JP2008544862A - 加工部品及び微細構造化された構成部品を結合するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・現在の半田付け方法は微細構造化された構成部品を製造するために用いることができない。等温拡散半田付け方法が概ね実施に適しており、費用において低いが、腐食性及び熱ストレスに置かれた要求が高すぎないアプリケーションを被覆するだけである。
・高い出費を伴うので、拡散結合は、高温における応用及び、腐食耐性高合金鋼やニッケルベース合金のいずれにも適していない、というのは非常に高いプロセス温度が理由である、その上今までは、研究室用途の小さな構成部品における使用に制限されてきた。
・蝋付け又は拡散半田付けに関して、以下のような問題が生じる。先行技術に従い、個々の状態図に従ってホウ素、リン乃至珪素のうちの、一つの元素を供給することによって結合温度の低下を試みる場合、脆い相の形成によって、信頼できる安定した接合部を得ることができない。そのような種類の、僅かな被覆厚みを有する結合層が結合領域において付けられる場合、非特許文献4に従う極めて高い出費を伴い、かつ、製造において殆んど実現できない。
a.複数の加工部品を備えて成り、かつ、前記加工部品が結合されるべき配列に置かれている、結合配列を形成する、その結合配列は更に、複数の加工部品間に介在された結合層を備えて構成され、
b.結合配列を、結合層の融点より低い結合温度になるまで加熱する。
a.ベース材料及びサンプル設計
原則的に、本発明の結合方法は、多くの金属と金属合金の結合を可能にする。例えば、該結合方法は、以下の材料によって実施された、即ち、ステンレス鋼(材料番号1.4404)、及び登録商標ニクロファー(Nicrofer(R))3220HT(材料番号1.4876)である。プロセスパラメーターを選別するために、約20mm2の半田付け/蝋付けされるべき面積を有する円柱形をしたサンプルが用いられた(円形の結合領域の直径:5mm)。これらサンプルの形状は、非特許文献6に係る小さな比例サンプルの形状をもとに作られている。サンプルの側面図が図2に表されている。結合領域は、サンプル上の参照番号1によってラベルをつけられた位置に存在する。これらサンプル上の引張強度を決定するために、10000Nの最大力を加えることのできる、引張試験機(Zwick Z010)が用いられた。
結合層として、様々な系が予見されうる。合金NiPx、NiBx、及びFePx、並びに、層系NiPx/Crが、例として検討された。
各結合層を備えた際、サンプルは真空下(10−4mbar)温度範囲500℃〜1000℃において、特別の半田/蝋付け炉内で結合された。サンプルが結合温度まで加熱された後、それら(サンプル)は30分〜16時間の保持時間の間、この結合温度に保持された。必要な圧縮圧力を加えることを可能にする、グラファイトホルダーが、サンプルを固定するために使用された。
結合接合部の品質を検査するために、円柱形サンプルの機械安定性が決められた。この目的で、結合されたサンプルは引張試験機内にクランプで固定されて、結合接合部が破断されるまで加えられうる最大力が決定された。
登録商標ニクロファーから作られた、結合された円柱形サンプルにおける引張強度の結果を図4に示す。NiPxと結合されたサンプルに相当する値がそこに示されている。600℃以上の結合温度において結合されたサンプル上のNiPxの被覆厚みは、2μmであった。この温度より低いと、それは4又は8μmであった。これらの結果から、約600℃以上の結合温度において十分な引張強度の値が得られたことが理解されうる。
Claims (22)
- 以下の方法ステップa、b、即ち、
a.複数の加工部品を備えて構成する配列を形成する、前記配列は加工部品を結合するのに最適であり、かつ、複数の加工部品間に介在された金属製の結合層を更に含んでいる、
b.前記結合の配列を、結合層の融解温度よりも低い結合温度まで加熱する、
を含む、加工部品を結合する方法において、
化学的手法又は電気分解手法を用いて、加工部品の各々の結合領域に結合層を析出することを特徴とする方法。 - 化学的手法が、無電解めっき法であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 結合温度が800℃以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
- 結合温度が少なくとも550℃であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 結合層が、5μmの最大厚みを有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 結合層が、2μmの最大厚みを有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 結合層が、1μmの最大厚みを有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 結合層が、非金属および半金属を含む群から選択された少なくとも一つの元素を含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 元素が、リン、ホウ素、及び炭素を含む群から選択されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 結合層が、ニッケル、鉄、コバルト、クロム及びマンガンを含む群から選択された少なくとも一つの遷移金属を含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- ニッケル、鉄、コバルト、クロム及びマンガンを含む群から選択された少なくとも一つの遷移金属と、リン、ホウ素、及び炭素を含む群から選択された一つの非金属乃至半金属から成る、二成分合金から結合層が構成されていることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 結合層が、ニッケル/リン、ニッケル/ホウ素、及び鉄/リン合金を含む群から選択された少なくとも一つの合金から構成されていることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- ニッケル、鉄、コバルト、クロム及びマンガンを含む群から選択された少なくとも一つの遷移金属を含む分散層、及び、該分散層内へ分散される、リン、ホウ素及び炭素を含む群から選択された少なくとも一つの非金属乃至半金属から、結合層が構成されることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- ニッケル、鉄、コバルト、クロム及びマンガンを含む群から選択された二つの遷移金属と、リン、ホウ素及び炭素を含む群から選択された一つの非金属乃至半金属から成る、三成分合金から結合層が構成されていることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 結合層が、少なくとも一つの合金層と一つの金属層から成る層順序から構成され、上記少なくとも一つの合金層の少なくとも一つは、ニッケル、鉄、コバルト、クロム及びマンガンを含む群から選択された少なくとも一つの遷移金属と、リン、ホウ素及び炭素を含む群から選択された一つの非金属乃至半金属を含み、上記一つの金属層は、ニッケル、鉄、コバルト、クロム及びマンガンを含む群から選択された少なくとも一つの遷移金属を含む、ことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 結合層が、ニッケル/リン合金層、及び、クロム層の層順序から構成されることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 結合の配列が、その断面において結合層がもはや見えなくなるまで加熱されることを特徴とする、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 加熱の間、結合の配列が圧縮圧力にさらされることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 結合の配列において、結合領域を介して複数の構成部品が互いに接合されるべき位置にのみ結合層が置かれることを特徴とする、請求項1〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 加工部品が、マイクロリアクター、マイクロ熱交換器、又はマイクロミキサーの構成部品であることを特徴とする、請求項1〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 複数の加工部品が高温において、かつ、長い結合時間の間、互いに結合されることによって、継ぎ目のない結合が得られることを特徴とする、請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 構成部品が、請求項1〜21のいずれか一項に記載のとおりに製造されることを特徴とする、結合接合部を形成している結合層によって互いに結合された、金属及び金属合金を含む群から選択された物質から成る微細構造化された構成部品層の積層物を含む、微細構造構成部品。
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