JP2693973B2 - 筒状積層材の拡散接合方法 - Google Patents

筒状積層材の拡散接合方法

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JP2693973B2 JP63228063A JP22806388A JP2693973B2 JP 2693973 B2 JP2693973 B2 JP 2693973B2 JP 63228063 A JP63228063 A JP 63228063A JP 22806388 A JP22806388 A JP 22806388A JP 2693973 B2 JP2693973 B2 JP 2693973B2
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豊之 東野
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば医療用機器,分析機器,電子機器お
よびこれらの部品等に使われる筒状積層材の拡散接合方
法に関する。
[従来の技術] モリブデン,タングステン,チタン,鉄,クロム,
銀,マンガン,ニッケル等からなる被接合材を、例えば
銅あるいは銅合金からなる金属基材に接合する手段とし
て、ろう付,蒸着,めっき等が知られている。
ろう付としては銀ろう付が一般的であるが、高温時
の接合部の強度に問題があり、熱応力あるいは外力によ
る剪断力が負荷された場合にろう付部から剥離する可能
性がある。また、円筒形の部材の外周面全体に均一にろ
う付することは技術的に難しく、使用中にろう付不良箇
所が冷却不足となって局部的な温度上昇を生じ、剥離す
る可能性が高い。また、チタンやクロム,モリブデン等
はろう材との濡れ性が悪いため、ろう付自体が不可能な
場合もある。
蒸着は、被接合材を真空蒸着方やイオンプレーティ
ング,スパッタリング法などによって金属基材の外周面
にコーティングする方法であるが、コーティング速度が
きわめて遅く、必要厚(例えば30〜100μm)にするの
に長時間を要する。また、コーティング厚が大になると
不可避的に発生する残留応力により剥離しやすくなる。
めっきによる場合、被接合材はめっき可能な金属
(銀,鉄,ニッケル,クロム等)に限られるから、材料
的な制約が大きい。また、めっきは液中で行なわれるた
め、真空で高温にさらされると、めっき時に吸着された
液分がガス化しやすく、界面から剥離する可能性があ
る。また、蒸着の場合と同様に被接合材の厚みに大きな
制約を受ける。
上記,,の各方法に比べて、拡散接合は接合強
度および高温時の強度が高く、しかも欠陥のない安定し
た接合部が得られる。拡散接合は、接合したい部材を真
空中,不活性ガスもしくは還元ガス雰囲気中で高温に加
熱するとともに、接合部に荷重を負荷した状態で所定の
時間保持することにより、部材相互の接触部を通じて原
子の相互拡散を生じさせて固相状態のまま接合を行なう
方法である。拡散接合によって被接合材を接合した場
合、ろう付のような低融点部分がないため高温強度に優
れ、各種の被接合材全てに適用可能であり、被接合材の
厚みを大きくとれ、しかもめっきのような接合界面から
のガスの発生を生じないなど、優れた特性を発揮でき
る。
拡散接合を行なうための設備としては、ホットプレス
装置あるいはHIP(熱間等方加圧装置)を適用できる。
ホットプレス装置は、真空炉あるいは雰囲気炉にプレス
を貫通して設け、真空あるいは還元ガス,不活性ガス雰
囲気中で加熱とプレスを行なえるようにした装置であ
る。HIPは、接合部材を塑性変形容易な金属製密閉容器
(一般的には低炭素鋼からなる容器)の内部に収容し、
この容器の外側からガスの圧力によって容器ごと接合部
材を全方向から加圧するようになっている。
[発明が解決しようとする課題] 前述したホットプレス装置の場合、通常は加圧方向が
一方向(垂直方向)のみであるから、部材の幅方向(径
方向)に接合させることが困難である。これに対しHIP
は全方向からの接合が可能であるが、容器も一緒に接合
されてしまうため、接合後に容器を除去するための手間
のかかる加工が必要である。
なお、本発明者らによって提案された金属と黒鉛から
なる複合材の製造方法(特開昭62-146625号公報)にお
いては、被接合材に黒鉛が使用されている。黒鉛は塑性
変形せず割れやすいから、高温接合時にはこの黒鉛製被
接合材を拡径させるような力が加わらないように格別の
配慮が必要であった。
従って本発明の目的は、金属基材の外周部に、金属製
被接合材をホットプレス等を用いて高品質に接合させる
ことができるような拡散接合方法を提供することにあ
る。
[課題を解決するための手段] 上記目的を果たすための本発明方法は、円筒状をなし
一端側から他端側に向かって内径が狭まるテーパ状内面
を有した金属基材と、この金属基材のテーパ状内面に対
応したテーパ状外周面を有する押圧具と、常温において
上記金属基材の外径よりも大きな内径を有しかつ金属基
材よりも熱膨張率の小さな材料からなる円筒状の被接合
材とを使用する拡散接合方法であって、常温において上
記金属基材のテーパ状内面に上記押圧具をセットしかつ
金属基材の外周側に上記被接合材をセットする工程と、
上記金属基材および被接合材を拡散接合温度まで昇温さ
せその昇温の途中あるいは昇温後に上記押圧具を金属基
材のテーパ状内面の一端側から他端側に向かって押圧す
ることにより金属基材の外周面を被接合材の内周面に密
接させるとともに接合温度に達した状態において上記押
圧具に更に大きな荷重を加えることによって被接合材と
金属基材を拡径方向に塑性変形させた状態で金属基材と
被接合材相互の接触面の拡散接合を行なう工程とを具備
したことを特徴とする拡散接合方法である。
なお、場合によっては上記被接合材の外側に、この被
接合材を収容可能な大きさの内周面をもつ治具をセット
してもよい。上記押圧具の材質は炭素または炭化珪素
(SiC)が適している。
[作用] 上記金属基材のテーパ状内面に押圧具をセットしかつ
金属基材の外周側に上記被接合材および必要に応じて上
記治具をセットする。そして金属基材および被接合材を
拡散接合温度まで昇温させると、熱膨張差によって金属
基材と被接合材が互いに接触する。また、昇温の途中あ
るいは昇温後に押圧具を金属基材に押込むことにより金
属基材と被接合材との接触を補助する。そして接合温度
に保持した状態で、押圧具に更に大きな荷重を加えるこ
とにより、金属基材と被接合材を拡径方向に塑性変形さ
せた状態にして金属基材と被接合材相互の拡散接合を行
なう。
[実施例] 以下に本発明の一実施例について第1図ないし第5図
を参照して説明する。
第1図において、銅製の金属基材1は底部2を有した
円筒状をなしている。この金属基材1の内面3は、一端
側から他端側(底部2側)に向かって内径が狭まるテー
パ状に加工されている。金属基材1の外径は軸方向の全
長にわたって実質的に一定である。
金属基材1のテーパ状内面3に挿入される押圧具5は
黒鉛製である。この押圧具5は円錐台状をなしており、
金属基材1のテーパ状内面3と同一傾斜角のテーパ状外
周面6を有している。この押圧具5の外径および長さ
は、常温(室温)において第1図に示されるようにテー
パ状内面3の軸方向の途中まで押圧具5を挿入できるよ
うな寸法としてある。押圧具5は、真空ホットプレス装
置によって真空雰囲気中で図示上方から所望の荷重を加
えることができるようになっている。
金属基材1の外周側に設けられる被接合材8は円筒状
をなしている。この被接合材8は例えばニッケル製であ
り、常温における被接合材8の内径Bは金属基材1の外
径Aよりも大きい。一例としてA=φ96.5mm,B=φ97.0
mmであり、金属基材1の外周面9と被接合材8の内周面
10との間に隙間12が生じる。被接合材8の材料は、目的
に応じてニッケル以外にモリブデン,タングステン,チ
タン,鉄,クロム,銀,マンガン等が使用され、望まし
くは拡散接合の容易な融点600℃以上の合金を選ぶ。被
接合材8の内径Bは、金属基材1と被接合材8を接合温
度まで加熱した時に両者が丁度密接できるように接合温
度と熱膨張差を考慮して決める。
被接合材8の外周側に配置されるダイス治具15は黒鉛
製である。この治具15は、常温において被接合材8の外
径Cよりも大きな内径Dのダイス孔内周面16を有してい
る。常温での寸法は一例としてC=φ99.0mm,D=φ101.
0mmであり、被接合材8の外周面17と治具15の内周面16
との間には隙間18があく。
上記金属基材1と被接合材8を拡散接合させるには、
まず第1図に示されるように、常温で金属基材1のテー
パ状内面3に押圧具5を軸方向の途中まで挿入するとと
もに、金属基材1の外周側に被接合材8と治具15をセッ
トする。
次に金属基材1と被接合材8を押圧具5および治具15
と共に加熱し、かつ真空ポンプ等によってホットプレス
内の真空引きを行ない、金属基材1と被接合材8の接合
温度(本実施例では銅とニッケルが拡散接合する温度)
まで一定の割合で昇温させる。この昇温の途中におい
て、押圧具5に図示上方から比較的小さい荷重(例えば
1ton程度)を加えることにより、押圧具5を底部2に向
かって押込む。昇温過程の金属基材1と被接合材8は共
に熱膨張して径が拡大するが、銅製の金属基材1は被接
合材8よりも熱膨張率が大きく、しかも内面側から押圧
具5のテーパ状外周面6によるくさび効果によって拡径
方向に押圧されているため、相対的に金属基材1の拡径
率の方が大きい。このため、第2図に示されるように押
圧具5が途中まで押込まれたところで金属基材1の外周
面9が被接合材8の内周面10に密接する。この時の寸法
は、A1=φ97.5mm,C1=φ99.5mm,D1=φ101.5mmであ
る。この工程を経ることによって金属基材1の均等な拡
径が補助され、金属基材1と被接合材8との接触が促進
される。
接合温度(一例として1000℃前後)に達した段階で、
押圧具5に更に大きな荷重(例えば6ton前後)を負荷す
ることにより、第3図に示されるように上記の状態から
更に金属基材1の径と被接合材8の径を拡大させ、この
状態を一定時間保持する。これによって金属基材1の外
周面9と被接合材8の内周面10との間に大きな面圧が負
荷され、しかも両者が共に拡径する方向に塑性変形する
ので、両者間に完全な接合状態が得られる。また、被接
合材8の表面に何らかの理由によって酸化被膜が生じて
いても、被接合材8を拡径させることで酸化被膜が破れ
るため、拡散接合の接合強度が増す。しかもこの接合時
に被接合材8の外周面17が全面にわたって黒鉛治具15の
内周面16によって規制されるため、接合後に安定した形
状寸法を得ることができる。接合時の寸法例は、A2
φ99.5mm,D2=φ101.5mm,E=φ91.0mmである。接合温度
は使用材料によって相違するが、おおむね600℃から102
0℃である。
接合後は所定時間かけてゆっくりと冷却し、最終的に
常温に戻す。この冷却過程における温度降下率は接合前
の昇温過程における温度上昇率よりも小さくするとよ
い。以上の一例の温度履歴とホットプレス荷重との関係
を第5図に示す。
接合後は、冷却過程の途中または常温に戻ったところ
で、適宜の機械的処理によって押圧具5を除去する。押
圧具5は黒鉛製であるから容易に除去できる。また必要
に応じて被接合材8の外周部を所定の寸法に仕上げ機械
加工するとともに、金属基材1の内周部にも必要に応じ
て仕上げ加工を行なうことによって、第4図に例示した
ように筒状積層材20が得られる。仕上げ加工後の寸法例
は、A3=φ99.0mm,D3=φ100.0mm,E3=φ93.0mmであ
る。
[発明の効果] 本発明によれば、金属基材と被接合材との拡散接合を
一方向から荷重を加えるホットプレス装置等を使用して
行なうことができ、所望厚みの被接合材を強固にかつ欠
陥を生じることなく接合でき、その接合面はきわめて良
質であり、高温での使用にも長期間充分耐えることがで
きる。また本発明では、押圧具によって径の小さな被接
合材を拡径した状態で接合を行なって製品にするため、
高純度で高価な被接合材を効率よく使用でき、低コスト
化にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】 第1図ないし第3図はそれぞれ本発明の一実施例方法を
工程順に示すそれぞれ断面図、第4図は接合後に仕上げ
加工された製品の断面図、第5図は本発明の一実施例方
法における温度履歴とプレス荷重との関係を示す図であ
る。 1……金属基材、3……テーパ状内面、5……押圧具、
6……テーパ状外周面、8……被接合材、15……治具。
フロントページの続き (72)発明者 加藤 直 神奈川県横浜市磯子区新磯子町1番地 株式会社日発グループ中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭49−130406(JP,A) 特開 昭56−23392(JP,A) 特開 昭59−39488(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円筒状をなし一端側から他端側に向かって
    内径が狭まるテーパ状内面を有した金属基材と、この金
    属基材のテーパ状内面に対応したテーパ状外周面を有す
    る押圧具と、常温において上記金属基材の外径よりも大
    きな内径を有しかつ金属基材よりも熱膨張率の小さな材
    料からなる円筒状の被接合材とを使用する拡散接合方法
    であって、 常温において上記金属基材のテーパ状内面に上記押圧具
    をセットしかつ金属基材の外周側に上記被接合材をセッ
    トする工程と、上記金属基材および被接合材を拡散接合
    温度まで昇温させその昇温途中あるいは昇温後に上記押
    圧具を金属基材のテーパ状内面の一端側から他端側に向
    かって押圧することにより金属基材の外周面を被接合材
    の内周面に密接させるとともに接合温度に達した状態に
    おいて上記押圧具に更に大きな荷重を加えることによっ
    て被接合材と上記金属基材を拡径方向に塑性変形させた
    状態で金属基材と被接合材相互の接触面の拡散接合を行
    なう工程とを具備したことを特徴とする筒状積層材の拡
    散接合方法。
  2. 【請求項2】上記金属基材が銅または銅合金からなり、
    上記押圧具が黒鉛または炭化珪素からなる請求項1記載
    の筒状積層材の拡散接合方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5839242B2 (ja) * 2012-10-18 2016-01-06 株式会社 旭 複合金属材の製造方法、金型の製造方法及び金属製品の製造方法

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