JP4735061B2

JP4735061B2 - 金属多孔質体のろう付け方法およびろう付け構造体

Info

Publication number: JP4735061B2
Application number: JP2005169408A
Authority: JP
Inventors: 正弘和田; 章三橋; 巧渋谷
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: JP2006341282A

Description

本発明は、金属多孔質体のろう付け方法およびろう付け構造体に関するものである。

金属多孔質体は一般に、例えば金属板からなる基材にろう付けされてなるろう付け構造体が種々の装置に取り付けられて、例えばフィルタ、放熱部材、吸水部材等といった様々な用途に適用されている。

このように金属多孔質体を基材にろう付けするための手段として、例えば下記特許文献１に示されるように、金属多孔質体の接合面に、予め焼結により金属多孔質体の空孔の径よりも小径の空孔を有する緻密多孔質体を固着した後に、該緻密多孔質体と前記基材とをろう付けする方法が知られている。このように、金属多孔質体と基材とを直接ろう付けしないで、該緻密多孔質体と前記基材とをろう付けすることにより、溶融したろう材が、いわゆる毛細管現象により金属多孔質体の内部に進入することを抑制できるようになっている。
特許第３５１５１９２号公報

しかしながら、前記従来の金属多孔質体のろう付け方法では、焼結により金属多孔質体の接合面に前記緻密多孔質体を固着した後に、さらにこの固着物の緻密多孔質体と基材とをろう付けするので、金属多孔質体には２度の温度履歴が負荷されることになるため、この金属多孔質体が変形したり、その一部が溶融したりする等、ろう付け構造体を高精度に形成することが困難であるという問題があった。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたもので、金属多孔質体を有するろう付け構造体を、金属多孔質体の内部にろう材を進入させることなく、高精度に形成することが可能になる金属多孔質体のろう付け方法およびろう付け構造体を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の金属多孔質体のろう付け方法は、金属多孔質体と基材との間に、ニッケルろうからなるろう材粉末と該ろう材粉末よりも融点の高いニッケルからなる金属粉末とが含有されたろう材ペーストを介在させた状態で、これらを前記ろう材粉末の融点以上、かつ前記金属粉末の融点より低い温度で加熱することにより前記金属多孔質体と前記基材とをろう付けすることを特徴とする。

この発明では、金属多孔質体と基材との間に、前記ろう材ペーストを介在させた状態で、ろう材粉末の融点以上、かつ前記金属粉末の融点より低い温度で加熱して、金属多孔質体と基材とをろう付けするので、この加熱時に、溶融していない前記金属粉末同士の間に溶融した前記ろう材粉末が位置されることになる。したがって、溶融した前記ろう材粉末が、いわゆる毛細管現象により金属多孔質体の内部に向けて進入しようとしたときに、前記金属粉末同士の間で表面張力を発生させることが可能になる。これにより、溶融した前記ろう材粉末の前記進入を抑制することが可能になり、金属多孔質体の空孔がろう材により塞がれることを防ぐことができる。
しかも、このろう付け方法では、金属多孔質体は１度しか加熱されることがないので、金属多孔質体に作用する熱負荷を最小限に抑えることが可能になり、該金属多孔質体が変形することを抑制することができ、金属多孔質体を有するろう付け構造体を高精度に形成することができる。

ここで、前記ろう材ペーストは、前記金属粉末をタップ充填したときに該金属粉末同士の間に形成される空隙の３０％以上１５０％以下前記ろう材粉末を含有してもよい。
この場合、金属多孔質体と基材とを良好な強度で接合することができるとともに、金属多孔質体の内部に溶融したろう材が進入することを防ぐことができる。

また、本発明のろう付け構造体は、請求項１または２に記載の金属多孔質体のろう付け方法により、金属多孔質体と基材とがろう付けされたことを特徴とする。

本発明に係る金属多孔質体のろう付け方法およびろう付け構造体では、金属多孔質体を有するろう付け構造体を、金属多孔質体の内部にろう材を進入させることなく、高精度に形成することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る金属多孔質体のろう付け方法について、図１および図２を用いて説明する。このろう付け方法により、金属多孔質体１１と基材１２とがろう材層１３を介してろう付けされたろう付け構造体１０が得られる。
金属多孔質体１１は、例えば三次元網目構造を有するシート状体とされ、基材１２は金属薄板あるいは金属多孔質体１１よりも気孔径および気孔率が小さい金属材料により形成されている。本実施形態の金属多孔質体１１および基材１２は、同一の材質により形成されている。なお、金属多孔質体１１は、例えば金属粉末および発泡剤を含むスラリーを薄く成形して発泡、乾燥させたグリーンシートを焼成することにより製造される。

このようなろう付け構造体１０は、金属多孔質体１１と基材１２との間に、後述するろう材粉末と該ろう材粉末よりも融点の高い金属粉末１３ｂとが含有されたろう材ペースト１３ａを介在させた状態で、これらを前記ろう材粉末の融点以上、かつ金属粉末１３ｂの融点より低い温度で加熱することにより金属多孔質体１１と基材１２とをろう材層１３を介してろう付けすることにより形成される。ここで、ろう材ペースト１３ａは、金属粉末１３ｂをタップ充填したときに該金属粉末１３ｂ同士の間に形成される空隙の３０％以上１５０％以下前記ろう材粉末を含有している。

次に、金属多孔質体１１と基材１２とをろう付けするろう付け方法の第１実施形態について説明する。
まず、金属多孔質体１１と、基材１２と、ろう付け時にろう材層１３とされるろう材ペースト１３ａとを準備する。金属多孔質体１１は、厚さを１ｍｍ、気孔率を８５％、平均気孔径を５０μｍとしてニッケルにより形成する。また、基材１２は、厚さを０．５ｍｍ、純度を３Ｎとしてニッケルにより形成する。

また、ろう材ペースト１３ａは、ＢＮｉ−６のニッケルろう（ＪＩＳＺ３２６５）からなるろう材粉末を２９重量％、ニッケルからなる金属粉末１３ｂを３０重量％、ポリビニルアルコールを２０重量％含有し、残部が水とされた混合物を混練することにより得られる。前記ろう材粉末は平均粒径が２０μｍ、比重が７．７とされ、金属粉末１３ｂは平均粒径が２０μｍとされている。以上のろう材ペースト１３ａでは、金属粉末１３ｂをタップ充填したときに該金属粉末１３ｂ同士の間に形成される空隙の５０％だけ前記ろう材粉末を含有していることになる。

そして、基材１２の表面に、ろう材ペースト１３ａを厚さ約５０μｍ塗布した後に、これを約８０℃で加熱して乾燥させる。次に、前記塗布したペースト１３ａの上に金属多孔質体１１を配置し、これらを積層方向に５０ｋＰａ加圧した状態で、圧力が１×１０^−３Ｐａ、温度が９２０℃とされた環境下に約３０分間置くことにより、ろう材ペースト１３ａの金属粉末１３ｂを溶融させずにろう材粉末のみを溶融させることによって、金属多孔質体１１と基材１２とをろう材層１３を介してろう付けし、ろう付け構造体１０が得られる。

次に、金属多孔質体１１と基材１２とをろう付けするろう付け方法の参考例について説明する。
本参考例の金属多孔質体１１では、厚さを２ｍｍ、気孔率を９０％、平均気孔径を５００μｍとして銅により形成し、また、基材１２は、厚さを０．１ｍｍ、純度を３Ｎとして銅により形成する。

また、ろう材ペースト１３ａは、ＢＣｕＰ−２のりん銅ろう（ＪＩＳＺ３２６４）からなるろう材粉末を１８重量％、銅からなる金属粉末１３ｂを３０重量％、ポリビニルアルコールを２０重量％含有し、残部が水とされた混合物を混練することにより得られる。前記ろう材粉末は平均粒径が１０μｍ、比重が８．１とされ、金属粉末１３ｂは平均粒径が１５μｍとされている。以上のろう材ペースト１３ａでは、金属粉末１３ｂをタップ充填したときに該金属粉末１３ｂ同士の間に形成される空隙の６０％だけ前記ろう材粉末を含有していることになる。

そして、基材１２の表面に、ろう材ペースト１３ａを厚さ約１００μｍ塗布した後に、これを約８０℃で加熱して乾燥させる。次に、前記塗布したペースト１３ａの上に金属多孔質体１１を配置し、これらを積層方向に５０ｋＰａ加圧した状態で、温度が８５０℃とされたアルゴン雰囲気下に約１０分間置くことにより、ろう材ペースト１３ａの金属粉末１３ｂを溶融させずにろう材粉末のみを溶融させることによって、金属多孔質体１１と基材１２とをろう材層１３を介してろう付けし、ろう付け構造体１０が得られる。

次に、金属多孔質体１１と基材１２とをろう付けするろう付け方法の他の参考例について説明する。
他の参考例の金属多孔質体１１では、厚さを０．５ｍｍ、気孔率を７０％、平均気孔径を３００μｍとしてＳＵＳ３１６により形成し、また、基材１２は、厚さが０．３ｍｍとされたＳＵＳ３１６により形成する。

また、ろう材ペースト１３ａは、ＢＮｉ−４のニッケルろう（ＪＩＳＺ３２６５）からなるろう材粉末を２０重量％、ＳＵＳ３１６からなる金属粉末１３ｂを２５重量％、ポリビニルアルコールを２０重量％、フラックスＡＷＳ（ＡｍｅｒｉｃａｎＷｅｌｄｉｎｇＳｏｃｉｅｔｙ）Ｎｏ．５タイプ（ホウ砂：２０重量％、ホウ酸：７０重量％、ホウ酸カリウム：１０重量％）を２重量％含有し、残部が水とされた混合物を混練することにより得られる。前記ろう材粉末は平均粒径が２０μｍ、比重が８．４とされ、金属粉末１３ｂは平均粒径が１０μｍとされている。以上のろう材ペースト１３ａでは、金属粉末１３ｂをタップ充填したときに該金属粉末１３ｂ同士の間に形成される空隙の３４％だけ前記ろう材粉末を含有していることになる。

そして、基材１２の表面に、ろう材ペースト１３ａを厚さ約５０μｍ塗布した後に、これを約８０℃で加熱して乾燥させる。次に、前記塗布したペースト１３ａの上に金属多孔質体１１を配置し、これらを積層方向に５０ｋＰａ加圧した状態で、圧力が１×１０^−３Ｐａ、温度が１０８０℃とされた真空下に約３０分間置くことにより、ろう材ペースト１３ａの金属粉末１３ｂを溶融させずにろう材粉末のみを溶融させることによって、金属多孔質体１１と基材１２とをろう材層１３を介してろう付けし、ろう付け構造体１０が得られる。

以上説明したように、前記実施形態による金属多孔質体のろう付け方法によれば、金属多孔質体１１と基材１２との間に、ろう材ペースト１３ａを介在させた状態で、ろう材粉末の融点以上、かつ金属粉末１３ｂの融点より低い温度で加熱して、金属多孔質体１１と基材１２とをろう付けするので、この加熱時に、溶融していない金属粉末１３ｂ同士の間に溶融した前記ろう材粉末が位置されることになる。

したがって、溶融した前記ろう材粉末が、図２に示すように、いわゆる毛細管現象により金属多孔質体１１の内部に向けて進入しようとしたときに、金属粉末１３ｂ同士の間で表面張力を発生させることが可能になる。これにより、溶融した前記ろう材粉末の前記進入を抑制することが可能になり、金属多孔質体１１の空孔１１ａがろう材により塞がれることを防ぐことができる。

しかもこのろう付け方法では、金属多孔質体１１は１度しか加熱されることがないので、金属多孔質体１１に作用する熱負荷を最小限に抑えることが可能になり、該金属多孔質体１１が変形することを抑制することができ、金属多孔質体１１を有するろう付け構造体１０を高精度に形成することができる。

また、ろう材ペースト１３ａは、金属粉末１３ｂをタップ充填したときに該金属粉末１３ｂ同士の間に形成される空隙の３０％以上１５０％以下前記ろう材粉末を含有しているので、金属多孔質体１１と基材１２とを良好な強度で接合することができるとともに、金属多孔質体１１の内部に溶融したろう材が進入することを防ぐことができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、前記実施形態では、金属多孔質体１１、基材１２および金属粉末１３ｂの材質を同一にしたが、これに限られるものではなく、これら１１、１２、１３ｂのうち、２種または全部を互いに異なる材質により形成してもよい。また、金属粉末１３ｂとして、前記ろう付け粉末と異なる材質のものを採用したが、金属粉末１３ｂおよび前記ろう付け粉末を、その主成分が同一とされ、融点のみが異なった２種の粉末としてもよい。

さらに、前記実施形態では、基材１２の表面にろう材ペースト１３ａを塗布した後に、該ペースト１３ａを乾燥させ、その後、該ろう材ペースト１３ａの上に金属多孔質体１１を配置し、これらを積層方向に加圧した状態で加熱することによって、金属多孔質体１１と基材１２とをろう付けする方法を示したが、これに限らず、金属多孔質体１１の表面にろう材ペースト１３ａを塗布した後に、該ペースト１３ａを乾燥させ、その後、このろう材ペースト１３ａの上に基材１２を配置し、これらを積層方向に加圧した状態で加熱することによって、金属多孔質体１１と基材１２とをろう付けするようにしてもよい。
この場合、金属多孔質体１１の表面に塗布したろう材ペースト１３ａを約８０℃で加熱して乾燥させることになるが、この温度では、金属多孔質体１１は殆ど変形しないので、前記実施形態と同様に、ろう付け構造体１０を高精度に形成できることに変わりはない。

金属多孔質体を有するろう付け構造体を、金属多孔質体の内部にろう材を進入させることなく、高精度に形成することが可能になる。

本発明の一実施形態として示したろう付け構造体の一部拡大断面図である。図１に示すろう付け構造体の一部拡大断面図であって、本発明の一実施形態として示した金属多孔質体のろう付け方法の作用効果を説明するため説明図である。

符号の説明

１０ろう付け構造体
１１金属多孔質体
１２基材
１３ａろう材ペースト
１３ｂ金属粉末

Claims

金属多孔質体と基材との間に、ニッケルろうからなるろう材粉末と該ろう材粉末よりも融点の高いニッケルからなる金属粉末とが含有されたろう材ペーストを介在させた状態で、これらを前記ろう材粉末の融点以上、かつ前記金属粉末の融点より低い温度で加熱することにより前記金属多孔質体と前記基材とをろう付けすることを特徴とする金属多孔質体のろう付け方法。
請求項１記載の金属多孔質体のろう付け方法において、
前記ろう材ペーストは、前記金属粉末をタップ充填したときに該金属粉末同士の間に形成される空隙の３０％以上１５０％以下前記ろう材粉末を含有していることを特徴とする金属多孔質体のろう付け方法。
請求項１または２に記載の金属多孔質体のろう付け方法により、金属多孔質体と基材とがろう付けされたことを特徴とするろう付け構造体。