JPS6313664A - 異種材料の接合方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱膨張係数の異なる２つの材料を中間層を介
して接合する方法に関する。

〔従来の技術〕

熱膨張係数の異なる２種の４４料を高温で接合する場合
、または低温で接合して高温で使用する場合、その接合
時または使用時の収縮量や膨張量の差により、クラック
を生じることがある。そこで、緩衝材として、２゛シの
＋４ｔｌの中間の熱膨張係数を有する中間層を２つの材
料の接合面間に形成することが一般に行われている。

（発明が解決しようとする問題点） 接合しようとする２つの材料が、例えばセラミックまた
は焼結合金と金属＋Ａ料との組合わせのように、熱膨張
係数の差が大きい場合、あるいはその接合体が急熱・急
冷の熱ザイクルの厳しい条件下に使用されるものである
場合には、中間層を単に２つの材料の中間の熱膨張係数
を有する材料で形成しただけでは不十分であり、一方の
材料から他方の材料にかけて熱膨張係数が順次変化する
ように、熱膨張係数の勾配をつけることが、接合作業時
およびその後の実使用時のクランク発生を防止するうえ
で必要である。

本発明はそのような熱膨張係数の勾配を有する中間層を
形成して２つの材料を接合する方法を提供することを目
的とする。

Ｃ問題点を解決するだめの手段および作用〕本発明の異
種材料の接合方法は、 −・方の基材の熱膨張係数と他方の基材の熱膨張係数の
間に恒って段階的に変化する熱膨張係数を有し、かつそ
の熱膨張係数の段階的変化に対応して粒径が段階的に変
化している粉末を中間層材とし、該粉末を、水平に保持
された一方の基材の上面に載せ、振動を印加することに
より、その粉末層を略粒径の順に層状に分級せしめて上
下方向に熱膨張係数の勾配を形成したのち、その上面に
他方の基材を重ね合わせて加圧下に焼結処理することを
特徴としている。

粉末に振動を加えると、６１級効果により、粒径の順に
層状に分かれる。その層別はむろんシャープではないが
、１部にオ“ｂ径の大きいものが移行し、下部から上部
にがり′Ｃ順次粒径が小さくなる。従って、粉末の粒径
を熱膨張係数の順に段階的に異ならしめて才ｓＪば、振
動印加に、１、り粉末は熱膨張係数の順に分４１する。

例えば、熱膨張係数の大きい粉末の粒径を小さくし、熱
膨張係数が小さくなるにつれ粒径を大きくした４５）末
に振動を加えると、熱膨張係数が下部から−に部にかけ
て順次大きくなる勾配を有するわ）木屑が形成される。

本発明に用いられる中間層材の粉末の例として、Ｎｉ含
有間を２５〜：１６＋＋ｊ％の範囲内で段階的に変化さ
せたＦ　ｅ　−Ｎ　１合金粉末が挙げられる。Ｆｅ−Ｎ
ｉ合金は、第２図に示すよ・うに、Ｎｌ含有量＝２５ａ
　ｔ％における熱膨張係数（α）は約１６　Ｘ　１０−
’／℃、またＮｉ含有尾：：ｌにａｔ％での熱膨張係数
（α）は約Ｉ　Ｘ　１０−６／　’ＣＣあり、Ｎｉ含有
量を変えることにより、ｌＸｌ０−’〜１６ｘｌＯ−’
／’ｃの広範囲にわたって熱膨張係数を連続的に変化さ
せることができる。

また、中間層材の他の例として、Ｎｉ−Ｃｒ系自溶性合
金粉末とタングステン炭化物（ＷＣ）粉末との混合粉末
が挙げられる。その混合粉末は、ＷＣ粉末の配合量によ
って異なる熱膨張係数を示す。例えば、配合されるＷＣ
粉末量が４０重量％の場合の熱膨張係数（α）は７Ｘ１
０−６／℃、２０重量％の場合のαは９Ｘ１０−６／’
Ｃ１また５重量％のときのαは１２　Ｘ　１０−ｂ／　
’ｃである。

中間層材の粉末は、振動印加により熱膨張係数の順に分
布するように、熱膨張係数の段階的変化に対応して異な
る粒径に調製される。゛例えば、Ｎｉ含有量を２５ａ　
ｔ％から３６ａ　ｔ％まで段階的に変化させることによ
り、熱膨張係数（α）を、１６Ｘ１０−’／”Ｃからｌ
Ｘｌ０−”／’Ｃまで段階的に変化させたＦｅ−Ｎｉ合
金粉末である場合、最小粒径を約１〜２μｍ、最大粒径
を約６８〜７２μｍとし、最小粒径から最大粒径まで段
階的に粒径を異ならしめた粉末を用いることにより好結
果を得ることができる。

基材の上に中間層）］の粉末をのせ、振動印加により粒
度順に分布さ・口たのち、その上面に他方の基材を重ね
、ｉ５）木屑を脱気しつつ密封し、ついで加圧下に焼結
を行う。その加圧焼結は、好ましくは熱間静水圧加１１
焼、粘性に、Ｊ、り行われる。こうして、熱膨張係数の
勾配を有する填、結合金（中間層）を介して２つの基材
が接合される。

〔実施例〕 第１表に示すように熱膨張係数（α）と粒径とを段階的
に異ならしめた５柚類のＦｅ−Ｎｉ合金粉末を中間層材
として、炭素鋼ブロック（Ｓ４５Ｃ１α：１４Ｘ１０−
６／’Ｃ）と、窒化りい素セラミックブロック（ＳＩ、
Ｎ４、ｃｖ　：　３　ｘ　１（１−６／　”Ｃ）とを接
合する。

第１表　　中間層材 まず、第１図に示すように、一方の基材である窒化けい
素セラミックブロック（１０）を箱型キャニング材（４
０）内に納置し、振動装置（１）を有する振動台（２）
上に設置する。ついで、キャニング材（４０）内の窒化
けい素セラミックブロック（１０）の上面に、中間層材
（２０）である５種のＦｅ−Ｎｉ合金粉末ｆａｔ〜ｉｅ
）を投与し、振動を印加することにより、図示のように
、粉末層を上部から下部にかけて順次粒径が大きくなる
分布状態となしたうえ、その粉末層の上に、他方の基材
である炭素鋼ブロック（３０）を重ねる。粉末層内を真
空脱気したのち、密封し、ついで熱間静水圧加圧焼結（
温度：　１２６０℃、加圧カニ　１０００ｋｇ　ｒ　／
　Ｃ１ｌ＋、保持時間：ＩＨｒ）を行い、焼結終了後、
−１−ヤニング材（４０）を機械加工により除去して、
炭素鋼ブロックと窒化けい素セラミックブロックとがＦ
ｏ−Ｎｉ合金からなる中間層を介して接合された積層接
合体を得た。

得られた接合体の中間層は、緻密な焼結合金であり、そ
の熱膨張係数（α）番、１、炭素鋼ブロック（α：　１
４　Ｘ　１０−６．／　°ｅ　）に接する部分で、１２
Ｘ１０−６／℃、窒化りい木セラミックブロック（α：
３×１０−’／℃）に接する部分で、４．５　ｘ　１０
−ｂ／　℃であり、かつその層間で略連続的に変化する
勾配を有している。、なお、その中間層と炭素鋼ブロッ
クおよび窒化けい素ブしＩツクとの接触界面は十分に結
合していることも確認された。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、粉末を中間層材とし、振動印加と
いう、安価で簡単式４′処理操作によって、熱膨張係数
の勾配を有する中間層を介して異種飼料を接合するごと
ができる。ＩｉＬって、本発明方法は、例えば綱４４と
セラミック、鋼材と超硬合金などの接合に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図〔１〕、（ＩＩ）は本発明方法の実施例を示す断
面説明図、第２図は中間層材としてのＦｅ−Ｎｉ合金の
Ｎｉ含有量と熱膨張係数（α）の関係を示すグラフであ
る。 １：振動装置、２：振動台、１ｏ、ａｏ：基材、２０：
中間層材、４０；キャニング材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱膨張係数の異なる２つの基材を、熱膨張係数が
   一方の基材側から他方の基材側に順次変化している中間
   層を介して接合する方法であって、一方の基材の熱膨張
   係数と他方の基材の熱膨張係数の間に恒って段階的に変
   化する熱膨張係数を有し、かつその熱膨張係数の段階的
   変化に対応して粒径が段階的に変化している粉末を中間
   層材とし、該粉末を、水平に保持された一方の基材の上
   面に載せ、振動を印加することにより、その粉末層を略
   粒径の順に層状に分級せしめて上下方向に熱膨張係数の
   勾配を形成したのち、その上面に他方の基材を重ね合わ
   せて加圧下に焼結処理することを特徴とする異種材料の
   接合方法。
2. （２）中間層材として、Ｎｉ含有量が２５〜３６ａｔ％
   の範囲内において段階的に変化し、そのＮｉ含有量に対
   応して段階的に変化している粒径を有するＦｅ−Ｎｉ合
   金粉末を使用することを特徴とする上記第１項に記載の
   異種材料の接合方法。