JPH03133592A

JPH03133592A - 接合体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH03133592A
Application number: JP26803689A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fuse; 俊明布施; Keizo Honda; 啓三本多; Katsumi Kurosawa; 黒澤　克美
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1991-06-06

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は大型の異種素材を一体化した接合体およびその
製造方法に係り、特に製造時および使用時において熱膨
張差による変形や歪みが少ない接合体およびその製造方
法に関する。

（従来の技術）互いに特性が異なる複数の異種材料を一体に接合して、
各材料が個別に有する特性より相乗的に高い機能を付与
した接合体が広い産業分野で普及している。

例えば航空機や宇宙技術分野では過酷な使用条件に耐え
、しかも軽量で低コストが要求されるため、各特性を満
足する金属、セラミックス等の組合せが研究されている
。

従来この種の接合体を製造する場合は、例えば第１１図
に示すような熱間静水圧（ＨＩ　Ｐ）接合法により製造
される。この製造法は、基材１と接合材２とを重ね合せ
たものを、耐熱合金粉末３を介して缶４中に装填し、缶
４を真空シールした後に、ＨＩＰ炉５内の試料台６に載
置した状態で、高温高圧の不活性ガス７の圧力Ｐを作用
させ、基材１と接合材２との接合界面において両部材の
拡散接合を起こし一体の接合体を得るものである。

一方他の製造方法として第１２図に示すように基材１ａ
上面に接合材２ａを重ねた状態で爆発的な加圧力Ｐ２を
作用させ、このとき接合界面に生じる溶融金属等から成
るメタルジェットによって瞬間的に接合する、いわゆる
爆着法（爆発圧接法）も採用される。

さらに、その他の製造方法として第１３図に示すよにう
、基材１ｂと接合材２ｂとの接合界面にろう材８を介装
して加熱加圧し両部材を接合する方法も採用されている
。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら第１１図に示すようなＨＩＰ装置を使用し
た従来の接合方法では、予め両部材を真空シールするた
めに缶内を封止する、いわゆるキャニング操作が必要と
されるために、基材や接合材周囲に突出した附属品を有
する接合体や複雑な形状を有する接合体を製造すること
は困難であった。

一方第１２図に示す爆着法を使用した製造方法において
は、強大な加圧力が瞬間的に部材に作用するため、接合
体の変形が生じ易く寸法精度が優れた接合体を得ること
が困難であった。また爆着法においては基材または接合
体に作用する衝撃力が極めて大きいため、台座等の附属
物を予め取り付けた状態で接合することは不可能であっ
た。さらに爆着による接合後に溶接で台座等を接合しよ
うとするとその熱影響によって接合部が変性し、強度特
性が低下してしまう問題点があった。

さらに第１３図に示するう付性においては静的な接合操
作であるため、附属物が予め取り付いた状態においても
、接合が容易である。しかしながら基材と接合体との熱
膨脹率差が大きい場合には、接合後の冷却時および使用
時において大きな歪みや変形（そり）を生じ寸法精度が
大幅に低下してしまう問題点がある。

特にＨＩＰ装置や爆着接合装置を使用して基材と接合材
との接合面全体を接合して接合体を製造した場合にも同
様に、熱膨脹差による変形が太ききく、何らかの対策を
講じる必要があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、熱膨脹率が大きく異なる複数の部材を接合した場
合においても、熱膨張による変形や歪みの少ない高い寸
法精度を有する接合体と、その接合体を容易に製造する
ことができる製造方法とを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明に係る接合体は、熱膨
脹率が異なる複数の接合材と基材とを一体に接合して形
成した接合体において、接合材と基材との接合界面に非
接合部を部分的に配置したことを特徴とする。

また本発明に係る接合体の製造方法は、熱膨脹率が異な
る複数の接合材と基材との接合界面に部分的にろう材を
配置し、しかる後に不活性雰囲気、真空あるいは還元雰
囲気中で加熱することによりろう材を配置した接合界面
のみに相互拡散を生起せしめ、接合材と基材とを一体化
することを特徴とする。

（作用）上記構成に係る接合体およびその製造方法によれば、ろ
う材を配置した接合界面のみにおいて相互拡散が生起し
接合材と基材とが部分的に接合し、接合部以外の接合界
面には非接合部が形成される。

そして、接合操作完了後に接合体が冷却されたり、使用
時に温度変化を受けた場合には、接合材と基材との間に
熱膨脹差が部分的に生じる。しかし両部材の熱膨脹差に
よる変位は非接合部において効果的に吸収され応力が解
放される。そのため接合体全体のそりによる変形は起こ
らず、寸法精度が高い大型の接合体を効率的に製造する
ことができる。

（実施例）次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第１図は本発明に係る接合体の第１実施例を一部
破断して示す平面図であり、製造時における状態を示し
ている。

すなわち第１実施例に係る接合体は、熱膨脹率が異なる
接合材２Ｃと基材ＩＣとを一体に接合して形成した接合
体において、接合材２Ｃと基材ＩＣとの接合界面９に非
接合部１０を部分的に配置して構成される。

そしてこの接合体は、接合材２Ｃと基材ＩＣとの接合界
面９に部分的にろう材８を配置し、しかる後に不活性雰
囲気、真空あるいは還元雰囲気の加熱炉中で加熱するこ
とにより、ろう材８を配置した接合界面のみに相互拡散
を生起せしめ、接合材２ｃと基材１ｃとを一体化して製
造される。

このように本実施例によれば、ろう材８を配設した接合
界面のみにおいて相互拡散が生起し、接合材２ｃと基材
１ｃとが部分的に接合し、他の接合界面には両部材２ｃ
、ｌｃが接合しない非接合部１０が形成される。

そして接合温度から常温まで冷却すると接合材２Ｃと基
材ＩＣとは、熱膨張差によって変形しようとするが、各
非接合部１０において部分的に塑性変形が生じるため両
部材内の熱応力の発生は少なく、接合体全体にそり等の
変形は起こらない。

以下に本発明に係る接合体およびその製造方法のより具
体的な実施例について順次説明する。

第２図および第３図はそれぞれ本発明の第２実施例を示
す平面図、断面図である。

すなわち第２実施例に係る接合体は、１辺の長さが１０
ａｎのタイル状のろう材８ａを、軟鋼製基材１ｄ表面上
に間隙をおいて配列し、隣接するろう材８ａの相互の格
子状間隙部を非接合部１０ａとし、ろう材８ｄ上部に純
銅製の接合材２ｄを載置している。基材１ｄ底面には、
複数の台座１１が溶接により接合されており、この溶接
部は予め熱処理が施され歪みは除去されている。

次にこのように組立てた接合材２ｄ等をＨＩＰ加熱炉中
に収容し、金属製の重錘を接合材２ｄ上面に載置し、部
材相互の位置ずれを防止しながら、Ａｒ雰囲気中で８０
０〜９５０’Ｃ程度に加熱し、数分間〜数１０分間保持
すると、ろう材８ａが溶融し、ろう材８ａを配置した接
合界面のみにおいて両部材が一体に接合される。

従来本実施例と同様な寸法形状で接合界面全面を接合し
た場合には、室温まで接合体を冷却すると接合体全体に
ついて、目視で確認できる程度の変形（そり等）が生じ
た。しかし本実施例によれば、ろう材８ａの１辺の寸法
を１０ｃｍ程度に小型に設定しているため、この範囲に
おいては変形は部分的にも全く観察されなかった。また
各非接合部１０ａにおいて、銅製の接合材２ｄがなまっ
て微少量ずつ塑性変形するため、接合体全体についても
大きな変形は発生しなかった。

なおろう材として浸漬ぬれ性が高過ぎる場合には、接合
操作時に非接合部に流入して全面接合になってしまうお
それもある。その場合は非接合部に予めろう材の流入防
止剤（アンチフロー剤）を塗布してお（とよい。

次に本発明の第３実施例について第４図および第５図を
参照して説明する。

第３実施例に係る接合体は、対辺間距離がｌａｎから１
０ｃｍ程度の多角形のろう材８ｂを多種類用意し、各ろ
う材８ｂの間隙を数−から１０１１Ｉ１１程度に設定し
て軟鋼製基材１ｅの表面上に配置し、さらにろう材８ｂ
上面に純銅製の接合材２ｅを載置した。隣接するろう材
８ｂの間隙部は非接合部１０ｂとなり、この非接合部１
０ｂの幅は数−〜１０ＩＩＩＩ１１程度に設定される。

また基材１ｅ底面の長手方向には、台座１１ａが溶接に
より一体に接合される。なお溶接部の歪とりのため予め
熱処理が施工されている。またろう材８ｂとしては厚さ
３０〜５０μｍのＣｕ−５ｎ系ろう材を使用した。

次にこれらの接合材全体を真空炉内に収容し、温度８０
０〜９５０℃程度に加熱し５〜２０分間保持した。その
結果、ろう材８ｂを配置した接合界面のみが接合され、
その周辺に非接合部１０ｂが形成された。

本実施例の場合、各接合部の外周形状が５角形となって
いたるめ、第２図に示すようにろう材を四角形に設定し
て接合した場合と比較して、ろう材８ｂの周端部におけ
る応力集中が少なくなり、歪も小さくなる。

また非接合部１０ｂにおいては熱膨張による変形量が大
きい銅製の接合材２ｅがなまり、塑性変形して熱応力を
解放するので接合体全体にそりを発生させることがない
。

特に非接合部１０ｂが直線状に並ぶことを避け、第４図
に示すように網目状に配置することによって、塑性変形
を起こす場所が多数確保される。その結果、部材全体の
変形量をより低減することができる。

次に本発明の第４実施例について第６図および第７図を
参照して説明する。

本実施例に係る接合体は、基材１ｆと接合材２ｆとの間
にろう材８ｃおよび非接合部１０ｃを配置して形成され
る。特に非接合部１０ｃを複数の直線要素の集合ととら
えた場合に、各直線要素の交点Ｃ２，Ｃ３から分岐する
要素数を３以下にしている。すなわち交点Ｃ２において
は分岐する直線要素数は２であり、交点Ｃ３においては
３であり、４以上にはならないよう構成している。

すなわち直線要素数が４以上の多数となると鎖部におけ
る変形が大きくなることが本発明者の実験によって確認
されている。したがって本実施例のように要素数を３以
下に設定することにより、これらの交点付近における変
形量をより低減することができる。

次に本発明の第５実施例について第８図を参照して説明
する。

本実施例に係る接合体は、軟鋼製基材１ｇとアルミニウ
ム合金製接合材２ｇとの接合界面に、非接合部１０ｄを
設けながらろう材８ｄを挿入して構成される。また熱膨
脹率が基材１ｇより大きな接合材２ｇの接合界面の非接
合部１０ｄに対向する位置に凹陥溝１２を形成している
。凹陥溝１２の両隅部は滑かな曲面状に形成されている
。

上記３層に組立てられた接合材２ｇ等を所定温度に加熱
して基材１ｇと接合材２ｇとを一体に接合して接合体が
得られる。

この接合操作完了後、接合体を冷却すると、軟鋼に比較
してアルミニウム合金は極めて熱膨脹率が大きいため、
接合材２ｇには残留応力が生じる。

しかし残留応力の原因となった熱膨張による変形は、非
接合部１０ｄで吸収されるため、残留応力は解放され、
接合体全体にそり等の大きな変形を生じることはない。

特に接合材２ｇの接合界面に凹陥溝１２を形成している
ため、凹陥溝１２においてアルミ合金製接合材２ｇの塑
性変形が起こり接合材２ｇの内部応力が緩和される。

次に本発明の第６実施例について第９図および第１０図
を参照して説明する。本実施例に係る接合体は、縦１０
００ｍｍ、横５００順、厚さ１０閣の軟鋼製基材１ｈと
、厚さ５ｍｍの純銅製接合材２ｈとの間に、非接合部１
０ｅを設けつつ、Ｃｕ５ｎ系ろう箔１３を配置して構成
される。また基板１ｈ底面には予め台座１１ｂが溶接に
よって接合されている。

そして上記の３層構造の接合材２ｈ等を、真空度が１０
〜１０’Ｔｏ＋ｒの真空炉中に収容し、温４度９５０°Ｃで２０分間保持し、ろう付接合して一体の
接合体を得た。

一方比較例として第６実施例と同一材料で同一寸法を有
する基材１ｈと接合材２ｈとの接合界面全面にＣｕ−８
ｎ系ろう箔１３を配置し、全面接合した場合の変形量を
測定した。その結果、比較例においては５ｍｍ程度のそ
りを生じたが、本実施例の場合では０．５闘以下とする
ことができた。

以上の実施例では基材と接合材との接合界面にろう材を
部分的に介装して接合した例で示しているが、他の接１
合方式としてろう材を介装しても、それを溶融させずに
拡散接合させる方法や、あるいは他の活性金属膜を接合
界面に介装して相互拡散あるいは反応によって接合する
方式を採用した場合についても同様な効果が得られる。

′また非接合部に接合防止用のインサート剤を貼付した
り、インサート剤を塗布して、その他の接合部において
直接両部材を接合する方式を採用した場合にも同様な作
用効果を得ることができる。

また接合界面の面積が大きな大型接合体を形成した場合
、接合体の外周縁側に位置するほど、熱膨張差による応
力が大きくなるため、外周縁側に向って徐々に、接合部
の面積を小さくするとともに、非接合部の幅を小さくす
る一方、凹陥溝の陥没深さをより大きくするとよい。そ
の結果、大型接合体の外周部におけるそり等の変形をよ
り効果的に防止することができる。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る接合体およびその製造方法
によれば、ろう材を配置した接合界面にみにおいて相互
拡散が生起し接合材と基材とが部分的に接合し、接合部
以外の接合界面には非接合部が形成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る接合体の第１実施例を部分的に破
断して示す平面図、第２図は本発明の第２実施例を示す
平面図、第３図は第２図におけるｍ−ｍ矢視断面図、第
４図は本発明の第３実施例を示す平面図、第５図は第４
図におけるＶ−Ｖ矢視断面図、第６図は本発明の第４実
施例を示す平面図、第７図は第６図における■−■矢視
断面図、第８図は本発明の第５実施例を示す断面図、第
９図は本発明の第６実施例を示す断面図、第１０図は第
９図におけるＸ−Ｘ矢視断面図、第１１図は従来のＨＩ
Ｐ接合装置を示す断面図、第１２図は爆着法による接合
状態を示す断面図、第１３図はろう付性による接合状態
を示す断面図である。１、　　ｌａ、　　ｌｂ、　　ｌｃ、　　ｌｄ、　　ｌ
ｅ、　　ｉｆ。Ｉｇ、１ｈ・・・基材、２．　２ａ、　　２ｂ、　　２
ｃ、　　２ｄ。２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ・・・接合材、３・・・耐熱合
金粉末、４・・・缶、５・・・ＨＩＰ炉、６・・・試料
台、７・・・不活性ガス、８，８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ
−ろう材、９−ｔＩ合界面、１０．１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ、１０ｄ、１０ｅ・＝非接合部、１１．ｌｌａ。１１ｂ・・・台座、１２・・・凹陥溝、１３・・・Ｃｕ
−３ｎ系ろう箔、Ｐ・・・不活性ガスの加圧力、力。Ｐ２・・・加圧

Claims

【特許請求の範囲】１、熱膨脹率が異なる複数の接合材と基材とを一体に接
合して形成した接合体において、接合材と基材との接合
界面に非接合部を部分的に配置したことを特徴とする接
合体。２、熱膨脹率が異なる複数の接合材と基材との接合界面
に部分的にろう材を配置し、しかる後に不活性雰囲気、
真空あるいは還元雰囲気中で加熱することによりろう材
を配置した接合界面のみに相互拡散を生起せしめ、接合
材と基材とを一体化することを特徴とする接合体の製造
方法。