JPH02192883A - ウイスカー強化Ａｌ系複合材の接合方法 - 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〕 本発明は、ウィスカー強化Ａｊ！系複合材（以下、複合
材」という、）相互を強固に接合するための方法に関す
る。

〔従来の技術〕

Ｓ　ｉＣ，Ｓ　ｉｓ　Ｎ４などの針状単結晶からなるウ
ィスカーをＡ１やその合金に混在化した複合材は、軽量
で卓越した強度特性を備えるため航空機、自動車の分野
からスポーツ、レジャーに至る広汎な用途部材として注
目され、既に一部は実用化されている。

これらの複合材は、通常、ウィスカーを所定形状に集合
成形化したプリフォームにＡ２系金属のマトリックス溶
湯を加圧下に溶浸鋳造する加圧鋳造法、あるいはウィス
カーとＡＮ系マトリックス金属の粉末を混合してホット
プレスなどで焼結する粉末冶金法によって製造されるが
、複合材の寸法形状は鋳型、ダイス等により制約を受け
るため部材間の接合が必要となる。

従来、この種複合材の接合方法としては、接合面に接合
剤としてマトリックスと同一金属を介在させてろう付け
あるいは電子ビーム溶接する方法が知られているが、接
合層に強化材が混入していない関係で接合強度が母材に
比べ著るしく劣る欠点がある。

このため、接合面に接合材を介在させることなしに直接
当接して拡散接合する方法も試みられている。ところが
、／ｌ系金属をマトリックスとする複合材は表面に安定
なＡｆ、Ｏ，の皮膜が形成しているため、接合時、その
強固な酸化膜がＡＩ！。

原子の拡散を妨げ、さらに接合界面に前記酸化物の層が
残留して接合強度を損ねる問題点がある。

また、電子ビームなどの高熱溶接による直接接合をおこ
なうと、接合界面の溶融時にマトリックス金属とウィス
カーとが反応を起して脆弱な化合物の生成を伴い、高強
度の接合を得ることが著るしく困難となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このため、強固な接合状態を得るためには、接合面にお
ける酸化皮膜を破壊して活性な面を増すとともに、接合
界面に強化材を介在させるような方策を採ることが好ま
しい。

上記の観点に沿う複合材の接合手段として、互いに複合
される繊維強化金属製複合材料のそれぞれの接合部の強
化繊維をマトリックス金属より露出せしめ、この交錯部
に溶融状態にある接合材料を供給するようにした方法（
特開昭６２−３８６２号公報）が提案されているが、こ
の方法は工程が煩雑なうえにウィスカーのような微小繊
維形を強化材とした複合材では適用することが実質的に
不可能である。

発明者らは、ウィスカー強化ＡＩ！系複合材を対象とす
る接合について多角的に研究を重ねた結果、接合面に母
材と同一の複合成分の薄層を挟み込んだ状態で熱圧する
と接合強度が著るしく向上する事実を確認して本発明の
開発に至ったものである。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明により提供されるウィスカー強化Ａｉ
、系複合材の接合方法は、母材となるウィスカー強化Ａ
ｆ系複合材の接合面に、母材と同一のウィスカーとＡ２
系金属粉末の混合物からなる薄層を介在させ、真空中で
熱圧することを構成上の特徴とする。

母材を形成する複合成分は、ウィスカーとしてＳｉ源原
料を炭材と共に不活性気流中で高温反応させることによ
り得られるＳｉＣまたは５ＩｊＮ。

の針状単結晶、また、マトリックスはＡＩ！、もしくは
その合金から選択されたＡｌ系金属である。

接合すべき母材は、必要に応じ接合面を研磨し、母材と
同一のウィスカーとＡｌ系金属粉末の混合物からなる厚
さ０．１〜１．０＋ｍａ程度の薄層を介在させる。この
薄層はウィスカーとＡ２系金属の混合粉末をそのまま敷
きつめてもよいが、予めシート化したものを挟み込む方
法を採ることが望ましい。

このシートは、例えばウィスカーとＡｌ系金属の混合粉
末をアルコール、アセトン等の有機溶媒に懸濁させてス
ラリーとし、ドクターブレード法でシート成形したのち
加温して溶媒を除去することにより容易に形成すること
ができる。

接合は真空中で熱圧することによりおこなわれるが、こ
の条件として真空度１０−５Ｔｏｒｒ以上、加熱温度３
００〜５８０°Ｃ１そして圧力（面圧）１５０〜１５０
００ｋｇ／ｃ４の範囲に設定することが好適である。

真空度が１０−５Ｔｏｒｒを下層ると、混合粉の表面に
吸着したガスが接合部に残留してミクロポアを形成する
ため強度の低下を招く、加熱温度が３００’Ｃ未満であ
ると原子の拡散が不十分となり、５８０’Ｃを越えると
マトリックス金属の溶融範囲に入るため基材の変形、ウ
ィスカーとマトリックス金属との反応などの現象を生じ
、いずれも強度低下の囚となる。また、圧力（面圧）が
１５０’ｋｇ／ｃ＋ａより低い場合には混合粉末が十分
に塑性変形せず、一方、１５０００ｋｇ／ｃ４を越える
高圧では逆に塑性変形が大きくなり過ぎて、いずれも実
用的な接合状態を得ることができなくなる。

上記範囲内の条件を適用し、少なくとも１ｏ分間真空熱
圧を保持することにより母材と同等の強度をもつ接合部
を形成することができる。

〔作　用〕

接合工程において、接合面に介在する混合物薄層のミク
ロな凹凸は加圧によって変形するが、その際の摺動およ
びウィスカーと酸化物層との接触摩擦に基づいて接合面
の酸化皮膜は破壊され、活性な接合面が増大して相互拡
散が起り易い状態となる。同時に、混合物薄層内で焼結
が進行して母材と同一組織の複合層が形成される。

これらの作用が相俟って強固な接合状態を形成するため
に有効機能する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。

実施例、比較例 以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。

平均径０．４−１長さ２０ｎのＳｉＣウィスカーと粒子
径４４−以下のＡ１合金（２０２４）粉末とから粉末冶
金法で作成したウィスカ一体積含有率（ｖ　ｒ　）１０
％、引張り強度４８ｋｇｆ／−の複合材（直径５０龍、
長さＬｏｏｍ）を母材とし、これを１／２の長さに平面
切断したのちエメリー紙で１０００番まで研磨して接合
面とした。

上記母材の複合成分と同一のＳｉＣウィスカーとＡ２合
金（２０２４）粉を十分に混合してエタノールでスラリ
ー状にしたものをドクターブレードで厚さ１．０鵬のシ
ートに形成し、乾燥してエタノールを揮散除去した。

このシートを接合面の大きさに切り出し、接合面の間に
挟み込んで介在させて１０−５Ｔｏｒｒ以上に保持され
た真空下で加熱温度、圧力および時間を変動させて熱圧
接合した。

比較のために、混合物シートの薄層を介在しないほかは
全て上記実施例と同一条件を適用して直接接合をおこな
った（比較例）。

このようにして得た接合材の接合強度を測定し、第１図
に各圧力段階における加熱温度と引張り強さの関係とし
て、また第２図に圧力１０００ｋｇ／ｃｄ時の各温度段
階における接合時間と引張り強さの関係としてそれぞれ
図示した。

第１図および第２図から、本発明の実施例はいずれも比
較例に比べて優れた接合強度を示すことが認められる。

しかし、第１図の考察から実施例の中でも圧力１００ｋ
ｇ／ｃｊでは５８０’Ｃの加熱温度を与えても十分な接
合強度は得られないが、１５０ｋｇ／ｃｄ以上の圧力で
は３００℃を越える温度域において母材に近似する接合
強度が得られることが判明する。但し、加熱温度が５８
０℃を越すと塑性変形が著るしくなり実用範囲ではなく
なる。

また、第２図からは、４００℃の高温領域では拡散強度
が速いために１０〜３０分程度の時間で４０ｋｇｆ／−
以上の接合強度が得られるが、低温頭載では６０分を越
える接合時間でも十分な強度向上は図れないことが判る
。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明の接合方法によればウィスカー強
化Ａｌ系金属複合材相互を母材強度と同等の接合強度で
確実に接合することができ、接合工程も簡易であるから
工業的手段として有用である。

は定圧力（１０００ｋｇ／ｌｊ）時の各種温度段階にお
ける接合時間と引張り強さの関係図である。

特許出願人　　東海カーボン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、母材となるウィスカー強化Ａｌ系複合材の接合面に
   、母材と同一のウィスカーとＡｌ系金属粉末の混合物か
   らなる薄層を介在させ、真空中で熱圧することを特徴と
   するウィスカー強化Ａｌ系複合材の接合方法。 ２、真空中で熱圧する条件を、真空度１０＾−＾５Ｔｏ
   ｒｒ以上、加熱温度３００〜５８０℃、圧力（面圧）１
   ５０〜１５０００ｋｇ／ｃｍ＾２とする請求項１記載の
   ウィスカー強化Ａｌ系複合材の接合方法。