JPH03110083A

JPH03110083A - 繊維強化金属基複合材料の板材と金属板との接合方法

Info

Publication number: JPH03110083A
Application number: JP24969489A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Ozora; 大空　靖昌; Kenji Matsunaga; 賢二松永; Hiroyoshi Oba; 大庭　浩義; Masahiro Tokuse; 徳勢　允宏; Shizuo Mukai; 迎　静雄; Kazumasa Nishio; 一政西尾
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1991-05-10

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］本発明は繊維強化金属基複合材料（以下、ｒＦＲＭＪと
略称する。）の板材と金属板との接合方法に係り、特に
ＦＲＭ中の繊維の劣化、損傷やＦＲＭの繊維とマトリッ
クス金属との界面の特性劣化等の問題を引き起こすこと
なく、ＦＲＭ板と金属板とを容易かつ効率的に接合する
方法に関する。

［従来の技術］近年、各種産業分野において、エネルギー効率の向上が
進み、それに伴ない各種構造材料に対する要求特性が高
められ、より高い耐食性、耐熱性、耐摩耗性を有するこ
とが望まれている。

ＦＲＭはこれらの特性を具備する構成材料ではあるが、
耐衝撃性に劣るという欠点を有する。そこで、従来より
ＦＲＭの欠点を改善するために、ＦＲＭを金属との接合
体として、構造材料に必要な強度、靭性、耐衝撃性等を
付与することが行なわれている。

従来、ＦＲＭ板と金属板とを接合する技術としては拡散
接合がある。この拡散接合には被接合材料を直接接合す
る方法、被接合材料間に金属箔や金属微粉末を介在させ
て接合する方法などがある。

一方、金属材料の一般的な接合技術としてろう付けは従
来より既に知られている。ＦＲＭ板と金属板とをろう付
けにより接合する方法は殆ど公表されていないが、特定
のろう材を用いることによりろう付は接合は可能である
。

［発明が解決しようとする課題］従来の接合法のうち、拡散接合法では大きい加圧力を必
要とするため、ＦＲＭ中の繊維の破断、損傷が生じ、接
合により特性が劣化するという欠点がある。

一方、ろう付けではろう付温度がＦＲＭのマトリックス
金属に対して高過ぎるため、ろう付熱サイクルイ］与に
より繊維と７１−リツクス金属との界面反応が生じＦ　
Ｒ，Ｍの特性が劣化するという欠点がある。また、この
ような高温度を必要とする接合では、被接合材料間の熱
膨張差により、接合部が変形したり残留応力が大きくな
るという欠点もある。

本発明は上記従来の問題点を解決１ノ、ＦＲＭ板ど金属
板どを急速加熱及び小加圧圧延することにより、材料の
特性劣化等を引き起こすことなく、容易かつ効率的に、
強固に接合することがでさるＦＲＭの板材と金属板との
接合方法を提供することを目自勺とする。

「課題を解決するための手段］本発明のＦＲＭの板材と金属板どの接合方法は、金属板
とＦＲＭ板とな重ね合せ、真空中又は調整雰囲気中で室
温−１４００℃の任意の温度Ｖ加熱した後、真空中又は
調整雰囲気中の加圧ロルで連続的に押圧１１．て接合す
ることを特徴とする。

以下Ｃ本発明を図面を参照１．・て詳細に説明する。

第１図は本発明の実施に好適？、装置の構成を示′４概
略断面図、第２図は第１図の装置の圧延部を示す拡大断
面図である、第１図及び第２図中、１はＦＲＭ仮１５に金属板１６を
重ね合せた被接合材、１７は被接合材固定用鋼板、２は
加熱室、３は圧延室、４は冷却室、５は上部加圧Ｖｉ−
ル、６は下部ロール、７は送りローラー・−・　８は高
周波加熱コイル、９は材料入日、１０は真空ＩＪ）気管
、１１は材料取出口、ｉ２は調整ガス導入管、１３は側
温口、１４は加圧ハンドル％　ｖ、ｌ　ｖ２はバルブで
ある。加熱室２、圧延室３及び冷却室４は接続されて全
体として密閉容器２０となっている。

本実施例１．：′おいて、加熱室２にセットされた被接
合材固定用鋼板１７上の被接合材１は、真空排気管１０
より真空排気された密閉容器２０内を高周波誘導炉であ
る加熱室２で高周波加熱コ、イル１うにより室温−＝１
４００℃の任意の温度、例えば溶融温度の最も低い金属
板の固相線温度以下に加熱される。加熱されたＦＲＭ板
１板瓦５金属板１６よりなる被接合材１及び被接合材固
定用銅板１７は、送りロー・ラー７で圧延室３に送られ
連続的に上部加圧ロール５と下部ロール６間で例えば３
０％以下の低圧下率で押圧されて接合される。加圧の際
、被接合材１は軟化温度に保たれているため、変形抵抗
が小ざく、相互の接触界面は小さな加圧力で原子間結合
状態となり、強固な接合が可能となる。その後、接合さ
れたＦＲＭ板１板瓦５属板１６との複合材は、冷却室４
で適温まで冷却された後、取出口１１より取り出さ４す
る。

上記実施方法で加熱室２に採用した高周波誘導加熱は発
生ガス等が少ないクリーンｔｊ加熱方式で、被接合材１
は温度上Ｅ９に従いその１面の不純物層が！ｌＩ離し清
浄ｉｒ金属界面となる・”−どから、非常に好ましい加
熱方式である。なお、本発明のブＪ法は、高周波誘導加
熱に限らず、高周波加熱炉又はイメージ炉を用いて急速
加熱することにより実施することもで１１また、上記実施７ｊ−法では、真空排気管１０より密閉
容器２０内を真空Ｉｔ気１ノで処理を行なっているが、
被接合材ｌη）材質によって（ｉ、加熱室２、圧延室３
及び冷却室４よりなる密閉′Ｂ器２０内に調整ガス導入
管１２より例えば不活性ガス等の調整ガスを導入して、
密閉容器２０内を調整翼囲気にすることにより、強固に
接合された接合材を容易に得ることができる場合もある
。この場合、調整雰囲気ガスとしては、具体的には窒素
、アルゴンなどが挙げられる。

更に、上記実施方法では、被接合材固定用鋼板１７を用
いているが、被接自材固定用鋼板１７は必ずしも必要と
されず、なくても良い。しかしながら、被接合材固定用
鋼板を用いることにより、次のような効果が奏され非常
に有利である。ＫＪち、被接合材１が小面積の板である
場合には、送りローラー７により効率的に搬送すること
ができない場合があるが、被接合材固定用鋼板１７を用
いることにより被接合材固定用鋼板１７に載せて被接合
材１を円滑に搬送することが可能とされる。また、ＦＲ
Ｍ板１板金５含有率で非導電性の補強繊維が配合されて
いる場合には、ＦＲＭ板１板金５電性が低下し、高周波
加熱コイル８により効率的に加熱することができない。

この場合、被接合材固定用鋼板１フを用いることにより
、導電性の被接合材固定用鋼板１７が高周波加熱コイル
８により効率的に加熱され、これによりＦＲＭ板１板金
５易に伝熱により間接的に加熱することが可能とされる
。なお、被接合材の固定に用いるものは必ずしも鋼板で
ある必要はなく、使用温度即ち加熱温度に耐える耐熱性
を有するものであれば、他の材質のものであっても良い
。ただし、良好な高周波加熱効率を得るためには、その
抵抗値が２０〜２００μΩ・ｃｍであることが好適であ
る。

本発明において、加熱の程度は室温〜１４００℃の任意
の温度であるが、好ましくは、接合するＦＲＭ板のマト
リックス金属と金属板の金属において、溶融温度の最も
低い金属の固相線温度以下、例えば、アルミニウムをマ
トリックス金属とするＦＲＭと、アルミニウムより高融
点の金属板を接合する場合は、３００〜６００℃の範囲
の加熱温度とすることが好ましく、また、上記ＦＲＭと
、アルミニウムより低融点の金属板を接合する場合は、
低融点金属の融点以下で、低融点の値を２で除した値の
温度（１）以上の加熱温度とするのが好ましい。加熱温
度が室温より低いと十分な接合は行なえず、１４００℃
を超えると材料の劣化や変形等の問題が生じる。

また、ＦＲＭ板と金属板の加圧の程度は３０％以下の低
圧下率とするのが好ましい。加圧の程度が３０％を超え
るとＦＲＭ中の繊維の損傷が生じ、材料特性が低下する
おそれがあり好ましくない。ＦＲＭ板と金属板の加圧の
程度は特に５〜１５％とするのが好ましい。

本発明においては、ＦＲＭ板と金属板との間に、双方に
接合性良好な金属箔や金属微粉末を介在させることによ
り、より広範囲な材料をより一層強固に接合することが
可能とされる。

本発明の方法では、広範囲のＦＲＭ板と金属板との組合
せが可能であり、ＦＦｔＭ板のマトリックス金属の種類
、強化ｉａ維の種類や配合割合、金属板の金属の種類等
を問わず、様々な組合せに適用できる。そして、ＦＲＭ
板のマトリックス金属と金属板の金属とは同種のもので
あっても、異種のものであフても良い、また、その板厚
についても、厚板から薄板箔に至るまで、良好に接合可
能である。しかして、被接合材は必ずしも１枚ずつのＦ
ＲＭと金属板との積層板に限らず、２枚以上の複数のＦ
ＲＭ板と金属板とを交互に或いはランダムに積層したも
のを被接合材として、ＦＲＭ板と金属板との多層クラツ
ド材を製造することもできる。

以下に本発明に有効なＦＲＭについて説明する。

本発明の方法は、連続繊維を強化材とするＦＲＭに適用
した場合、極めて効果的である。特に、連続１ａ！！で
強化されたＦＲＭ板を、該連続繊維の配向方向と直交す
る方向に加圧して接合する場合に極めて有効である。即
ち、第３図（ａ）に示す如く、連続繊維２１で補強され
たＦＲＭ板２２と金属板２３とを本発明の方法に従って
加熱し、連続１ａｉ１２１と直交する方向から加圧する
。

そして、第３図（ｂ）に示す如く、界面の連続繊維２１
の断面の略半分を金属板２３に食い込ませることにより
、極めて高い接合強度が得られる。

この場合においても、本発明の方法によれば、界面の連
続１ａ維２１を損傷させることなく、良好に接合させる
ことが可能とされる。

本発明においてＦＲＭに配合される連続ｉａ維としては
、−例として、炭素繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、
アルミナ繊維、シリカ繊維、窒化珪素繊維、ポリメタロ
カルボシランを焼成して得られる５Ｒ−Ｔｉ又はＺｒ−
Ｃ−０系の無機繊維（宇部興産■製、「チラノ繊維」　
（登録商１’ｉｌり）などが挙げられる。特に、本発明
１こおいては、特公昭６２−５２０５１号に開示される
実質的にｓｉ、ｒｉ、ｅ及び０からなる非晶質からなり
、且つ元素比率（重量％）がＳｉ：５・・６０％、Ｔｉ
：０．５”−−４５％、Ｃ：３０〜４０％、０：０．０
１−＝・＝３０％である連続無機繊維が好ましい。この
ような連続無機繊維は、例えば、特公昭６Ｏ−ＩｎＯ２
号に開示ざねる方法により製造することができる。

また、ＦＲＭのマトリックス金属としては、Ａｆｌ、、
Ｍｇ、Ｔｉ％Ｃｕ及びこれらの合金などが挙げられる。

一方、ＦＲＭ板ど接合される金属板の金属としては、特
に制限はないが、例えばマトリックス金属がアルミニウ
ムのＦＲＭ板の場合、接合される金属板の好適な例とし
ては、銅、ニッケル、チタン等が挙げられる。

［作用］本発明に従って、真空中又は調整雰囲気中で接合に適し
ｔに温度状態で加圧することにより、重ね合せたＦ　Ｒ
Ｍ板ど金属板の接合面を真空又は調整雰囲気で清浄にで
と、且つ接合面は軟化温度ｊζ保たれているため、小加
圧圧延で容易に原子間結合がなされるつこのため、強固
な接合が達成さオーする。

また、小加圧圧延で接合で鮒るため、ＦＲＭ中の繊維の
破断、損傷は生じず、急、速加熱であるため、繊維・マ
トリックス間の界面反応は生じない。従って、特性劣化
を引き起こすことなく、良好にＦＲＭ板と金属板とを接
合することができる。

［実施例］以下に実施例をテげて本発明をより具体的に説明する、実施例１下記仕様のＦＲＭ板３板上１板３２とを、被接合材固定
用鋼板３３に載置して第１図に示す装置を用いて本発明
の方法に従って下記接合条件で接合した。

ＦＲ及玉連続繊維：チラノ繊維（Ｖｆ−５５％）マトリックス金Ｒ＝純Ａ　ｎ　（ＪＸＳ　１０８０）（
純度９９．８％以上）製造法：高圧鋳造法寸　法：厚さ　　３ｒｎｍ幅　　６０ｍｒｎ長さ　８０ｍｍ区−亙材Ｘ　：　ＪＩＳＯＦＣｕＰ　（純度９９．．９６寸　
法：厚さ　　３ｍｍ幅　　　６０ｍｍ長さ　８０ｍｍ族１イ１Ｌ１互」■１返寸　法：厚さ　　　６ｍｍ％以上）幅　　　　　８０ｍｍ長さ　３００ｍｒｎ（なお、ＦＲＭ板３板上１板３２及び被接合材固定用鋼
板３３は第４図（ａ）（平面図）及び第４図（ｂ）（側
面図）に示すように配置した。）ｍ」雰囲気　：真空中（真空度１０””Ｔｏｒｒ）加熱温度
＝５５０℃ 送り速度：５ｍｒｙｉ／ｓｅｅ圧下率　二８．３％得られＩこ接合材の接合界面を電子顕微鏡にて観察した
ところ、第５図（ａ）〜（ｄ）に電子顕微鏡写真の模式
図な示す如＜、ＦＲＭ板３板上１維３４の損傷もなく、
Ｆ　Ｒ，Ｍ板３１ど銅板３２どは良好な接合状態で接合
されていることが確認された。また、接合界面を挟んで
２箇所の断面（第５図（ｄ）のａ−ａ線及びｂ−ｂ線）
に゛ついてＸ線スペクトル（ＥＤＳ）分析を行Ｉンった
どころ、第６図（龜−・ａ線）及び第７図（ｂ−ｂ線）
に示す如く、良好な状態どなっていることが確認さｉま
た。

実施例２被接合材として銅板の代りに下記仕様のＡＪ２板を用い
たこと以外は実施例１と同様にして接合を行なった。

ム互Ｉ材　質：　ＪＩＳ　１０５０　（純度９９．５％以上）
寸　法：厚さ　　３ｍｍ幅　　　６０ｍｍ長さ　８０ｍｍ得られた接合材の接合界面を電子顕微鏡にて観察したと
ころ、第８図（ａ）〜（ｄ）の電子顕微鏡写真の模式図
に示される如く、ＦＲＭ板４板上１維４４の損傷もなく
、ＦＲＭ板４板上１１板４２とは良好な接合状態で接合
されていることが確認された。また、接合界面を挟んで
２１ＩＩ所の断面（第８図（ｄ）のｃ−ｃ線及びｄ−ｄ
線）についてＸ線スペクトル（ＥＤＳ）分析を行なった
ところ、それぞれ第９図（ｃ−ｃ線）及び第１０図（ｄ
−ｄ線）に示す如く、良好な接合状態となっていること
が確認された。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明のＦＲＭ板と金属板との接合
方法によれば、真空中又は調整雰囲気中で接合に適した
温度状態で加圧することにより、重ね合せたＦＲＭ板と
金属板の接合面を真空又は調整雰囲気で清浄にさせ、且
つ軟化温度に保つことにより小加圧圧延で原子間結合を
容易に行なわせ、強固な接合が可能とされる。

しかして、小加圧圧延であるため、ＦＲＭ板中の繊維の
破断、損傷は生じず、また、急速加熱であるため、繊維
・マトリックス間の界面反応は生じない、従って、材料
の特性劣化を引籾起こすことなく、良好にＦＲＭ板と金
属板とを接合することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に好適な装置の一例を示す概略的
な断面図、第２図は第１図の圧延部を示す拡大断面図、
第３図は接合前後の材料の断面を示す模式図、第４図は
実施例１．２の被接合材を示す図、第５図は実施例１で
得られた接合材の接合界面の電子顕微鏡写真の模式図、
第６図及び第７図は同線分析結果を示す図、第８図は実
施例２で得られた接合材の接合界面の電子顕微鏡写真の
模式図、第９図及び第１０図は同線分析結果を示す図で
ある。１・・・被接合材、　　　　２・・・加熱室、３・・・
圧延室、　　　　４・・・冷却室、５・・・上部加圧ロ
ール、６・・・下部ロール、７・・・送りローラー　　
８・・・高周波加熱コイル、１５・・・ＦＲＭ板、　　
　１６・・・金属板、１７・・・被接合材固定用鋼板。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属板と繊維強化金属基複合材料の板材とを重ね
合せ、真空中又は調整雰囲気中で室温〜１４００℃の任
意の温度に加熱した後、真空中又は調整雰囲気中の加圧
ロールで連続的に押圧して接合することを特徴とする繊
維強化金属基複合材料の板材と金属板との接合方法。