JPH0699288A - 金属基複合材料の接合方法 - Google Patents

金属基複合材料の接合方法

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JPH0699288A
JPH0699288A JP6301992A JP6301992A JPH0699288A JP H0699288 A JPH0699288 A JP H0699288A JP 6301992 A JP6301992 A JP 6301992A JP 6301992 A JP6301992 A JP 6301992A JP H0699288 A JPH0699288 A JP H0699288A
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flat plate
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JP6301992A
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English (en)
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Yutaka Morimoto
裕 森本
Takashi Tanaka
隆 田中
Katsutoshi Yamada
勝利 山田
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NIPPON KOKU UCHU KOGYOKAI
Subaru Corp
Nippon Steel Corp
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NIPPON KOKU UCHU KOGYOKAI
Nippon Steel Corp
Fuji Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属基複合材料のL型部材と、金属基複合材
料あるいは金属の平板を接合する場合に於いて、変形防
止用の治具を用い、さらに加熱・加圧する事により、精
度よく且つ欠陥無く接合する。 【構成】 上記L型部材を、上記平板に接合する際にL
型部材の曲率半径に合わせた変形防止治具をL型部材の
背側および内側に配置し、さらにこの治具を組み合わせ
たままL型部材と平板の対を、熱間加圧のための真空封
入用容器に真空封入する。そして、この容器を加熱・加
圧することにより、L型部材と平板を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属基複合材料のL型部
材を平板部材に接合する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、省エネルギー及びエネルギーの効
率化が進み、それに伴い材料の特性に対する要求も高機
能、高性能化している。それにともない注目され始めて
いる材料に金属基複合材料がある。金属基複合材料は主
としてAl,Tiあるいはそれらの合金等の金属中に、
セラミックス繊維、炭素繊維等を強化材として分散させ
た物で、比強度、比剛性の優れた材料として航空、宇宙
分野からスポーツ・レジャー分野に至るまでその利用分
野は幅広く考えられる。しかし、一方ではその難加工性
が普及を妨げている。この問題を解決する手段の一つに
金属基複合材料の部材を接合し複雑な形状の部品を作る
方法が考えられ、各企業、研究機関で研究開発が進めら
れている。例えば特開昭57−154385号公報に有
るような金属基複合材の構成素材に圧力を付与しこの応
力下で拡散熱処理を施すことにより金属基複合材料を接
合する方法が検討されている。また、特公昭62−19
9276号公報に有るように接合面より繊維をエッチン
グにより露出させた後その接合面を重ね合わせて拡散熱
処理、あるいはインサート材を加えるかマトリックス金
属の固相線温度以上に加熱し接合する方法や、特開昭6
2−3862号公報に有るような接合面の繊維を露出さ
せた後、この露出した繊維を互いに交錯せしめ、この交
錯部に溶融状態にある接合材料を供給することにより接
合する方法などが考えられている。
【0003】しかし、上記の何れの方法も板材や棒材の
突き合わせ接合などの適用例に限られているのが現状で
あり、上記の金属基複合材料の接合方法としての適性の
有無については未知である。また、金属材料間の接合方
法として金属材料間の接合部を金属製の容器に真空封入
後、接合部を例えば静水圧加圧により加圧し、加熱して
金属材料を直接またはインサート材を介して拡散接合す
る方法やろう材を用いてろう付け接合する方法が知られ
ている。この真空封入し、加熱・静水圧加圧して接合す
る方法においては、接合面の酸化を防止し、接合面への
ガス介在による接合力低下を防止する観点から、上記金
属基複合材料の接合方法として有望といえる。しかし、
実使用を考えたとき金属基複合材料の接合では、例えば
その軽量性を利用するために薄い平板にL型の補強材を
接合し軽量且つ剛性の高い板部材を製造する場合があ
る。この場合、L型部材は接合加熱処理中に強化繊維の
剛性のために曲がり部に破壊が生じたり、曲がり角度が
小さくなり健全な接合部材ができない問題が発生する。
更にその接合面が曲面の場合、良好な接合面の密着が得
られず、また所定位置での接合が困難になる等金属基複
合材料の接合に固有の問題がある。本発明は、かかる現
状を鑑み金属基複合材料のL型部材と平板を前記真空封
入後加熱・加圧により接合する接合方法を用いる場合に
おいてL型部材の破損・変形が無く且つ、精度良く接合
しうる方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属基複合材
料のL型部材と平板を接合する場合に於いてL型部材の
曲がり部に破損・変形防止の治具を沿わせ、接合部材と
治具を金属容器に真空封入後、加熱・加圧することによ
り破損・変形が無く精度良く接合する点に要旨を有する
ものである。本発明は加圧のための手段として静水圧加
圧を用いる接合に適用する他、他の加圧手段を用いる接
合にも適用するものである。
【0005】
【作用】以下に本発明をその実施例に基づいて説明す
る。いま、図1に示すような金属基複合材料のL型部材
と平板を接合する場合を考える。図1(a)はL型部
材、図1(b)は平板である。一般に金属基複合材内に
は図1(a)中、3,4に示す様な複数の方向に強化繊
維が並んでいる。図2はこの金属基複合材のL型部材5
と平板6を組み合わせ真空封入した後、加熱・静水圧加
圧した場合の状況変化を示す模式図である。図2(a)
は加熱前を、また図2(b)は加熱・静水圧加圧後すな
わち接合後を示すものである。このL型部材において
は、例えば図1(a)の4の強化繊維の様に、強化繊維
の方向がL型部材の曲がり部において、その長さ方向に
交差して配列している場合、強化繊維がL型部材の曲が
り部1で曲げられている。そのため、接合時マトリック
ス金属が加熱により軟化し強化繊維の剛性のため図2
(b)の様にL型部材が変形し曲がり角度2が大きくな
って、所定の形状が得られなくなる。そこで例えば図3
に示すようにL型部材の背に変形防止用の治具7を沿わ
せて加熱・静水圧加圧することが考えられる。しかしこ
の場合、図3(b)の8に示す様に、剛性の強い強化繊
維の場合、高温で軟化したマトリックス金属がL型部材
の曲がり部1で破断してしまう問題が生じる。
【0006】そこで本発明においては、この様な破断現
象が生じないような最終的に、破損・変形防止の為の治
具を用いる。その一例の概略図を図4に示す。図4
(a)中、9は曲がり及び破損防止の為の治具である。
図4(b)は9の拡大図であるが、11の部分はL型部
材の曲がり部外側の曲率半径と同じ曲率でL型部材に沿
った曲面を有しており、この曲面の下端における端面
9′の厚みは加工の限界、機能の安定維持等の観点から
約0.5mm程度としており、角をとることによりL型
部材の表面を傷つけることを防いでいる。図4(a)
中、10はL型部材の内側の変形防止のための治具であ
る。図4(c)は4の拡大図である。図4(c)中、1
2の部分はL型部材の内側の曲率半径に合わせてL型部
材に添わせてある。これらの2種類の治具の表面にはあ
らかじめ接合物及び後述の真空封入用の容器と接合され
ない様に、剥離材を塗布する。そしてこれらの2種類の
治具を配置した後に、図5に示す様に金属製の容器1
3,14内に接合対5,6と治具9,10とを真空封入
する。
【0007】図5中15は接合部で例えば溶接部であ
る。金属製の真空封入用容器の形状を利用することによ
り、平板とL型部材の接合位置の位置決めが容易に出来
る。さらに、図5中、平板と全面で接する真空封入用容
器14は、厚さを平板材の少なくとも3倍以上にし剛性
をもたせることにより、平板材の変形を抑えることがで
きる。接合面には、ろう材あるいはインサート材を配置
することも可能である。以上のようにして、組み立てた
真空封入された接合対を図6に示す様に熱間静水圧加圧
により接合する。接合条件は、金属基複合材料の種類に
より適宜選択する。この様にして、図4に示す、2種類
の治具を用いることにより、金属基複合材料の平板及び
L型部材を破損・変形が無く精度良く接合することが出
来る。さらに、静水圧加圧であるために、接合面が曲面
の場合においても、良好に接合面を密着させることがで
きる。
【0008】
【実施例】本発明を用いて図7に示す様なAl合金基S
iC繊維強化複合材料の平板とL型部材を金属製容器に
真空封入して加熱・静水圧加圧による接合を行った。接
合面にはAl合金ろう材を配置した。結果を比較例の場
合と共に表1に示す。比較例として、炉内ろう付接合の
場合と真空封入、加熱・静水圧加圧接合で治具1、2無
し及び、治具2無しの場合を示す。ろう付の場合、L型
部材の曲がり部で破損が生じさらにL型部材の曲がり角
度が大きくなった。また、2本のL型部材の平行度合い
も悪くなっている。治具1、2無しでは、L型部材の曲
がり部で破損が生じさらにL型部材の曲がり角度も大き
くなっている。しかし、接合精度は良くなっている。治
具2無しの場合、I型材の曲がり部の破損は無くなって
いるが、L型部材が治具1から浮き上がるように変形し
ている。これらに比べて、本発明による2種類の治具を
共に用いた場合、いずれも平板とL型部材は破損及び変
形無く且つ精度良く接合されている。
【0009】
【表1】
【0010】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、金属
基複合材料の平板部材及びL型部材を接合する場合に於
いて、2種類の接合用治具を用い両部材と治具を金属容
器に真空封入後、加熱・静水圧加圧することにより両部
材を破損・変形が無く精度良く接合することができる。
これにより、より高い品質及び精度の求められる航空機
・宇宙分野への金属基複合材料の適用の拡大も図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明で接合する金属基複合材料のL
型部材、(b)は同じく本発明で接合する金属基複合材
料の平板。
【図2】(a)は治具を使わずに加熱・静水圧接合する
場合の接合対の接合前の模式図。(b)は治具を使わず
に加熱・静水圧接合した場合の接合対の接合後の模式
図。
【図3】(a)はL型部材の背に変形防止用の治具を使
用し加熱・静水圧接合する場合の接合対の接合前の模式
図、(b)はL型部材の背に曲がり変形防止用の治具を
使用し加熱・静水圧接合した場合の接合対の接合後の模
式図、
【図4】(a)は本発明によるL型部材の変形防止用治
具を装着した接合対の模式図、(b)はL型部材の曲が
り及び破損防止の為の治具の模式図、(c)はL型部材
の内側の変形防止用治具の模式図、
【図5】本発明の治具を装着し、熱間静水圧加圧処理の
ための真空封入用容器に真空封止する時の工程の一例、
【図6】熱間静水圧加圧処理設備の概略図、
【図7】本発明により接合された金属基複合材料のL型
部材と平板の接合対の概略図である。
【符号の説明】
1 曲がり部 2 曲がり角 3 L型部材の長さ方向と同じ方向の強化繊維方向 4 L型部材の長さ方向に対して角度を持つ繊維方向 5 L型部材 6 平板 7 曲がり防止用治具 8 L型部材の曲がり部の破損部 9 改良した曲がり及び破損防止用治具 10 L型部材の内側の変形防止用治具 11 L型部材の外側の曲がり部に接する治具9の部位 12 L型部材の曲がり部の内側に接する治具10の部
位 13 真空封入用容器の蓋 14 真空封入用容器 15 真空封入用容器の接合部
【手続補正書】
【提出日】平成5年6月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】図6中15は接合部で例えば溶接部であ
る。金属製の真空封入用容器の形状を利用することによ
り、平板とL型部材の接合位置の位置決めが容易に出来
る。さらに、図5中、平板と全面で接する真空封入用容
器14は、厚さを平板材の少なくとも3倍以上にし剛性
をもたせることにより、平板材の変形を抑えることがで
きる。接合面には、ろう材あるいはインサート材を配置
することも可能である。以上のようにして、組み立てた
真空封入された接合対を図6に示す様に熱間静水圧加圧
により接合する。接合条件は、金属基複合材料の種類に
より適宜選択する。この様にして、図4に示す、2種類
の治具を用いることにより、金属基複合材料の平板及び
L型部材を破損・変形が無く精度良く接合することが出
来る。さらに、静水圧加圧であるために、接合面が曲面
の場合においても、良好に接合面を密着させることがで
きる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 裕 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 田中 隆 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 山田 勝利 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属基複合材料のL型部材と平板部材、
    あるいは金属基複合材料のL型部材と金属の平板部材を
    接合する際に於いて、L型部材の破損および変形防止治
    具をL型部材にそわせ、更に金属製の容器に真空封入し
    た後、加熱・加圧することを特徴とする金属基複合材料
    の接合方法。
  2. 【請求項2】 金属基複合材料のL型部材と平板部材、
    あるいは金属基複合材料のL型部材と金属の平板部材を
    接合する際に於いて、接合面にろう材を配置しL型部材
    の破損および変形防止治具をL型部材にそわせ、更に金
    属製の容器に真空封入した後、ろう材の溶融温度以上か
    つ、金属基複合材料の溶融温度以下の温度に加熱しさら
    に、加圧することを特徴とする金属基複合材料の接合方
    法。
  3. 【請求項3】 金属基複合材料のL型部材と平板部材、
    あるいは金属基複合材料のL型部材と金属の平板部材を
    接合する際に於いて、接合面にインサート材を配置しL
    型部材の破損および変形防止治具をL型部材にそわせ、
    更に金属製の容器に真空封入した後、インサート材およ
    び金属基複合材料の溶融温度以下の温度に加熱しさら
    に、加圧することを特徴とする金属基複合材料の接合方
    法。
JP6301992A 1992-03-19 1992-03-19 金属基複合材料の接合方法 Withdrawn JPH0699288A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1010615A3 (en) * 1998-12-18 2002-05-22 Construcciones Aeronauticas, S.A. A process for making a dismountable and/or fixed traction-compression coupling to be applied to composite materials
CN109439881A (zh) * 2018-12-06 2019-03-08 中国航发贵州黎阳航空动力有限公司 一种焊接件安装边非加工面热处理变形控制装置及方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 19990608