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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