JP3215554B2 - 熱膨張係数が異なる材料の接合方法 - Google Patents
熱膨張係数が異なる材料の接合方法Info
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- JP3215554B2 JP3215554B2 JP20807993A JP20807993A JP3215554B2 JP 3215554 B2 JP3215554 B2 JP 3215554B2 JP 20807993 A JP20807993 A JP 20807993A JP 20807993 A JP20807993 A JP 20807993A JP 3215554 B2 JP3215554 B2 JP 3215554B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱膨張係数が異なる材
料を加熱して接合する方法、さらに詳述すれば加工性が
乏しく複雑な形状の部品の成形が困難であり、かつ接合
部の高い強度が要求されるような、例えば金属とセラミ
ックスを接合するような場合の接合方法に関する。
料を加熱して接合する方法、さらに詳述すれば加工性が
乏しく複雑な形状の部品の成形が困難であり、かつ接合
部の高い強度が要求されるような、例えば金属とセラミ
ックスを接合するような場合の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、熱膨張係数が異なる材料を接
合する際には、健全な接合体を得るために、被接合材の
間に応力緩和材を配置したり（特開昭６１−２１５２７
２号公報参照）、接合体の形状を制御したり（特開平４
−７７３６９号公報参照）、あるいは接合後接合体を加
工したり（特公平３−７１３９１号公報参照）して、残
留応力の緩和が施されている。
合する際には、健全な接合体を得るために、被接合材の
間に応力緩和材を配置したり（特開昭６１−２１５２７
２号公報参照）、接合体の形状を制御したり（特開平４
−７７３６９号公報参照）、あるいは接合後接合体を加
工したり（特公平３−７１３９１号公報参照）して、残
留応力の緩和が施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述のように熱膨張係
数が異なる材料を加熱して接合する際には、健全な接合
体を得るため、残留応力の緩和が図られる場合が多い。
なかでも中間層として応力緩和材を用いる加熱接合方法
は、簡単に残留応力を緩和できるため効果的である。
数が異なる材料を加熱して接合する際には、健全な接合
体を得るため、残留応力の緩和が図られる場合が多い。
なかでも中間層として応力緩和材を用いる加熱接合方法
は、簡単に残留応力を緩和できるため効果的である。
【０００４】しかしながら、接合する材料の熱膨張係数
の差が大きいような場合あるいは接合する面積が大きく
なるような場合には、応力緩和材を用いても十分に残留
応力を緩和できずセラミックス等に割れが発生し、健全
な接合体が得られないなどの課題がある。この課題を解
決するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた。
の差が大きいような場合あるいは接合する面積が大きく
なるような場合には、応力緩和材を用いても十分に残留
応力を緩和できずセラミックス等に割れが発生し、健全
な接合体が得られないなどの課題がある。この課題を解
決するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた。
【０００５】本発明はかかる課題に関するものであり、
熱膨張係数が異なる材料を加熱して接合する場合に、残
留応力を低減し、割れの無い健全な接合体を得ることを
目的とするものである。
熱膨張係数が異なる材料を加熱して接合する場合に、残
留応力を低減し、割れの無い健全な接合体を得ることを
目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的は前記特許請
求の範囲に記載された熱膨張係数が異なる材料の接合方
法によって達成される。本発明に係わる接合方法は、中
間層を用いて加熱接合する場合に、接合温度から室温ま
での冷却段階で、一定の温度で保持することを要旨とす
るものである。
求の範囲に記載された熱膨張係数が異なる材料の接合方
法によって達成される。本発明に係わる接合方法は、中
間層を用いて加熱接合する場合に、接合温度から室温ま
での冷却段階で、一定の温度で保持することを要旨とす
るものである。
【０００７】
【作用】本発明により、熱膨張係数が異なる材料を中間
層を介して加熱接合する方法において、接合温度から室
温までの冷却段階で、一定の温度で保持することによ
り、割れなどの欠陥の無い健全な接合体を得ることが可
能になる。被接合材は、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＣ等のセラミ
ックスあるいは鋼，チタン等の金属などいずれでもよ
い。
層を介して加熱接合する方法において、接合温度から室
温までの冷却段階で、一定の温度で保持することによ
り、割れなどの欠陥の無い健全な接合体を得ることが可
能になる。被接合材は、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＣ等のセラミ
ックスあるいは鋼，チタン等の金属などいずれでもよ
い。
【０００８】接合温度から室温までの冷却段階で、一定
の温度で保持すると、中間層が軟化しているため、保持
温度までの冷却過程で発生した応力が解放され零にな
る。従って、実際室温に冷却された際発生する残留応力
は、保持温度から室温までの冷却過程で生成する残留応
力のみとなる。そのため、冷却途中で保持しない場合と
比較して室温での残留応力を軽減し、割れや界面剥離を
防止することができる。
の温度で保持すると、中間層が軟化しているため、保持
温度までの冷却過程で発生した応力が解放され零にな
る。従って、実際室温に冷却された際発生する残留応力
は、保持温度から室温までの冷却過程で生成する残留応
力のみとなる。そのため、冷却途中で保持しない場合と
比較して室温での残留応力を軽減し、割れや界面剥離を
防止することができる。
【０００９】中間層がＣｕまたはＣｕ合金の場合、保持
温度が６００℃より高くなると、保持温度で応力が解放
されても、それ以後室温までの温度差が大きくなるため
残留応力も大きくなり、効果が無い。また保持温度が２
００℃未満であると、ＣｕまたはＣｕ合金が軟化しない
ため応力が解放されず、効果は認められない。同じよう
に中間層がアルミニウム（以下Ａｌと表記する。）また
はＡｌ合金の場合、保持温度が５００℃より高くなる
と、保持温度で応力が解放されても、それ以後室温まで
の温度差が大きくなるため残留応力も大きくなり、効果
が無い。
温度が６００℃より高くなると、保持温度で応力が解放
されても、それ以後室温までの温度差が大きくなるため
残留応力も大きくなり、効果が無い。また保持温度が２
００℃未満であると、ＣｕまたはＣｕ合金が軟化しない
ため応力が解放されず、効果は認められない。同じよう
に中間層がアルミニウム（以下Ａｌと表記する。）また
はＡｌ合金の場合、保持温度が５００℃より高くなる
と、保持温度で応力が解放されても、それ以後室温まで
の温度差が大きくなるため残留応力も大きくなり、効果
が無い。
【００１０】また保持温度が１５０℃未満であると、Ａ
ｌまたはＡｌ合金が軟化しないため応力が解放されず、
効果は認められない。そのため保持温度は、中間層がＣ
ｕまたはＣｕ合金の場合は２００℃以上６００℃以下、
中間層がＡｌまたはＡｌ合金の場合は、１５０℃以上５
００℃以下が適切である。
ｌまたはＡｌ合金が軟化しないため応力が解放されず、
効果は認められない。そのため保持温度は、中間層がＣ
ｕまたはＣｕ合金の場合は２００℃以上６００℃以下、
中間層がＡｌまたはＡｌ合金の場合は、１５０℃以上５
００℃以下が適切である。
【００１１】以上の観点から、室温で発生する残留応力
を低下させるため、保持する温度はできるかぎる低い方
が、より効果的である。また中間層の軟化は瞬時に起る
ものではなく、十分に中間層を軟化させるためには、少
なくとも冷却途中で１分間以上保持することがより効果
的である。
を低下させるため、保持する温度はできるかぎる低い方
が、より効果的である。また中間層の軟化は瞬時に起る
ものではなく、十分に中間層を軟化させるためには、少
なくとも冷却途中で１分間以上保持することがより効果
的である。
【００１２】次に本発明の実施例について比較例と比較
して説明する。
して説明する。
【実施例１】超硬合金１１と鋼（Ｓ４５Ｃ）１５との接
合において、図１に示すように超硬合金１１と鋼１５と
の間に、鋼１５側から順にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろう材
１４、無酸素銅１３、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろう材１２
を積層して配置し、加熱により前記各ろう材を溶融させ
て超硬合金１１と鋼１５とを接合する。なお使用した合
金ろう材１２と１４の組成は、７２重量％Ａｇ−２７重
量％Ｃｕ−１重量％Ｔｉであり、接合温度８７０℃に
て、真空炉中で加熱接合した。得られた接合体の超硬合
金１１側の界面近傍の残留応力を測定した。残留応力の
値および外観の結果を、表１に示す。
合において、図１に示すように超硬合金１１と鋼１５と
の間に、鋼１５側から順にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろう材
１４、無酸素銅１３、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろう材１２
を積層して配置し、加熱により前記各ろう材を溶融させ
て超硬合金１１と鋼１５とを接合する。なお使用した合
金ろう材１２と１４の組成は、７２重量％Ａｇ−２７重
量％Ｃｕ−１重量％Ｔｉであり、接合温度８７０℃に
て、真空炉中で加熱接合した。得られた接合体の超硬合
金１１側の界面近傍の残留応力を測定した。残留応力の
値および外観の結果を、表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】表１からあきらかなように、冷却途中に２
００℃以上６００℃以下の温度で保持すると、室温に冷
却した際の残留応力が、冷却途中で温度保持しない場合
および２００℃未満あるいは６００℃より高温で温度保
持した場合と比較して大きく減少しかつ割れの発生が防
止されており、健全な接合体を得るのに有効なことがわ
かる。
００℃以上６００℃以下の温度で保持すると、室温に冷
却した際の残留応力が、冷却途中で温度保持しない場合
および２００℃未満あるいは６００℃より高温で温度保
持した場合と比較して大きく減少しかつ割れの発生が防
止されており、健全な接合体を得るのに有効なことがわ
かる。
【００１５】
【実施例２】純チタン２１と高純度アルミナ２７との接
合において、図２に示すようにチタン２１とアルミナ２
７との間に、アルミナ２７側から順にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
合金ろう材２６、無酸素銅２５、Ａｇ−Ｃｕ合金ろう材
２４、Ｋｏｖａｒ２３、およびＡｇ−Ｃｕ合金ろう材２
２を積層して配置し、加熱により前記各ろう材を溶融さ
せてチタン母材２１とアルミナ２７とを接合する。
合において、図２に示すようにチタン２１とアルミナ２
７との間に、アルミナ２７側から順にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
合金ろう材２６、無酸素銅２５、Ａｇ−Ｃｕ合金ろう材
２４、Ｋｏｖａｒ２３、およびＡｇ−Ｃｕ合金ろう材２
２を積層して配置し、加熱により前記各ろう材を溶融さ
せてチタン母材２１とアルミナ２７とを接合する。
【００１６】なお、アルミナ２７と無酸素銅２５との間
の合金ろう材２６には、７２重量％Ａｇ−２７重量％Ｃ
ｕ−１重量％Ｔｉ合金ろう材を、無酸素銅２５とＫｏｖ
ａｒ２３との間およびＫｏｖａｒ２３とチタン２１との
間には７２重量％Ａｇ−２８重量％Ｃｕ合金ろう材を使
用して、接合温度８５０℃にて、真空炉中で加熱接合し
た。接合した試験片について、外観観察および超音波探
傷（ＵＴ）により無酸素銅２５とアルミナ２７との接合
界面の検査を実施した。接合体の試験結果を表２に示
す。
の合金ろう材２６には、７２重量％Ａｇ−２７重量％Ｃ
ｕ−１重量％Ｔｉ合金ろう材を、無酸素銅２５とＫｏｖ
ａｒ２３との間およびＫｏｖａｒ２３とチタン２１との
間には７２重量％Ａｇ−２８重量％Ｃｕ合金ろう材を使
用して、接合温度８５０℃にて、真空炉中で加熱接合し
た。接合した試験片について、外観観察および超音波探
傷（ＵＴ）により無酸素銅２５とアルミナ２７との接合
界面の検査を実施した。接合体の試験結果を表２に示
す。
【００１７】
【表２】
【００１８】実施例で示すように、冷却途中に２００℃
以上６００℃以下の温度で保持すると、室温に冷却され
た際の残留応力が軽減され、外観および超音波探傷の結
果とも良好な接合が行われていることがわかる。
以上６００℃以下の温度で保持すると、室温に冷却され
た際の残留応力が軽減され、外観および超音波探傷の結
果とも良好な接合が行われていることがわかる。
【００１９】一方比較例で示すように、冷却途中で温度
保持しない場合および２００℃未満あるいは６００℃よ
り高温で温度保持した場合には、銅とアルミナの接合界
面が剥離したり、あるいはアルミナに割れが発生するな
ど、残留応力が十分に軽減されないため、健全に接合さ
れていないことがあきらかとなった。
保持しない場合および２００℃未満あるいは６００℃よ
り高温で温度保持した場合には、銅とアルミナの接合界
面が剥離したり、あるいはアルミナに割れが発生するな
ど、残留応力が十分に軽減されないため、健全に接合さ
れていないことがあきらかとなった。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
熱膨張係数が異なる材料を接合した際の残留応力を低減
することができ、割れや界面剥離の無い健全な接合体を
提供することが可能になる。
熱膨張係数が異なる材料を接合した際の残留応力を低減
することができ、割れや界面剥離の無い健全な接合体を
提供することが可能になる。
【図１】本発明の実施例および比較例に係る接合方法を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図２】本発明の実施例および比較例に係る接合方法を
示す模式図である。
示す模式図である。
１１ 超硬合金 １２，１４ Ａｌ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろう材 １３ 無酸素銅 １５ 鋼 ２１ チタン ２２，２４ Ａｇ−Ｃｕ合金ろう材 ２３ Ｋｏｖａｒ ２５ 無酸素銅 ２６ Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金ろう材 ２７ アルミナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝口 孝遠 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式 会社神戸製鋼所 神戸総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 平５−194050（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−17270（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 37/02
Claims (1)
- 【請求項１】 熱膨張係数が異なる材料を中間層を介し
て加熱接合する方法において、中間層がＣｕまたはＣｕ合金からなり、 接合温度から室
温までの冷却途中で２００℃以上６００℃以下の温度範
囲の中の一定の温度で保持することを特徴とする熱膨張
係数が異なる材料の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20807993A JP3215554B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | 熱膨張係数が異なる材料の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20807993A JP3215554B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | 熱膨張係数が異なる材料の接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0761869A JPH0761869A (ja) | 1995-03-07 |
| JP3215554B2 true JP3215554B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=16550297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20807993A Expired - Fee Related JP3215554B2 (ja) | 1993-08-23 | 1993-08-23 | 熱膨張係数が異なる材料の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3215554B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5433477B2 (ja) * | 2010-03-25 | 2014-03-05 | 富士フイルム株式会社 | 部材接合方法及びインクジェットヘッドとその製造方法 |
| US10688577B2 (en) * | 2015-06-25 | 2020-06-23 | Delavan Inc. | Braze joints |
-
1993
- 1993-08-23 JP JP20807993A patent/JP3215554B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0761869A (ja) | 1995-03-07 |
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