JPH07256468A - 固相拡散接合法 - Google Patents
固相拡散接合法Info
- Publication number
- JPH07256468A JPH07256468A JP7658294A JP7658294A JPH07256468A JP H07256468 A JPH07256468 A JP H07256468A JP 7658294 A JP7658294 A JP 7658294A JP 7658294 A JP7658294 A JP 7658294A JP H07256468 A JPH07256468 A JP H07256468A
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- JP
- Japan
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- joining
- ceramic particles
- phase diffusion
- solid phase
- hydrostatic pressure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複雑ナ接合面でも接合可能な固相拡散接合法
を提供する。 【構成】 本発明は接合部材を固相の状態で接合する場
合において、接合部材を当接した状態で、カプセル内に
充填したセラミックス粒子内に埋込み密封し、全体を所
定温度にしつつ、カプセル外部より静水圧を加えて固相
の状態で接合することを特徴とする固相拡散接合法であ
る。
を提供する。 【構成】 本発明は接合部材を固相の状態で接合する場
合において、接合部材を当接した状態で、カプセル内に
充填したセラミックス粒子内に埋込み密封し、全体を所
定温度にしつつ、カプセル外部より静水圧を加えて固相
の状態で接合することを特徴とする固相拡散接合法であ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料,複合材料,
セラミックス材料などからなる接合部材を用い、該接合
部材の当接した面に圧力と熱を加えることで、部材を固
相状態で接合する固相拡散接合法に関し、特に圧力媒体
にセラミックス粒子を介設しておこなう固相拡散接合法
に関する。
セラミックス材料などからなる接合部材を用い、該接合
部材の当接した面に圧力と熱を加えることで、部材を固
相状態で接合する固相拡散接合法に関し、特に圧力媒体
にセラミックス粒子を介設しておこなう固相拡散接合法
に関する。
【0002】
【従来の技術】2つ以上の部材の、互に接合しようとす
る面を精度よく平滑に仕上げ、その面に熱と圧力を加え
ながら固相状態で接合する方法がある。この接合方法
は、一般に拡散接合と呼ばれており、その要領を図6に
示す。即ち、接合しようとする部材A,Bは金属材料の
場合、その結晶粒径が1μm 以下と細かく、接合面が十
点平均粗さで0.1〜0.2μm 以下に仕上げられて清
浄であることが要求される。そして、これらの接合部材
A,Bを、加圧用の治具1,2の間に挾み、所定の温度
に加熱しながら所定の圧力Pのもとで、真空容器3内の
真空中で7.2〜18ks 程度の時間をかけて接合され
る。なお、4は加熱用のヒーター、5は密封用のオイル
シールである。一方、接合部材A,Bの間に、図7に示
すように箔状のインサート材(金属)Cを挾み、圧力と
熱を加えることで接合部材A,Bとインサート材Cとを
反応させて接合する接合方法がある。この方法は接合部
材の結晶粒径は粗くともよく、その接合面の仕上げ精度
も1μm 以下とし、両接合部材A,Bの間に、5〜10
0μm 程度の厚さのインサート金属Cを挾み、真空中又
は不活性ガス中で3.6Ks 以上の時間と圧力と熱を加
えることによって接合するものである。
る面を精度よく平滑に仕上げ、その面に熱と圧力を加え
ながら固相状態で接合する方法がある。この接合方法
は、一般に拡散接合と呼ばれており、その要領を図6に
示す。即ち、接合しようとする部材A,Bは金属材料の
場合、その結晶粒径が1μm 以下と細かく、接合面が十
点平均粗さで0.1〜0.2μm 以下に仕上げられて清
浄であることが要求される。そして、これらの接合部材
A,Bを、加圧用の治具1,2の間に挾み、所定の温度
に加熱しながら所定の圧力Pのもとで、真空容器3内の
真空中で7.2〜18ks 程度の時間をかけて接合され
る。なお、4は加熱用のヒーター、5は密封用のオイル
シールである。一方、接合部材A,Bの間に、図7に示
すように箔状のインサート材(金属)Cを挾み、圧力と
熱を加えることで接合部材A,Bとインサート材Cとを
反応させて接合する接合方法がある。この方法は接合部
材の結晶粒径は粗くともよく、その接合面の仕上げ精度
も1μm 以下とし、両接合部材A,Bの間に、5〜10
0μm 程度の厚さのインサート金属Cを挾み、真空中又
は不活性ガス中で3.6Ks 以上の時間と圧力と熱を加
えることによって接合するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記、図6に示す方法
は、部材の変形を極力抑えて接合でき、接合部強度も優
れているが、その接合条件として、前記のように部材の
結晶粒径が1μm 以下であることが必要であり、接合面
の仕上げ精度が高く、雰囲気が真空であること、接合時
間も7.2Ks 以上かかるという欠点がある。一方、イ
ンサート材を用いる接合方法は、図6の方法も同様であ
るが、加圧手段は基本的にプレスによりおこなうもので
あり、大型プレス機械が必要となる。しかも加圧力に対
して垂直な面でのみの接合しかできない。したがって、
接合部材は単純な形状のもののみに限定され、複雑な形
状面での接合はできない。さらに接合部材の表面部分を
複合材料によって同時に複合化するということも、当然
不可能である。本発明は、前記事情に鑑みてなされたも
ので、前記問題点を解消した固相拡散接合法を提供する
ことを目的とする。
は、部材の変形を極力抑えて接合でき、接合部強度も優
れているが、その接合条件として、前記のように部材の
結晶粒径が1μm 以下であることが必要であり、接合面
の仕上げ精度が高く、雰囲気が真空であること、接合時
間も7.2Ks 以上かかるという欠点がある。一方、イ
ンサート材を用いる接合方法は、図6の方法も同様であ
るが、加圧手段は基本的にプレスによりおこなうもので
あり、大型プレス機械が必要となる。しかも加圧力に対
して垂直な面でのみの接合しかできない。したがって、
接合部材は単純な形状のもののみに限定され、複雑な形
状面での接合はできない。さらに接合部材の表面部分を
複合材料によって同時に複合化するということも、当然
不可能である。本発明は、前記事情に鑑みてなされたも
ので、前記問題点を解消した固相拡散接合法を提供する
ことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は接合部材を固相の状態で接合する場合において、接合
部材を当接した状態で、カプセル内に充填したセラミッ
クス粒子内に埋込み密封し、全体を所定温度にしつつ、
カプセル外部より静水圧を加えて固相の状態で接合する
固相拡散接合法により前記課題を解消した。本発明によ
って接合部材の複雑な接合面での固相拡散接ができ、同
時に接合部材表面の複合化ができる。
は接合部材を固相の状態で接合する場合において、接合
部材を当接した状態で、カプセル内に充填したセラミッ
クス粒子内に埋込み密封し、全体を所定温度にしつつ、
カプセル外部より静水圧を加えて固相の状態で接合する
固相拡散接合法により前記課題を解消した。本発明によ
って接合部材の複雑な接合面での固相拡散接ができ、同
時に接合部材表面の複合化ができる。
【0005】以下、本発明について、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。本発明で用いるセラミックスは、た
とえば、SiC,Si3 N4 ,SiO2 ,Al2 O3 な
どのセラミックス粒子を用いることができる。これらセ
ラミックス粒子は異種複数のセラミックス粒子を混合し
たものでもよい。セラミックス粒子の粒径は、圧力伝達
が円滑にできるように100μm 以下がよく、下限は
0.1μm で充分である。処理には、カプセルとして、
例えば図1に示すように鋼製外筒11を用い、この外筒
11内に前記セラミックス粒子12を充填し、このセラ
ミックス粒子12の間に当接した接合部材13,14を
埋込む。次に、この鋼製外筒11を密封したあと、この
鋼製外筒11に対し、加熱しながら等方から静水圧を加
える。15はその加熱用ヒーターを示す。加圧力は、部
材の接合を円滑かつ均一に行わせるため、0.1MPa
以上がよく、上限は1000MPa で充分である。ま
た、加熱時間は接合を充分行わせるため、0.5ks 以
上が好ましく上限は20ks で充分である。加熱温度は
接合部材の種類,材質に応じて適宜選定する。接合をお
こなう接合部材の構造としては、具体的にはたとえば図
2(a ),(b)に示すように筒状の円筒21と、この
円筒21の頂部に、たとえば高温耐磨耗性材料からなる
円板22を接合するものとし、円板22と円筒21の間
にインサート用の金属箔23を挾んだものを、前記セラ
ミックス粒子の中に埋込む実施例態様がある。
ら詳細に説明する。本発明で用いるセラミックスは、た
とえば、SiC,Si3 N4 ,SiO2 ,Al2 O3 な
どのセラミックス粒子を用いることができる。これらセ
ラミックス粒子は異種複数のセラミックス粒子を混合し
たものでもよい。セラミックス粒子の粒径は、圧力伝達
が円滑にできるように100μm 以下がよく、下限は
0.1μm で充分である。処理には、カプセルとして、
例えば図1に示すように鋼製外筒11を用い、この外筒
11内に前記セラミックス粒子12を充填し、このセラ
ミックス粒子12の間に当接した接合部材13,14を
埋込む。次に、この鋼製外筒11を密封したあと、この
鋼製外筒11に対し、加熱しながら等方から静水圧を加
える。15はその加熱用ヒーターを示す。加圧力は、部
材の接合を円滑かつ均一に行わせるため、0.1MPa
以上がよく、上限は1000MPa で充分である。ま
た、加熱時間は接合を充分行わせるため、0.5ks 以
上が好ましく上限は20ks で充分である。加熱温度は
接合部材の種類,材質に応じて適宜選定する。接合をお
こなう接合部材の構造としては、具体的にはたとえば図
2(a ),(b)に示すように筒状の円筒21と、この
円筒21の頂部に、たとえば高温耐磨耗性材料からなる
円板22を接合するものとし、円板22と円筒21の間
にインサート用の金属箔23を挾んだものを、前記セラ
ミックス粒子の中に埋込む実施例態様がある。
【0006】なお、本発明に係る前記方法は、接合部材
に直接作用する最終圧力媒体をセラミックス粒子とした
ため、接合部材の接合面にセラミックス粒子が入り込ま
ないようにすれば、接合面に静水圧が加わり、固相拡散
接合が可能となる。いま、仮りに最終圧力媒体にガスを
用いた場合は、接合面に等方静水圧が加わるため接合で
きない。すなわち、本発明の図1(a)に示す状態では
圧力Pは等方的(完全等方圧ではない)であるため、接
合部材13,14の接合面に対し、図示の矢印Mのよう
に、セラミックス粒子を介して作用し、接合面が複雑形
状でも、また、どちらを向いていても接合できる。さら
に部材内部欠陥(巣や空隙など)が存在するときは、こ
れを押し潰してしまう。また必要があれば圧力媒体であ
るセラミックス粒子を、接合部材表面部に侵入させて、
その部分の複合化もできる。よって固相拡散接合に必要
としているプレス機も不要となる。一方、最終圧力媒体
にガスを用いた場合には図1(b)に矢印Nで示すよう
に接合部材13,14の接合面を押し付けるような圧力
は作用しないので接合できない。また部材表面につなが
っている欠陥は潰れない。
に直接作用する最終圧力媒体をセラミックス粒子とした
ため、接合部材の接合面にセラミックス粒子が入り込ま
ないようにすれば、接合面に静水圧が加わり、固相拡散
接合が可能となる。いま、仮りに最終圧力媒体にガスを
用いた場合は、接合面に等方静水圧が加わるため接合で
きない。すなわち、本発明の図1(a)に示す状態では
圧力Pは等方的(完全等方圧ではない)であるため、接
合部材13,14の接合面に対し、図示の矢印Mのよう
に、セラミックス粒子を介して作用し、接合面が複雑形
状でも、また、どちらを向いていても接合できる。さら
に部材内部欠陥(巣や空隙など)が存在するときは、こ
れを押し潰してしまう。また必要があれば圧力媒体であ
るセラミックス粒子を、接合部材表面部に侵入させて、
その部分の複合化もできる。よって固相拡散接合に必要
としているプレス機も不要となる。一方、最終圧力媒体
にガスを用いた場合には図1(b)に矢印Nで示すよう
に接合部材13,14の接合面を押し付けるような圧力
は作用しないので接合できない。また部材表面につなが
っている欠陥は潰れない。
【0007】
【実施例】以下に、本発明の実施例を示すが、本発明
は、これらの実施例のみに限定されるものではない。実施例1 φ40×45mmのJIS SPCC製外筒内に、平均粒
子径5μm のSiC粒子を充填した。これに接合部材と
して、JIS AC8A合金に平均粒子径5μm のSi
C粒子を5mass%添加した複合材料からなるφ25
×h20mmの円筒と、φ20×h2.5mmのJIS S
KD11の円板を用意し、この部材の間にφ20×h
0.02mmのCu円板箔を挾み、図2に示すように組み
合わせてSiC粒子内に埋没させ、外筒内部を0.1P
a 程度に減圧後、溶接密閉した。更にその後、熱間等方
静水圧(HIP)装置により全体を823Kに加熱しつ
つ、Ar雰囲気で約100MPa の静水圧を約3.6k
s 間加えた。以上の処理によって図3に示すようにAC
8A合金複合材料からなる部材とSKD11の部材とは
固相拡散接合でき、さらにAC8A合金複合材料の表面
にはSiC粒子が侵入し複合化できた。この部材は、次
工程で図2(C)に示すようなバルブリフタに加工し
た。このバルブリフタは、本体マトリックスがアルミ合
金製なので軽量であり、カムとの摺動で耐摩耗性が要求
される頂部が高耐摩耗材料で補われ、使用に十分耐える
良好な部品とすることができた。なお、側面に要求され
る耐摩耗性は、SiC粒子による複合化で十分なものと
なった。
は、これらの実施例のみに限定されるものではない。実施例1 φ40×45mmのJIS SPCC製外筒内に、平均粒
子径5μm のSiC粒子を充填した。これに接合部材と
して、JIS AC8A合金に平均粒子径5μm のSi
C粒子を5mass%添加した複合材料からなるφ25
×h20mmの円筒と、φ20×h2.5mmのJIS S
KD11の円板を用意し、この部材の間にφ20×h
0.02mmのCu円板箔を挾み、図2に示すように組み
合わせてSiC粒子内に埋没させ、外筒内部を0.1P
a 程度に減圧後、溶接密閉した。更にその後、熱間等方
静水圧(HIP)装置により全体を823Kに加熱しつ
つ、Ar雰囲気で約100MPa の静水圧を約3.6k
s 間加えた。以上の処理によって図3に示すようにAC
8A合金複合材料からなる部材とSKD11の部材とは
固相拡散接合でき、さらにAC8A合金複合材料の表面
にはSiC粒子が侵入し複合化できた。この部材は、次
工程で図2(C)に示すようなバルブリフタに加工し
た。このバルブリフタは、本体マトリックスがアルミ合
金製なので軽量であり、カムとの摺動で耐摩耗性が要求
される頂部が高耐摩耗材料で補われ、使用に十分耐える
良好な部品とすることができた。なお、側面に要求され
る耐摩耗性は、SiC粒子による複合化で十分なものと
なった。
【0008】実施例2 φ100×h100mmのJIS SPCC製外筒内に、
平均粒子径5μm のSiC粒子を充填した。これに接合
部材として図5に示すAC4C製シリンダヘッド25
と、その燃焼室の高温強度改善のために、AC8A合金
に径が10μm のSiC粒子を20mass%添加した
複合材料の円板26を接触させ、これらをSiC粒子内
に埋没させ、外筒内部を0.1Pa 程度に減圧後、溶接
密閉した。更にその後、HIP装置により全体を798
Kに加熱しつつ、Ar雰囲気で約100MPa の静水圧
を約3.6ks 間加えた。このことにより図5(b)に
示すように、これらは固相拡散接合でき、AC4C合金
の表面にはSiC粒子が侵入複合化できた。その接合部
分Sの拡大組織を図4に示す。その後仕上げ加工したシ
リンダヘッドは、燃焼室に適用した複合材料のため燃焼
室の高温強度が向上し、また複合材料のマトリックスが
アルミ合金のため、本体との熱伝導(冷却性)が良好
で、高温燃焼,高速回転,長時間作動等によく耐える良
好な部品とすることができた。
平均粒子径5μm のSiC粒子を充填した。これに接合
部材として図5に示すAC4C製シリンダヘッド25
と、その燃焼室の高温強度改善のために、AC8A合金
に径が10μm のSiC粒子を20mass%添加した
複合材料の円板26を接触させ、これらをSiC粒子内
に埋没させ、外筒内部を0.1Pa 程度に減圧後、溶接
密閉した。更にその後、HIP装置により全体を798
Kに加熱しつつ、Ar雰囲気で約100MPa の静水圧
を約3.6ks 間加えた。このことにより図5(b)に
示すように、これらは固相拡散接合でき、AC4C合金
の表面にはSiC粒子が侵入複合化できた。その接合部
分Sの拡大組織を図4に示す。その後仕上げ加工したシ
リンダヘッドは、燃焼室に適用した複合材料のため燃焼
室の高温強度が向上し、また複合材料のマトリックスが
アルミ合金のため、本体との熱伝導(冷却性)が良好
で、高温燃焼,高速回転,長時間作動等によく耐える良
好な部品とすることができた。
【0009】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、、固相拡
散接合において、従来必要としていた大型のプレス機械
は不要となるとともに、複雑な形状の接合面であっても
接合が可能となった。すなわち接合面に静水圧が加えら
れるので、その面はどちらを向いていても接合できるよ
うになった。また接合部材はHIP効果を受けるため、
内部に巣や隙間があっても押し潰すから、内部欠陥の解
消ができる。さらに接合部材表面の部分に圧力媒体に用
いているセラミックス粒子を同時に侵入させ、その部分
の複合化も可能となった。
散接合において、従来必要としていた大型のプレス機械
は不要となるとともに、複雑な形状の接合面であっても
接合が可能となった。すなわち接合面に静水圧が加えら
れるので、その面はどちらを向いていても接合できるよ
うになった。また接合部材はHIP効果を受けるため、
内部に巣や隙間があっても押し潰すから、内部欠陥の解
消ができる。さらに接合部材表面の部分に圧力媒体に用
いているセラミックス粒子を同時に侵入させ、その部分
の複合化も可能となった。
【図1】本発明に関連する方法の説明図で、同図(a)
は本発明の方法を、同図(b)はこれと比較した他の方
法を説明する図である。
は本発明の方法を、同図(b)はこれと比較した他の方
法を説明する図である。
【図2】本発明の実施例で、同図(a),(b),
(c)は、その要領を説明する図である。
(c)は、その要領を説明する図である。
【図3】本発明に係る方法で接合した部材の接合断面を
拡大した金属組織で、図面に代る写真である。
拡大した金属組織で、図面に代る写真である。
【図4】同じく他の実施例の接合断面を拡大した金属組
織で、図面に代る写真である。
織で、図面に代る写真である。
【図5】本発明の他の実施例の接合要領を説明する図
で、同図(a)はシリンダヘッドの斜視図、同図(b)
は同図(a)のX−X線断面の説明図である。
で、同図(a)はシリンダヘッドの斜視図、同図(b)
は同図(a)のX−X線断面の説明図である。
【図6】固相拡散接合法の要領を説明する図である。
【図7】インサート材を用いた固相拡散接合法の要領を
説明する図である。
説明する図である。
11 鋼製外筒 12 セラミックス粒子 13 接合部材 14 接合部材 21 円筒 22 円板 23 金属箔
Claims (2)
- 【請求項1】 接合部材を固相の状態で接合する場合に
おいて、接合部材を当接した状態で、カプセル内に充填
したセラミックス粒子内に埋込み密封し、全体を所定温
度にしつつ、カプセル外部より静水圧を加えて固相の状
態で接合することを特徴とする固相拡散接合法。 - 【請求項2】 接合部材の間にインサート材を介設して
おこなうことを特徴とする請求項1に記載の固相拡散接
合法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7658294A JPH07256468A (ja) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | 固相拡散接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7658294A JPH07256468A (ja) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | 固相拡散接合法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07256468A true JPH07256468A (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=13609285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7658294A Pending JPH07256468A (ja) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | 固相拡散接合法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07256468A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016072244A1 (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-12 | 日新製鋼株式会社 | 拡散接合用ステンレス鋼材 |
CN112453662A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-09 | 南京钢铁股份有限公司 | 一种适用于1000MPa级高强钢的埋弧焊焊接工艺 |
-
1994
- 1994-03-23 JP JP7658294A patent/JPH07256468A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016072244A1 (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-12 | 日新製鋼株式会社 | 拡散接合用ステンレス鋼材 |
JP2016089223A (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 日新製鋼株式会社 | 拡散接合用ステンレス鋼材 |
KR20170084138A (ko) * | 2014-11-05 | 2017-07-19 | 닛신 세이코 가부시키가이샤 | 확산 접합용 스테인리스 강재 |
CN107002189A (zh) * | 2014-11-05 | 2017-08-01 | 日新制钢株式会社 | 扩散接合用不锈钢材料 |
CN107002189B (zh) * | 2014-11-05 | 2019-07-05 | 日铁日新制钢株式会社 | 扩散接合用不锈钢材料 |
TWI680193B (zh) * | 2014-11-05 | 2019-12-21 | 日商日新製鋼股份有限公司 | 擴散接合用不銹鋼材料 |
CN112453662A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-09 | 南京钢铁股份有限公司 | 一种适用于1000MPa级高强钢的埋弧焊焊接工艺 |
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