JPH01273681A - 金属基複合材料の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は金属基複合材料の拡散接合方法に関わり、詳し
くは熱間静水圧加圧処理方法を利用したインサート材あ
るいはろう材を用いた欠陥のない健全な接合物の製造方
法に関するものである。

［従来の技術］ 近年、省エネルキー及びエネルギーの効率化か進み、そ
れに伴い材料の特性に対する要求もより高機能、高性能
化している。これにともない注目され始めている材料に
金属基複合材料がある。金属基複合材料は主としてΔＱ
、　Ｍｇ等の金属中にセラミックス等の繊維を強化材と
して分散させたものて、比強度、高温強度の優れた材料
として航空、宇宙分野からスポーツ・レジャー分野に至
るまでその利用分野は幅広く考えられるが、一方ではそ
の難加工性か用途拡大を妨げている。この問題を解決す
る手段の一つとして金属基複合材料の部品を接合により
組み立ててより複雑な形状あるいは大型の部品を作る方
法が考えられ、各企業、研究機関て研究開発が進められ
ている。例えば、特開昭６１−２２５０４６号公報にあ
る様にろう付けを用いて接合する方法かある。しかし、
ろう付は方法は通常のろう付は方法てはそのろう付は部
に未ろう付は部か残存する可能性が高く、特に高品質を
要求される航空・宇宙産業への適用には問題か残る。

又、特開昭５７−１５４３８５号公報ては拡散接合を用
いて複合材料を接合する方法を挙げている。しかしこの
方法では母材の降伏点以上の圧力をかけて高温下て加熱
するため、母材あるいは強化繊維の劣化が避けられない
。また、圧力媒体か液体の場合は逆に加熱温度に限界か
生し充分接合てきない場合・ｂある。さらに、圧力媒体
が液体、粉体の場合、接合面内に圧力媒体が４昆入する
ことも考えられるなど、接合物の製造上問題点か残って
いる。

［発明か解決しようとする課題］ 本発明はかかる現状を鑑み、高温強度、比強度、座屈強
度に優れた金属基複合材料同士及び金属基複合材料と金
属材料のより健全て強固な接合対の製造方法を提供する
ものである。

［１沫題を解決するための手段］ 本発明名らは、上記の目的を達成すべく種々の実験検討
を重ねた結果、接合用のインサート材あるいはろう材を
用いて金属基複合材料同士あるいは金属基複合材料と金
属材料の間にはさみ真空封入した後、インサート材の融
点以下の処理温度或はろう月を用いた場合ろう付は温度
以上の処理温度にて熱間静水圧加圧（Ｈｏｔ　１ｓｏｓ
ｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ以後、略して旧Ｐと呼ぶ）処理
を行うことにより、健全な接合部を得ることか可能であ
ることを見いたした。さらに金属基複合材内部に存在す
る内部欠陥の欠陥内部が真空の場合、このＩＩＩＰ処理
過程て同時に消滅させることが可能である。

本発明は、Ｌ記の知見に基ずいてなされたものであり、
その要旨は以下に説明する様に金属基複合材料同士ある
いは金属基複合材料と金属材料とを接合する際に於て、
接合面にインサート材あるいはろう材をはさみその後に
被接合物を真空封入あるいは接合部を真空封止した後、
熱間静水圧加圧処理を行うことにより、健全な接合部及
びさらに母材の特性改善を同時に行うことを特徴とする
金属基複合材料の接合方法にある。

［作用コ 本発明を以下に説明する。先ず第１図に示す様に金属基
複合材料同士あるいは金属基複合材料と金属材料の接合
面の間に接合用インサート材をはさんだ後に真空封入す
る。このインサート材の形状は箔状、粉末、あるいは真
空）へ着等の方法て接合面に配置すれば良い。第１図は
箔状のインサート材を用いた場合である。第１図中１．
２は被接合物、３は接合用インサート材、４は真空封入
用の容器、５は真空封入する際の真空脱気用の管である
。この除用いる接合用インサート材は各々の金属基複合
材料のマトリックスの素材同士あるいは、マトリックス
の素材と金属基複合材料と接合する金属材料拡散接合に
適した材料を選択する必要かある。

インサート材の代わりにろう材を用いる場合を第２図に
示す。このろう材の形状もインサート材の形状と同様、
箔状、粉末状、あるいは真空蒸着等の方法て接合面に配
置すればよい。第２図は箔状のろう材を用いた場合であ
る。第２図中、６はろう材である。この除用いるろう材
は各々の材料のろう付けに適したろう材を用いれば良い
。

真空封入用の容器の材質は後の旧Ｐ処理温度において充
分軟化しつる物を選択する必要かあり、例えばガラス、
　ＡＱ、　Ｃｕ、鋼、ステンレス鋼９等かあげられる。

また真空封入用容器を組み立てる際に用いる接合方法は
後の旧Ｐ処理温度において充分変形しかつ充分気密性を
保つ接合方法を選択する必要かある。又、容器組立に際
して電子ビーム溶接方法を用いた場合、５の真空脱気用
の管は不用である。

さらに、容器の形状は被接合物の形状か比較的単純な場
合は被接合物の形状に合わせて作り、複雑な形状の場合
はｆ５３図、第４図に示す様に、容器内に二次圧力媒体
を充填しその中に被接合物を埋設する方法を取れば良い
。第３図、第４図中、７は二次圧力媒体である。この場
合の二次圧力媒体の材質は旧Ｐ処理温度にて被接合物と
反応しないものを選択すれば良く、例えばＡＱｔＯ３，
［ｌＮ等か挙げられる。

また被接合物全体を容器に真空封入する代わりに接合面
を含む接合部のみを真空封止する方法でもよい。例えば
、第５図、第６図に示す様に接合面の間にインサート材
あるいはろう材をはさんだ後、その周辺部を真空中で行
う接合方法により封止接合することによりインサート材
及び接合面を真空中に保持する。ここで用いる接合方法
には例えば電子ビーム溶接法かあげられる。第５図、第
６図中、８は電子ビーム溶接部である。

真空封入の後、旧Ｐ処理を行う。処理温度は用いたイン
サート材あるいはろう材と被接合物の組合せにより決定
する必要かあるが、金属基複合材料の母材の劣化防止の
ため必要最低限の加熱温度を用いることが望ましい。処
理圧力及び処理温度も各々の用いるインサート材あるい
はろう材と被接合物の組合せにより決定する必要がある
。このようにしてＩＩ　Ｉ　Ｐ処理することにより真空
中での加熱・加圧効果により充分拡散接合あるいは欠陥
のないろう付けが行われる。さらに真空封止されている
ために接合面には圧力媒体に浸入、汚染もなく良好な接
合部か得られる。さらに静水圧加圧効果のため接合面か
曲面の場合ても接合面と垂直に加圧てきるために良好な
接合部か得られる。さらに、金属基複合材料内部に存在
する内部欠陥で外部に対して閉じた内部か真空の内部欠
陥も同様に１１１Ｐ処理により消滅させることか出来、
金属基複合材料の素材の特性改善も同時に行うことが出
来る。

［実施例コ （実施例１） 本発明を、ＡＱ基ＳｉＣ長繊維強化型金属基複合材判（
以後、ＡＱ基複合材料と呼ぶ）の接合に適用した。まず
、２枚のＡＱ基ＳｉＣ長繊維強化型金属複合材料（以徳
、ＡＱ基複合材料と呼ぶ）を間に厚さ５０μｍのＣｕ箔
をインサート材としてはさんで重ね合わせて固定しＡｆ
Ｌ製の真空封入用容器に真空封入した。第７図に本実施
例における接合物の真空封入時の工程を示す、第７図中
、９．１０はＡＱ基複合材料、ＩｆはＣｕ箔、１２はＮ
ｂ箔、１３は二次圧力媒体のＡＬＯｚ　、　１４はＡＱ
製の真空封入用容器、■５は電子ビーム溶接部である。

まず、第７図（ａ）、（ｂ）に示す様に２枚のＡＩ２基
複合材料の間にＣｕ箔をはさんて重ね合わせた後、（Ｃ
）に示す様にＮｂ箔でくるんで固定しへ２製の真空封入
用容器に真空封入した。真空封入には電子ビーム溶接法
を用いて５ｘｌＯ””Ｔｏｒｒの真空中で行った。この
際、二次圧力媒体として粒径１００μｍのＡ９２０３粉
末を用いた。この後、真空封入した容器を）ＩＩＰ処理
した。）ＩＩＰ処理条件は６００℃、５００気圧、３０
分とした。その結果、継ぎ手効率か７０％以上の接合物
か得られた。

（実施例２） 本発明を、＾Ｑ基ＳｉＣ長繊維強化型金属基複合材料（
以後、ＡＱ２ｉｉ複合材料と呼ぶ）の接合に適用した。

まず、２枚のＡ４基ＳｉＣ長繊維強化型金属基複合材料
（以後、Ａ２基複合材料と呼ぶ）を間に厚さ５０μＩの
ＡＱろう材をはさんで重ね合わせて固定しＡＱ製の真空
封入用容器に真空封入した。第８図に本実施例における
接合物の真空封入時の工程を示す。第８図中、９．１０
はＡＱ基複合材料、１６はＡＱろう材、１２はＮｂ箔、
１３は二次圧力媒体のＡ９□０３．１４はへ９製の真空
封入用容器、１５は電子ビーム溶接部である。まず、第
８図（ａ）、（ｂ）に示す様に２枚のＡＱ基複合材料の
間にＡＱろう材をはさんて重ね合わせた後、（Ｃ）に示
す様にＮｂ箔でくるんで固定しＡＱ製の真空封入用容器
に真空封入した。真空封入には′電子ビーム溶接法を用
いて５ｘｌＯ−’Ｔｏｒｒの真空中て行った。この際、
二次圧力媒体として粒径１００μｍのＡＱ□０．、粉末
を用いた。ＩＩＩＰ処理条件は６００℃、５００気圧、
３０分とした。その結果、継ぎ手効率が６５％以上の接
合物か得られた。

（実施例３） 本発明を、第９図に示すような形状の昼基ＳｉＣ長繊維
強化型金属基複合材料（以後、ＡＱ基複合材料と呼ぶ）
の板材と角材の接合に適用した。第９図中、１７はＡＱ
基複合材料の角材、１８はＡＱ基複合材料の板材である
。まず、第９図（ａ）　、　（ｂ）に示す様にへλ基Ｓ
ｉＣ長１ａ雑強化型金属基複合材料（以後、ＡＩ２基複
合材料と呼ぶ）の接合面のを間に厚さ５０μｍのＣｕ箔
をインサート材１１としてはさんて重ね合わせて、その
後第９図（ｃ）に示す様に接合面の周辺部を電子ビーム
溶接て周溶接し接合面を真空封止した。電子ビーム溶接
は５ｘｌＯ−５Ｔｏｒｒの真空中で行った。この後、こ
の部材を旧Ｐ処理した。ＨＩＰ処理条件は６００℃、５
００気圧、３０分とした。その結果、継ぎ手動率か７ｏ
ｚ以上の接合物か得られた。

（実施例４） 本発明を、第１０図に示すような形状のＡＱ基ＳｉＣ長
繊維強化型金Ｍ基複合材料（以後、Ａ２基複合材料と呼
ぶ）の板材と角材の接合に適用した。第１０ＩＺＩ’ｊ
１．１７はＡＱ基複合材料の角材、１８はへ２複合合材
制の板材である。まず、第１０図（ａ）、（ｂ）に示す
様にＡＱ基ＳｉＣ長ｍ雄強化型金属基複合材料（以後。

ＡＱ基複合材料と呼ぶ）の接合面のを間に厚さ５０ｕｍ
のＡＱろう材１６をはさんで重ね合わせてその後に第１
０図（ｃ）に示す様に接合面の周辺部を電子ビーム溶接
で周溶接し接合面を真空封止した。電子ビーム溶接は５
ｘ１．Ｏ−’Ｔｏｒｒの真空中で行った。この後、この
部材をｌ目Ｐ処理した。ＨＩＰ処理条件は６００°Ｃ１
５００気圧、３０分とした。その結果、継ぎ手動率か５
５ｚ以上の接合物か得られた。

［発明の効果］ 以上のように、金属基複合材料同士あるいは金属基複合
材料と金属材料とを接合する際において、接合面に接合
用インサート材あるいはろう材をはさみその後に被接合
物を真空封入するかあるいは、接合部を真空封止した後
、熱間静水圧加圧処理により拡散接合あるいはろう付け
を行うことにより、金属基複合材料同士あるいは金属基
複合材料と金属材料を強固にかつ安定して接合すること
が出来る。これにより金属基複合材料を利用した複雑な
形状の製品や大型の構造部を容易に製造することができ
、例えば航空、宇宙産業分野への適用など金属基複合材
料の利用範囲は拡大し産業上貢献するところは大である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるインサート材を用いた場合の接
合物の真空封入後の真空封入用容器の断面図、第２図は
本発明におけるろう材を用いた場合の接合物の真空封入
後の真空封入用容器の断面図、第３図は本発明における
インサート材を用いた場合の二次圧力媒体を用いて接合
物を真空封入した後の真空封入用容器の断面図、第４図
は本発明におけるろう材を用いた場合の二次圧力媒体を
用いて接合物を真空封入した後の真空封入用容器の断面
図、第５図は本発明においてインサート材を用いた接合
部のみを真空封止する場合の工程の１例、第６図は本発
明においてろう材を用いた接合部のみを真空封止する場
合の工程の１例、第７図は本発明における実施例１の工
程図、第８図は本発明における実施例２の工程図、第９
図は実施例３の工程図、第１Ｏ図は実施例４の工程図を
示す。 １．２・・・被接合材、３・・・インサート材、４・・
・真空封入用容器、５・・・真空脱気用管、６・・・ろ
う材、７・・・二次圧力媒体、８・・・電子ビーム溶接
部、９゜ｌＯ・・・ＡＱ基複合材料、１１・・・Ｃｕ箔
、１２・・・Ｎｂ箔、１３・・・ＡＱ２０３粉末、ｔ４
・・・ＡＱ製真空封入用容器、１５・・・電子ビーム溶
接部、１６・・・ＡＱろう材、１７・・・Δ２基複合材
料の角材、１８・・・ＡＱ基複合材料の板材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属基複合材料同士あるいは金属基複合材料と金属
   材料とを接合する際に於て、接合面に接合用インサート
   材をはさみその後に被接合物を真空封入した後、熱間静
   水圧加圧処理により拡散接合を行うことを特徴とする金
   属基複合材料の接合方法。 ２、金属基複合材料同士あるいは金属基複合材料と金属
   材料とを接合する際に於て、接合面に接合用ろう材をは
   さみその後に被接合物を真空封入した後、熱間静水圧処
   理により拡散接合を行うことを特徴とする金属基複合材
   料の接合方法。 ３、金属基複合材料同士あるいは金属基複合材料と金属
   材料とを接合する際に於て、接合面に接合用インサート
   材をはさみその後に接合部を真空封止した後、熱間静水
   圧加圧処理により拡散接合を行うことを特徴とする金属
   基複合材料の接合方法。 ４、金属基複合材料同士あるいは金属基複合材料と金属
   材料とを接合する際に於て、接合面に接合用ろう材をは
   さみその後に接合部を真空封止した後、熱間静水圧加圧
   処理により拡散接合を行うことを特徴とする金属基複合
   材料の接合方法。