JP2014201447A - 接合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】接合体1の製造方法は、セラミック体11、金属体12、ギャップ層4、第1中間層31及び第2中間層32を配置する配置工程と、セラミック体11と第1中間層31とを拡散接合すると同時に、金属体12と第2中間層32とを拡散接合する拡散接合工程と、第1中間層31と第2中間層32との間からギャップ層4を排出するギャップ層排出工程と、第1中間層31と第2中間層32とを接合する中間層接合工程とを有する。拡散接合工程では、ギャップ層4によって、セラミック体11及び第1中間層31の接合部分と金属体12及び第2中間層32の接合部分との間の熱伝導を抑制すると共に、第1中間層31及び第2中間層32のギャップ層4側の表面311、321に形成される酸化膜を除去する。
【選択図】図3
Description
このような接合体において、セラミック体と金属体とは様々な接合方法により接合されている。
すなわち、セラミック体を構成するセラミック材料の熱膨張係数は、一般的に、金属体を構成する金属材料の熱膨張係数よりも小さい。そのため、接合体を高温環境下で使用した場合、セラミック体には、金属体との熱膨張係数差に起因する熱応力(引張応力)が発生し、セラミック体や両者の接合部分にクラック等の損傷が生じるおそれがある。
上記セラミック体と上記金属体との間にギャップ層を配置すると共に、線膨張係数が上記セラミック体と上記金属体との間である第1中間層、第2中間層をそれぞれ上記セラミック体と上記ギャップ層との間、上記金属体と上記ギャップ層との間に配置する配置工程と、
上記セラミック体と上記第1中間層とを拡散接合すると同時に、上記金属体と上記第2中間層とを拡散接合する拡散接合工程と、
上記第1中間層と上記第2中間層との間から上記ギャップ層の少なくとも一部を排出するギャップ層排出工程と、
上記第1中間層と上記第2中間層とを接合する中間層接合工程とを有し、
上記拡散接合工程では、上記ギャップ層によって、上記セラミック体及び上記第1中間層の接合部分と上記金属体及び上記第2中間層の接合部分との間の熱伝導を抑制すると共に、上記第1中間層及び上記第2中間層の上記ギャップ層側の表面に形成される酸化膜を除去することを特徴とする接合体の製造方法にある(請求項1)。
誘導加熱においては、加熱したい場所に別々のコイルを配置し、それぞれの電流や周波数を変えることにより、両方の接合部分を別々の温度に加熱することができる。また、金属体側の接合部分を誘導加熱し、その輻射熱によってセラミック体側の接合部分を加熱することもできる。
アークプラズマ加熱においては、プラズマが発生している箇所にそれぞれワークを配置し、距離によって異なる温度分布を利用することにより、両方の接合部分を別々の温度に加熱することができる。
この場合には、上記拡散接合工程において、セラミック体及び第1中間層の拡散接合部分と金属体及び第2中間層の拡散接合部分との間の熱伝導をギャップ層によって十分に抑制することができる。
この場合には、上記拡散接合工程において、セラミック体及び第1中間層の拡散接合部分と金属体及び第2中間層の拡散接合部分との間の熱伝導をギャップ層によって十分に抑制することができる。また、第1中間層及び第2中間層のギャップ層側の表面に形成される酸化膜をギャップ層によって十分に還元除去することができる。
なお、上記ギャップ層に用いられるステンレス鋼用フラックスとしては、例えば、配合剤としてフッ化物を含有するフラックス、塩化物・ほう化物を含有するフラックス等がある。
また、上記ギャップ層の厚みは、上記ギャップ層排出工程において第1中間層と第2中間層との間からギャップ層を除去することを考慮し、例えば、1mm以下とすることができる。
この場合には、上記ギャップ層排出工程において、ギャップ層を第1中間層と第2中間層との間から容易かつ円滑に排出することができる。これにより、接合作業の効率化をより一層図ることができる。
上記金属体を構成する金属材料としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金であるインコネル(登録商標)等を用いることができる。
上記第1中間層及び上記第2中間層は、例えば、板材、粉材等によって構成することができる。また、上記セラミック体や上記金属体にスパッタリング等により成膜して構成することもできる。
上記接合体の製造方法にかかる実施例について、図を用いて説明する。
図1に示すように、本例において製造する接合体1は、セラミック材料からなるセラミック体11と金属材料からなる金属体12とを有する。セラミック体11は、SiCからなる。金属体12は、ニッケル合金であるインコネル(登録商標)からなる。
図2〜図5に示すように、本例の接合体1の製造方法は、セラミック体11と金属体12との間にギャップ層4を配置すると共に、線膨張係数がセラミック体11と金属体12との間である第1中間層31、第2中間層32をそれぞれセラミック体11とギャップ層4との間、金属体12とギャップ層4との間に配置する配置工程と、セラミック体11と第1中間層31とを拡散接合すると同時に、金属体12と第2中間層32とを拡散接合する拡散接合工程と、第1中間層31と第2中間層32との間からギャップ層4の少なくとも一部を排出するギャップ層排出工程と、第1中間層31と第2中間層32とを接合する中間層接合工程とを有する。
以下、これを詳説する。
本例において、ギャップ層4は、ステンレス鋼用フラックスからなる。ステンレス鋼用フラックスとしては、フッ化物を含有するフッ化物系フラックスを用いている。
具体的には、ギャップ層4よりもセラミック体11側において、セラミック体11及び第1中間層31にそれぞれ電極51、52を設置する。また、ギャップ層4よりも金属体12側において、金属体12及び第2中間層32にそれぞれ電極53、54を設置する。
以上により、図1の接合体1を得る。
本例の接合体1の製造方法において、配置工程では、セラミック体11と金属体12との間にギャップ層4を配置すると共に、第1中間層31、第2中間層32をそれぞれセラミック体11とギャップ層4との間、金属体12とギャップ層4との間に配置する。そして、拡散接合工程では、セラミック体11と第1中間層31とを拡散接合すると同時に、金属体12と第2中間層32とを拡散接合する。このとき、ギャップ層4によって、セラミック体11及び第1中間層31の接合部分と金属体12及び第2中間層32の接合部分との間の熱伝導を抑制する。
本例は、図7、図8に示すように、第1中間層31の構成を変更してギャップ層排出工程を行った例である。
図7に示すように、第1中間層31のギャップ層4側の表面311の中央部分には、第2中間層32に向かって突出する突起部33が設けられている。
その他の基本的な製造方法は、実施例1と同様である。また、実施例1と同様の構成については、同様の符号を付し、その説明を省略している。
本例の場合には、ギャップ層排出工程において、ギャップ層4を第1中間層31と第2中間層32との間から容易かつ円滑に排出することができる。これにより、接合作業の効率化をより一層図ることができる。
その他の基本的な作用効果は、実施例1と同様である。
本例は、図9〜図12に示すように、接合体1を電気加熱式触媒コンバータ8の一部に用いた例である。
図9に示すように、電気加熱式コンバータ8は、Si−SiCからなる円柱形状のハニカム構造体81を備えている。ハニカム構造体81は、排気管86に連結される筒状のケース87内に挿入されている。
したがって、このような部分に、実施例1の製造方法により製造された接合体1を用いることが好適である。
11 セラミック体
12 金属体
31 第1中間層
311 表面(第1中間層のギャップ層側の表面)
32 第2中間層
321 表面(第2中間層のギャップ層側の表面)
4 ギャップ層
Claims (4)
- セラミック材料からなるセラミック体(11)と金属材料からなる金属体(12)とを接合してなる接合体(1)の製造方法であって、
上記セラミック体(11)と上記金属体(12)との間にギャップ層(4)を配置すると共に、線膨張係数が上記セラミック体(11)と上記金属体(12)との間である第1中間層(31)、第2中間層(32)をそれぞれ上記セラミック体(11)と上記ギャップ層(4)との間、上記金属体(12)と上記ギャップ層(4)との間に配置する配置工程と、
上記セラミック体(11)と上記第1中間層(31)とを拡散接合すると同時に、上記金属体(12)と上記第2中間層(32)とを拡散接合する拡散接合工程と、
上記第1中間層(31)と上記第2中間層(32)との間から上記ギャップ層(4)の少なくとも一部を排出するギャップ層排出工程と、
上記第1中間層(31)と上記第2中間層(32)とを接合する中間層接合工程とを有し、
上記拡散接合工程では、上記ギャップ層(4)によって、上記セラミック体(11)及び上記第1中間層(31)の接合部分と上記金属体(12)及び上記第2中間層(32)の接合部分との間の熱伝導を抑制すると共に、上記第1中間層(31)及び上記第2中間層(32)の上記ギャップ層(4)側の表面(311、321)に形成される酸化膜を除去することを特徴とする接合体(1)の製造方法。 - 請求項1に記載の接合体(1)の製造方法において、上記ギャップ層(4)は、熱伝導率が0.1W/(m・K)以下であることを特徴とする接合体(1)の製造方法。
- 請求項1又は2に記載の接合体(1)の製造方法において、上記ギャップ層(4)は、ステンレス鋼用フラックスからなることを特徴とする接合体(1)の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の接合体(1)の製造方法において、上記第1中間層(31)及び上記第2中間層(32)の少なくとも一方は、上記ギャップ層(4)側の表面(311、312)に突起部を有し、上記ギャップ層排出工程では、上記ギャップ層(4)を介在させた状態で上記第1中間層(31)と上記第2中間層(32)とを圧縮し、上記突起部(33)を塑性流動させることによって上記ギャップ層(4)を上記第1中間層(31)と上記第2中間層(32)との間から排出することを特徴とする接合体(1)の製造方法。
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