JPS61229485A - 金属材料の拡散接合方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、金属材料の接合時の加圧に係り、特に好適な
拡散接合方法、及びそれを実施するための装置に関する
。

〔発明の背景〕

拡散接合は真空あるいは不活性ガス雰囲気中で接合材の
再結晶温度以上に加熱し適当な加圧を行い原子拡散で接
合するものである。したがって、加圧方法とその時期が
重要な接合因子である。

従来の加圧方法は特公昭５９−４８７１３号公報の第２
図に示されるように接合材の融点以下の温度に加熱して
行き、その温度に達した時に一定の圧力、１ｌＬ１〜１
０ゆ／−２を一定の加熱時間１分〜２時間を与えるもの
である。加圧力は接合面の接触に寄与させるものであり
、接合材に均等加圧が重要であることを述べている。

しかしながら、該方法では、静圧であるため接合面のミ
クロ的な突起が降伏し接触面が仕上げのままより増加す
るが完全ではない。また、この突起の平滑度が悪いと加
圧力を増加させなければならない。加圧時における被接
合面近傍からの微量のガス放出や、それによる被接合面
の不純物の除去についての加圧の効果については配慮さ
れていなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の加圧方法で考慮されていなかっ
た昇温過程における被接合面の微量ガスの放出とそれに
伴う不純物の除去を効果的に行い、接合面の空孔や非金
属の介在物に基因する欠陥を防止した拡散接合方法及び
その装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明を概説すれば、本発明の第１の発明は金属材料の
拡散接合方法に関する発明であって、一対の金属材料接
合材を拡散接合する方法において、該被接合材を所定温
度に加熱する工程、該加熱中及び／又は加熱後に接合面
が互いに接触しない距離において接合材の少なくとも一
方に振動を与える加振工程、該加振後に接合面を接触さ
せ圧力を加える工程の各工程を包含することを特徴とす
る。

また本発明の第２の発明は、上記の方法に使用する装置
に関する発明であって、該装置が、該被接合材を加熱す
る丸めの加熱設備、該被接合材に膨圧力を加えるための
加圧設備、該被接合材の少なくとも一方に振動を与える
ための加振設備の各設備を包含することを特徴とする。

金属材料中には充分管理された製造工程で作られた材料
にも数千ｐｐｍ〜数十ｐＰｍのガスを不純物として含有
する。これらのガスは材料中に空孔又は非金属介在物と
して存在する。これらのガス成分は高温の金属中で溶解
度が増すので加熱部分に集まる傾向があシ、接合面の高
温部分はガス濃度が高い。そこで本発明においては、接
合面を振動させてミクロ的な起伏面を変形破壊させて同
時に少なくともその部分のガスを材料中から放出させる
。同時に昇温過程で放出されるガスによって生ずる接合
界面の酸化物を機械的に除去することが出来る。また、
材料表面の起伏が振動で破壊されるため材料の新しい面
が現われて接合時の金属の拡散が容易となるので、信頼
性の高い接合面が得られる。

接合時に与える周波数は５０　Ｈｓｓ　−Ｓ　Ｄ　ＫＨ
ｚまで選択することが出来る。５０　Ｈｇ　未満の周波
数では接合界面の酸化物の除去は出来ない。

また、３０　Ｋ）ＩＺ超では酸化物を除去するに必要な
振動を得ることが困難で結果的に酸化物は除去できない
。

なお、周波数が低い場合、振幅を大きくして接合界面の
接触による作用で酸化物を除去する。

また、周波数が高い場合は振幅を小さくしても良く運動
のエネルギーで酸化物がはく離々脱する。これら振幅は
与える周波数によって異なるが５μｍ〜２　ｏ　ｏ　ｐ
ｍの範囲で選択することが効果的である。

接合面の粗さが粗い場合や、材質的に比較的硬さが低い
ものは低周波数−高振幅の条件を選択し、細かな表面や
、硬い材質は高周波数−低振幅が良い。振動時間は接合
界面が接触しない時は任意の時間で良いが少なくとも３
分以上が望ましく、接合界面が接触したら数秒の短時間
で良い。

その他、本発明の接合は、拡散接合の常法で行ってよい
。

まず、接合面間に接合を促進させる中間材を設けること
ができ、中間材がなくてもよい。中間材は３１日１等を
含む合金、被接合材よシも低融点の金属又は合金でよい
。

また、接合は真空中で行ってもよい。

更に、前記加熱工程においては、接合部の接合材を溶融
することなく、中間金属が存在する場合には、中間金属
が溶融しない温度範囲の高温に加熱し、加振、加圧に続
いて、後熱処理を施して接合を行ってもよい。

別法として、前記加熱工程における温度を接合温度とし
、加振し、圧力を加えて接合を完了させてもよい。

他方、装置においても、通常のように、接合部を真空室
としてよく、またスペーサを使用してもよい。換言すれ
ば、加振設備が通常の拡散接合装置に付加されたものに
相当する。

〔発明の実施例］ 以下、本発明を実施例によシ更に具体的に説明するが、
本発明はこれらに限定されない。

なお、第１図は本発明装置の１例の断面概略図であり、
第２図は本発明方法の１例における時間（横軸）と、温
度、加振及び加圧力（縦軸）との関係を示すグラフであ
る。

実施例１ 以下、本発明の１実施例を第１図に示す拡散接合装置の
構成図を用いて説明する。１は加振装置で、２の加圧ロ
ッドと共に構成され、３の加振ロッドによル振動が、４
のスペーサに伝達される。更にこの振動は４に保持され
た５の被接合材に伝達される。この振動は７の荷重受台
上の４のスペーサに保持された５の接合材との接合面で
振動する。６は真空室で、８のヒータからの輻射熱を冷
却する構造となっている。５の被接合材は一対のＳＵＥ
　１４材で板厚の平行度を正確に得るため機械加工で仕
上げ、更に、接合面は１０〜６μｍの粗さに仕上げた。

その後、その面にボロンを数僑含むＮｉ−０ｒ材を約１
５ｐｍの厚さを目標に被接合材の上部側の材料、すなわ
ち加振ロッド３によって伝達される材料の接合面のみに
蒸着させた。振動は第１図から判るように接合面に直角
に作用する。第２図は前記のように接合時の温度と加振
と加圧力の相対的な関係を示すグラフである。なお真空
炉は１０−５トールに保持して行った。

接合温度は被接合材の融点よシ低い温度である１０７０
℃で第２図のａまで昇温するが、この接合温度前ａ′の
時期に接合材に振動を与えたその周波数１ｄ　２０　Ｋ
Ｈｚで振幅は２０μｍである。

接合面は予め荷重が加わらないように空間をあけ振動開
始と共に加圧ロッドを降下させ加圧させる接合面が接触
し圧力が増加すると振動はオーバロッドになシ停止回路
が作動し、圧力（１２ゆ／■１）のみとなる。この振動
を実質的な接触を生ずるまで、３分以上行った。実質的
な接触が生じた後は１０〜１５秒の短時間で良い。

圧力を加えた後、この圧力を除荷し再度振動を与えると
接合の程度により振動することがあるがその場合は前回
より多少大きな圧力を加える。なお圧力の保持時間は５
分程度で良く、その後徐々に圧力を低下させると同時に
加熱温度を上昇させ被接合材の融点より低い温度である
１１００℃で１０分保持した。

このようにして接合した接合部断面をミクロ観察した結
果、接合部分の組織は微細で空胴欠陥の存在は認められ
なかった。

実施例２ 次にＢＵＢ　３０４とジルコニウム合金についても行っ
た。この場合中間金属の蒸着は省略し上記した条件と同
様にして行った。その結果、接合面に欠陥はなく完全な
接合状態を呈していた。

〔発明の効果］ 本発明によれば接合温度で接合前の接合界面に振動を与
えるので、その界面の酸化物やガスを除去することが出
来、更に表面のミクロ的な起伏を破壊し新しい金属面を
形成するので、接合時間を著しく短縮することが出来る
。また界面の酸化物が除去されるので接合面は清浄とな
シ強度的にも冶金的にも優れた接手が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の拡散接合装置の１例の断面概略図、第
２図は本発明方法の１例における温度と加振及び加圧力
との相対的な関係を示すグラフである。 １：加振装置、２：加圧ロッド、３：加振ロッド、４ニ
スペーサ、５：被接合材、６：真空室、７：荷重受台、
８：ヒータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一対の金属材料接合材を拡散接合する方法において
   、該被接合材を所定温度に加熱する工程、該加熱中及び
   ／又は加熱後に接合面が互いに接触しない距離において
   接合材の少なくとも一方に振動を与える加振工程、該加
   振後に接合面を接触させ圧力を加える工程の各工程を包
   含することを特徴とする金属材料の拡散接合方法。 ２、前記圧力を加える工程に続いて前記所定温度より高
   い温度に加熱して拡散接合を行う特許請求の範囲第１項
   記載の金属材料の拡散接合方法。 ３、前記所定温度が接合温度であり、該圧力を加える工
   程で接合を完了する特許請求の範囲第１項記載の金属材
   料の拡散接合方法。 ４、一対の金属材料接合材を拡散接合する装置において
   、該被接合材を加熱するための加熱設備、該被接合材に
   圧力を加えるための加圧設備、該被接合材の少なくとも
   一方に振動を与えるための加振設備の各設備を包含する
   ことを特徴とする金属材料の拡散接合装置。