は 500℃から559 ℃の範囲が望
ましいことが判明した。また、接合時の加圧力は５〜30
0 MPa 程度が望ましいことが判明した。
を重ねた結果、接合温度は 500℃から559 ℃の範囲が望
ましいことが判明した。また、接合時の加圧力は５〜30
0 MPa 程度が望ましいことが判明した。
【００２５】なお、この発明の銅合金としては、アルミ
ナ分散強化銅（DSCu）、クロム・ジルコニウム銅および
ベリリウム銅（C17510, C17500等）が有利に適合する。
ナ分散強化銅（DSCu）、クロム・ジルコニウム銅および
ベリリウム銅（C17510, C17500等）が有利に適合する。
【００２６】
【実施例】試料としては、寸法がそれぞれ 25mmL×25mm
W ×15mmt のベリリウムと各種銅合金を用いた。ベリリ
ウムの表面と銅合金の表面に、表１の条件に従って各種
の中間層を形成した後、肉厚：1.5 mmのステンレス（SU
S304）製の容器（ケーシング）に入れ、真空下で脱気、
溶接封口処理を施した後、表１に示す条件下でＨＩＰ接
合を行った。かくして得られた各ＨＩＰ接合体につい
て、接合界面を中心に４mm角の接合サンプルを放電加工
で切り出し、加工面を研磨したのち、その４点曲げ強度
を測定した。また、得られたサンプルについて、耐ヒー
トサイクル性を評価する目的で高温（350 ℃) と低温
(液体窒素温度：−196 ℃）の繰り返し熱サイクル試験
を行い、接合部が剥離するまでの回数を求めた。得られ
た結果を表１に併記する。
W ×15mmt のベリリウムと各種銅合金を用いた。ベリリ
ウムの表面と銅合金の表面に、表１の条件に従って各種
の中間層を形成した後、肉厚：1.5 mmのステンレス（SU
S304）製の容器（ケーシング）に入れ、真空下で脱気、
溶接封口処理を施した後、表１に示す条件下でＨＩＰ接
合を行った。かくして得られた各ＨＩＰ接合体につい
て、接合界面を中心に４mm角の接合サンプルを放電加工
で切り出し、加工面を研磨したのち、その４点曲げ強度
を測定した。また、得られたサンプルについて、耐ヒー
トサイクル性を評価する目的で高温（350 ℃) と低温
(液体窒素温度：−196 ℃）の繰り返し熱サイクル試験
を行い、接合部が剥離するまでの回数を求めた。得られ
た結果を表１に併記する。
【００２７】
【表１】
【００２８】同表に示したとおり、この発明に従い得ら
れたＨＩＰ接合体はいずれも、200 MPa 以上の高い接合
強度が得られ、また破壊までの熱サイクル数も4000回以
上と高い接合信頼性を得ることができた。
れたＨＩＰ接合体はいずれも、200 MPa 以上の高い接合
強度が得られ、また破壊までの熱サイクル数も4000回以
上と高い接合信頼性を得ることができた。
【００２９】
【発明の効果】かくして、この発明によれば、 600℃以
下の低温ＨＩＰ接合においても、接合信頼性の高いベリ
リウムと銅合金のＨＩＰ接合体を得ることが出できる。
下の低温ＨＩＰ接合においても、接合信頼性の高いベリ
リウムと銅合金のＨＩＰ接合体を得ることが出できる。
【図１】従来法に従うＨＩＰ接合要領を示す図である。
【図２】この発明に従うＨＩＰ接合要領を示す図であ
る。
る。
【図３】同じく、この発明に従うＨＩＰ接合要領を示す
図である。
図である。
Claims (9)
- 【請求項１】ベリリウムと銅合金を接合するに際し、該
銅合金の表面に、ＰＶＤ法または溶射法によりTi, Ｖ，
Nb, Cr, MoまたはSiの薄層をAlと銅の拡散抑制層として
形成し、必要に応じて引き続きこの拡散抑制層の表面に
接合促進層として純Al層またはAl合金層を形成し、つい
でこのような表面処理を施した銅合金とベリリウムと
を、Al−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金あるいはAlを
心材とするこれら合金のクラッド材からなるインサート
材の介挿下にＨＩＰ接合することを特徴とする、ベリリ
ウムと銅合金のＨＩＰ接合体の製造方法。 - 【請求項２】ベリリウムと銅合金を接合するに際し、該
ベリリウムの表面に、ＰＶＤ法または溶射法により、接
合促進層としてAl層を形成する一方、該銅合金の表面
に、ＰＶＤ法または溶射法によりTi, Ｖ，Nb, Cr, Moま
たはSiの薄層をAlと銅の拡散抑制層として形成し、必要
に応じて引き続きこの拡散抑制層の表面に接合促進層と
して純Al層またはAl合金層を形成し、ついでこのような
表面処理を施したベリリウムと銅合金とを、Al−Si−Mg
系合金またはAl−Mg系合金あるいはAlを心材とするこれ
ら合金のクラッド材からなるインサート材の介挿下にＨ
ＩＰ接合することを特徴とする、ベリリウムと銅合金の
ＨＩＰ接合体の製造方法。 - 【請求項３】請求項１または２において、銅合金の表面
に、接合促進層として軟質銅層を形成することを特徴と
する、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体の製造方法。 - 【請求項４】請求項１，２または３において、接合温度
が 500℃から 559℃の固相接合温度域であることを特徴
とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体の製造方
法。 - 【請求項５】ベリリウムと銅合金との間に、中間層とし
て、0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系
合金あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド材の
インサート材層と、0.5 〜200 μm 厚のTi, Ｖ，Nb, C
r, MoまたはSi層からなるAlと銅の拡散抑制層とをそな
えることを特徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接
合体。 - 【請求項６】ベリリウムと銅合金との間に、中間層とし
て、0.02〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系
合金あるいはAlを心材とするこれら合金のクラッド材の
インサート材層と、0.5 〜200 μm 厚の純AlまたはAl合
金層からなる接合促進層と、0.5 〜200 μm 厚のTi,
Ｖ，Nb, Cr, MoまたはSi層からなるAlと銅の拡散抑制層
とをそなえることを特徴とする、ベリリウムと銅合金の
ＨＩＰ接合体。 - 【請求項７】ベリリウムと銅合金との間に、中間層とし
て、0.02〜5.0 mm厚のAl層からなる接合促進層と、0.02
〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金ある
いはAlを心材とするこれら合金のクラッド材のインサー
ト材層と、0.5 〜200 μm 厚のTi, Ｖ，Nb, Cr, Moまた
はSi層からなるAlと銅の拡散抑制層とをそなえることを
特徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ接合体。 - 【請求項８】ベリリウムと銅合金との間に、中間層とし
て、0.02〜5.0 mm厚のAl層からなる接合促進層と、0.02
〜5.0 mm厚のAl−Si−Mg系合金またはAl−Mg系合金ある
いはAlを心材とするこれら合金のクラッド材のインサー
ト材層と、0.5 〜200 μm 厚の純AlまたはAl合金層から
なる接合促進層と、0.5 〜200 μm 厚のTi, Ｖ，Nb, C
r, MoまたはSi層からなるをAlと銅の拡散抑制層とをそ
なえることを特徴とする、ベリリウムと銅合金のＨＩＰ
接合体。 - 【請求項９】請求項５，６，７または８において、銅合
金が、その表面に、5.0μm 〜5.0 mm厚の軟質銅層から
なる接合促進層をそなえることを特徴とする、ベリリウ
ムと銅合金のＨＩＰ接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000056676A JP4331370B2 (ja) | 1999-03-23 | 2000-03-02 | ベリリウムと銅合金のｈｉｐ接合体の製造方法およびｈｉｐ接合体 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7765799 | 1999-03-23 | ||
| JP11-348471 | 1999-12-08 | ||
| JP34847199 | 1999-12-08 | ||
| JP11-77657 | 1999-12-08 | ||
| JP2000056676A JP4331370B2 (ja) | 1999-03-23 | 2000-03-02 | ベリリウムと銅合金のｈｉｐ接合体の製造方法およびｈｉｐ接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001225176A true JP2001225176A (ja) | 2001-08-21 |
| JP4331370B2 JP4331370B2 (ja) | 2009-09-16 |
Family
ID=27302488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000056676A Expired - Lifetime JP4331370B2 (ja) | 1999-03-23 | 2000-03-02 | ベリリウムと銅合金のｈｉｐ接合体の製造方法およびｈｉｐ接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4331370B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100773766B1 (ko) | 2006-11-09 | 2007-11-12 | 한국원자력연구원 | 물리 증기 증착 일괄처리를 이용한 베릴륨과 구리 합금의고온등방가압 접합방법 |
| KR100813568B1 (ko) | 2006-10-24 | 2008-03-17 | 한국원자력연구원 | 단일 또는 이중 중간층을 이용한 베릴륨과 구리 합금의고온등방가압 접합방법 |
| KR100813569B1 (ko) | 2006-10-30 | 2008-03-17 | 한국원자력연구원 | 기계적 또는 화학적 처리를 거친 베릴륨과 구리 합금의접합방법 |
| JP2014527627A (ja) * | 2011-08-01 | 2014-10-16 | コミサリア ア レネルジー アトミック エ オ ゼネルジー アルテルナティブＣｏｍｍｉｓｓａｒｉａｔ Ａｌ’Ｅｎｅｒｇｉｅ Ａｔｏｍｉｑｕｅ Ｅｔ Ａｕｘ Ｅｎｅｒｇｉｅｓａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ | 核融合炉第一壁構成要素およびその作製プロセス |
-
2000
- 2000-03-02 JP JP2000056676A patent/JP4331370B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
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| KR100773766B1 (ko) | 2006-11-09 | 2007-11-12 | 한국원자력연구원 | 물리 증기 증착 일괄처리를 이용한 베릴륨과 구리 합금의고온등방가압 접합방법 |
| JP2014527627A (ja) * | 2011-08-01 | 2014-10-16 | コミサリア ア レネルジー アトミック エ オ ゼネルジー アルテルナティブＣｏｍｍｉｓｓａｒｉａｔ Ａｌ’Ｅｎｅｒｇｉｅ Ａｔｏｍｉｑｕｅ Ｅｔ Ａｕｘ Ｅｎｅｒｇｉｅｓａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｓ | 核融合炉第一壁構成要素およびその作製プロセス |
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|---|---|
| JP4331370B2 (ja) | 2009-09-16 |
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