JPH032592B2 - - Google Patents
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- JPH032592B2 JPH032592B2 JP1629887A JP1629887A JPH032592B2 JP H032592 B2 JPH032592 B2 JP H032592B2 JP 1629887 A JP1629887 A JP 1629887A JP 1629887 A JP1629887 A JP 1629887A JP H032592 B2 JPH032592 B2 JP H032592B2
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は超音波を利用した金属とセラミツクス
を接合する超音波接合方法に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、金属とセラミツクスを接合するのには、
高温・高圧を必要としたり、あるいは真空中また
は不活性ガスの雰囲気を必要とするなど、その接
合条件は難しく実用上大掛りな設備や大きな費用
を要する欠点があつた。 また、接合すべき金属あるいはセラミツクスの
試料の材質によつては、接合したい二つの試料の
融点あるいは軟化点の温度差が非常に大きい場合
には、一方の試料のみが融解または軟化して他方
が状態変化しないので、接合がうまく行われな
い。 さらにまた、二つの試料の熱膨張率に大きな差
がある場合は、接合後常温に戻つた時、熱膨張率
の差によつて接合面にクラツクまたは剥離を発生
したりする。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明はかかる点に鑑みなされたもので、従来
のような高温・高圧あるいは特殊な雰囲気などを
必要とすることなしに、確実で安価に接合できる
方法を提供することを目的とする。 しかして、本発明はつぎの如き従来技術が有す
る問題点を解消したものである。 (1) 高温・高圧など特殊な雰囲気を必要とし、大
掛りな設備や大きな費用を要していた。 (2) 接合試料間の融点あるいは軟化点の差により
うまく接合できなかつた。 (3) 接合試料間の熱膨張率の差により常温に戻つ
た時クラツクまたは剥離が発生した。 〔問題点を解決するための手段〕 前記目的を達成するため本発明は、第一に、ア
ルミニウムとセラミツクスを接合する場合に、セ
ラミツクス表面の粗さを0.1Ra以下の鏡面仕上げ
した後、アルミニウムとセラミツクスの接合面を
加圧しながら超音波振動数による接触摺動作用を
与えることにより、両者の接合を行わしめるもの
である。 第二に、アルミニウム以外の金属、すなわち
銅、ステンレス、ニツケルとセラミツクスを接合
する場合には、セラミツクス表面の粗さを0.1Ra
以下の鏡面仕上げした後、その金属とセラミツク
スの接合面間にアルミニウムの薄板を狭み加圧し
ながら超音波振動数による接触摺動作用を与える
ことにより、両者の接合を行わしめるものであ
る。 〔作 用〕 いま、固体の接合について物性の面からしてみ
るに、固体が凝集体として空間内において固定し
た閉空間を占めているのは、固体の各原子間に作
用している凝集力のためである。固体の内部原子
は上下、左右、前後の6方向を同種の原子によつ
て囲まれ各原子間に凝集力が働いているが、固定
表面の原子はその6方向の内の1方向だけ手をつ
なぐ原子がなく、このため固体表面の原子は直ぐ
に他の原子と手をつなぎ易い活性をもつている。
しかし、その固体の表面が空気中で瞬間的に酸
素、水蒸気、油などが吸着されて活性は失われ
る。よつて、かように表面を覆つている汚染物を
何らかの方法で取り除き、固体の活性化した表面
同志を密着させてやることから、空気中において
も二つの固体の表面を好都合に接合可能になる。
そして、このような二つの固体の表面の接合化に
は、つぎの条件が必要である。すなわち、 (1) 固体の表面が清浄化されていること (2) 二つの表面の距離が原子間の凝集力の働く程
度に密着すること そして、前述した如き超音波振動を応用した超
音波接合においては、前記(1)項の両接合面の清浄
化作用を奏することができる。したがつて、さら
に前記(2)項の条件を成立させるためには、適当な
加圧により接合面を近づけてやることのほか、接
合表面が平滑であること、すなわち表面の粗さが
小さい必要がある。 本発明はかような着眼点にたち、接合面間の距
離を凝集力の作用範囲まで近づけることを意図と
して、接合面の粗さを0.1Ra以下の鏡面仕上げと
する手段を講じ、アルミニウムとセラミツクスを
接合せしめるようになしたものである。 本発明はまた、上記鏡面仕上げとする手段を講
じるとともに、アルミニウム以外の銅、ステンレ
ス、ニツケルのような比較的硬い金属に対し中間
材としてアルミニウムを介在させ接合せしめるよ
うになしたものである。 以下、本発明を図面に基づいて詳細説明する。 〔実施例〕 第1図は本発明の第1の接合方法が適用された
一実施例を示す要部構成図で、1は超音波周波数
の発振電源、2は電源周波数を機械的振動変位に
変換する磁歪または電歪式の振動子で、振動子2
の端子2a,2bは発振電源1に接続されてい
る。3は振動子2に例示のように取付けられてい
て振動子2の機械的振動を増幅するホーン、4は
そのホーン3の先端に装着されていてホーン3の
振動を接合面に伝える振動棒である。5,6は接
合すべき試料であるアルミニウム、セラミツク
ス、7は支持台である。 また、第2図は本発明の第2の接合方法が適用
された他の実施例を示す部分構成で、8は銅、ス
テンレス、ニツケルなどの金属板、9はアルミニ
ウム薄板である。図中、第1図と同符号の部分は
同じ構成部分を示す。ここに、金属板8はセラミ
ツクス6と接合すべき試料である。 すなわち、第1図および第2図において、セラ
ミツクス6はその接合面61が表面の粗さを
0.1Ra以内に仕上げられてなるものであり、ここ
で、振動棒4と支持台7との間に、図示のように
接合すべき試料のアルミニウム5、セラミツクス
6を重ねて挾持し、矢印Aに示すように振動棒4
の上から適当な押圧力により加圧しておいて、発
振電源1により超音波周波数の電気振動を与える
と、振動子2により電気振動は機械的振動変位に
変換されホーン3は矢印Bに示す方向の振動変位
を発生し、ホーン3に取付けられた振動棒4の先
端にその振動変位が伝えられる。この振動変位の
ため振動棒4に押圧されているアルミニウム5
は、振動棒4の先端との摩擦力のため、振動棒4
とともに矢印Bの方向に振動変位し、アルミニウ
ム5とセラミツクス6の接触面51,61は上か
らの押圧力(矢印A)を受けつつ超音波周波数の
微小振動変位によりこすり合わされる状態とな
る。 また、このすべり振動により、接合面51,6
1の酸化皮膜などが破壊除去されて清浄な面と面
が接触し、押圧力(矢印A)と接合面51,61
間の摩擦熱により局部的に温度が高まり、接合面
51,61が融解または軟化して、両接合面5
1,61が接合される。したがつて、第1図の説
明の如くすべり振動により接合面51,51の酸
化皮膜などが除去し得るものの、それらの表面粗
さが粗すぎる際には、ミクロ的に見たときの表面
粗さの山の頂きの酸化皮膜が除去されるのみで、
接触面間の距離も前述の凝集力の作用範囲まで近
づき得なく、接合現象を生じない場合が発生す
る。 特に、セラミツクスは金属と異なり非常に硬度
が高く、軟化温度も高いかあるいはその軟化温度
がないと同じであり、超音波振動による接触摺動
によつても表面の塑性変形が殆ど行われないの
で、表面粗さの大小が直接的に接合の可否を決定
するものとなる。 ここで、セラミツクス6をその表面粗さを
0.1Ra以下に鏡面仕上げを施し、よつて、金属と
セラミツクスの強度を保有して接合し得るものと
して効用したものである。 さらには、第2図においてはアルミニウム薄板
9を介在する構成をなし、金属板8とセラミツク
ス6の接合においてそのアルミニウム薄板9とセ
ラミツクス6との間に第1図に説明したと同様な
関係を有することから、金属板8とセラミツクス
6とを接合し得ることは明らかである。 ここで、振動棒4の振動変位は金属板8を介し
てアルミニウム薄板9に伝達されるものとなり、
その金属板8とアルミニウム薄板9とは金属同志
なため、振動伝達の間における微小な接触摺動作
用と加圧力により、アルミニウム薄板9とセラミ
ツクス6との接合と同時に接合可能である。 さらに、かかる例の実験結果を示すと、つぎの
如くである。 いま表面粗さを0.1Ra以下に鏡面仕上げしたセ
ラミツクスとして、アルミナ、ジルコニア、炭化
ケイ素、チツ化ケイ素、チタン酸ジルコン酸鉛
(P2T)の試験片に対し、0.3(mm)厚さのアルミ
ニウムの試験片を接合して得られたものの、その
引張せん断試験による接合強度(Kg/mm2)は、
表1に示す成果が得られた。
を接合する超音波接合方法に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、金属とセラミツクスを接合するのには、
高温・高圧を必要としたり、あるいは真空中また
は不活性ガスの雰囲気を必要とするなど、その接
合条件は難しく実用上大掛りな設備や大きな費用
を要する欠点があつた。 また、接合すべき金属あるいはセラミツクスの
試料の材質によつては、接合したい二つの試料の
融点あるいは軟化点の温度差が非常に大きい場合
には、一方の試料のみが融解または軟化して他方
が状態変化しないので、接合がうまく行われな
い。 さらにまた、二つの試料の熱膨張率に大きな差
がある場合は、接合後常温に戻つた時、熱膨張率
の差によつて接合面にクラツクまたは剥離を発生
したりする。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明はかかる点に鑑みなされたもので、従来
のような高温・高圧あるいは特殊な雰囲気などを
必要とすることなしに、確実で安価に接合できる
方法を提供することを目的とする。 しかして、本発明はつぎの如き従来技術が有す
る問題点を解消したものである。 (1) 高温・高圧など特殊な雰囲気を必要とし、大
掛りな設備や大きな費用を要していた。 (2) 接合試料間の融点あるいは軟化点の差により
うまく接合できなかつた。 (3) 接合試料間の熱膨張率の差により常温に戻つ
た時クラツクまたは剥離が発生した。 〔問題点を解決するための手段〕 前記目的を達成するため本発明は、第一に、ア
ルミニウムとセラミツクスを接合する場合に、セ
ラミツクス表面の粗さを0.1Ra以下の鏡面仕上げ
した後、アルミニウムとセラミツクスの接合面を
加圧しながら超音波振動数による接触摺動作用を
与えることにより、両者の接合を行わしめるもの
である。 第二に、アルミニウム以外の金属、すなわち
銅、ステンレス、ニツケルとセラミツクスを接合
する場合には、セラミツクス表面の粗さを0.1Ra
以下の鏡面仕上げした後、その金属とセラミツク
スの接合面間にアルミニウムの薄板を狭み加圧し
ながら超音波振動数による接触摺動作用を与える
ことにより、両者の接合を行わしめるものであ
る。 〔作 用〕 いま、固体の接合について物性の面からしてみ
るに、固体が凝集体として空間内において固定し
た閉空間を占めているのは、固体の各原子間に作
用している凝集力のためである。固体の内部原子
は上下、左右、前後の6方向を同種の原子によつ
て囲まれ各原子間に凝集力が働いているが、固定
表面の原子はその6方向の内の1方向だけ手をつ
なぐ原子がなく、このため固体表面の原子は直ぐ
に他の原子と手をつなぎ易い活性をもつている。
しかし、その固体の表面が空気中で瞬間的に酸
素、水蒸気、油などが吸着されて活性は失われ
る。よつて、かように表面を覆つている汚染物を
何らかの方法で取り除き、固体の活性化した表面
同志を密着させてやることから、空気中において
も二つの固体の表面を好都合に接合可能になる。
そして、このような二つの固体の表面の接合化に
は、つぎの条件が必要である。すなわち、 (1) 固体の表面が清浄化されていること (2) 二つの表面の距離が原子間の凝集力の働く程
度に密着すること そして、前述した如き超音波振動を応用した超
音波接合においては、前記(1)項の両接合面の清浄
化作用を奏することができる。したがつて、さら
に前記(2)項の条件を成立させるためには、適当な
加圧により接合面を近づけてやることのほか、接
合表面が平滑であること、すなわち表面の粗さが
小さい必要がある。 本発明はかような着眼点にたち、接合面間の距
離を凝集力の作用範囲まで近づけることを意図と
して、接合面の粗さを0.1Ra以下の鏡面仕上げと
する手段を講じ、アルミニウムとセラミツクスを
接合せしめるようになしたものである。 本発明はまた、上記鏡面仕上げとする手段を講
じるとともに、アルミニウム以外の銅、ステンレ
ス、ニツケルのような比較的硬い金属に対し中間
材としてアルミニウムを介在させ接合せしめるよ
うになしたものである。 以下、本発明を図面に基づいて詳細説明する。 〔実施例〕 第1図は本発明の第1の接合方法が適用された
一実施例を示す要部構成図で、1は超音波周波数
の発振電源、2は電源周波数を機械的振動変位に
変換する磁歪または電歪式の振動子で、振動子2
の端子2a,2bは発振電源1に接続されてい
る。3は振動子2に例示のように取付けられてい
て振動子2の機械的振動を増幅するホーン、4は
そのホーン3の先端に装着されていてホーン3の
振動を接合面に伝える振動棒である。5,6は接
合すべき試料であるアルミニウム、セラミツク
ス、7は支持台である。 また、第2図は本発明の第2の接合方法が適用
された他の実施例を示す部分構成で、8は銅、ス
テンレス、ニツケルなどの金属板、9はアルミニ
ウム薄板である。図中、第1図と同符号の部分は
同じ構成部分を示す。ここに、金属板8はセラミ
ツクス6と接合すべき試料である。 すなわち、第1図および第2図において、セラ
ミツクス6はその接合面61が表面の粗さを
0.1Ra以内に仕上げられてなるものであり、ここ
で、振動棒4と支持台7との間に、図示のように
接合すべき試料のアルミニウム5、セラミツクス
6を重ねて挾持し、矢印Aに示すように振動棒4
の上から適当な押圧力により加圧しておいて、発
振電源1により超音波周波数の電気振動を与える
と、振動子2により電気振動は機械的振動変位に
変換されホーン3は矢印Bに示す方向の振動変位
を発生し、ホーン3に取付けられた振動棒4の先
端にその振動変位が伝えられる。この振動変位の
ため振動棒4に押圧されているアルミニウム5
は、振動棒4の先端との摩擦力のため、振動棒4
とともに矢印Bの方向に振動変位し、アルミニウ
ム5とセラミツクス6の接触面51,61は上か
らの押圧力(矢印A)を受けつつ超音波周波数の
微小振動変位によりこすり合わされる状態とな
る。 また、このすべり振動により、接合面51,6
1の酸化皮膜などが破壊除去されて清浄な面と面
が接触し、押圧力(矢印A)と接合面51,61
間の摩擦熱により局部的に温度が高まり、接合面
51,61が融解または軟化して、両接合面5
1,61が接合される。したがつて、第1図の説
明の如くすべり振動により接合面51,51の酸
化皮膜などが除去し得るものの、それらの表面粗
さが粗すぎる際には、ミクロ的に見たときの表面
粗さの山の頂きの酸化皮膜が除去されるのみで、
接触面間の距離も前述の凝集力の作用範囲まで近
づき得なく、接合現象を生じない場合が発生す
る。 特に、セラミツクスは金属と異なり非常に硬度
が高く、軟化温度も高いかあるいはその軟化温度
がないと同じであり、超音波振動による接触摺動
によつても表面の塑性変形が殆ど行われないの
で、表面粗さの大小が直接的に接合の可否を決定
するものとなる。 ここで、セラミツクス6をその表面粗さを
0.1Ra以下に鏡面仕上げを施し、よつて、金属と
セラミツクスの強度を保有して接合し得るものと
して効用したものである。 さらには、第2図においてはアルミニウム薄板
9を介在する構成をなし、金属板8とセラミツク
ス6の接合においてそのアルミニウム薄板9とセ
ラミツクス6との間に第1図に説明したと同様な
関係を有することから、金属板8とセラミツクス
6とを接合し得ることは明らかである。 ここで、振動棒4の振動変位は金属板8を介し
てアルミニウム薄板9に伝達されるものとなり、
その金属板8とアルミニウム薄板9とは金属同志
なため、振動伝達の間における微小な接触摺動作
用と加圧力により、アルミニウム薄板9とセラミ
ツクス6との接合と同時に接合可能である。 さらに、かかる例の実験結果を示すと、つぎの
如くである。 いま表面粗さを0.1Ra以下に鏡面仕上げしたセ
ラミツクスとして、アルミナ、ジルコニア、炭化
ケイ素、チツ化ケイ素、チタン酸ジルコン酸鉛
(P2T)の試験片に対し、0.3(mm)厚さのアルミ
ニウムの試験片を接合して得られたものの、その
引張せん断試験による接合強度(Kg/mm2)は、
表1に示す成果が得られた。
【表】
しかるに、そのセラミツクスを鏡面仕上げをし
ないものとした場合、前記セラミツクスの殆どの
ものについて接合不能であり、これからも表面粗
さをよくすることの有効性が確認された。 また、銅、ステンレス、ニツケルについてはそ
のままでは前述したようなセラミツクスとの直接
的な接合の試みではうまく接合不能であつた。 そして、鏡面仕上げしたセラミツクスとの間に
アルミニウム薄板を介在することにより接合可能
であり、これらの金属板とセラミツクスの接合に
よる接合強度(Kg/mm2)を表1と同様に示すと、
表2の如くであつた。
ないものとした場合、前記セラミツクスの殆どの
ものについて接合不能であり、これからも表面粗
さをよくすることの有効性が確認された。 また、銅、ステンレス、ニツケルについてはそ
のままでは前述したようなセラミツクスとの直接
的な接合の試みではうまく接合不能であつた。 そして、鏡面仕上げしたセラミツクスとの間に
アルミニウム薄板を介在することにより接合可能
であり、これらの金属板とセラミツクスの接合に
よる接合強度(Kg/mm2)を表1と同様に示すと、
表2の如くであつた。
以上説明したように本発明によれば、アルミニ
ウム、銅、ステンレス、ニツケルなどの金属とセ
ラミツクスとを格別に接合せしめ、高温、高圧、
真空、不活性ガス雰囲気などの特殊環境を必要と
しない常温常圧のもとでの金属とセラミツクスと
の接合方法を提供でき、工業上の利用効果は極め
て顕著である。
ウム、銅、ステンレス、ニツケルなどの金属とセ
ラミツクスとを格別に接合せしめ、高温、高圧、
真空、不活性ガス雰囲気などの特殊環境を必要と
しない常温常圧のもとでの金属とセラミツクスと
の接合方法を提供でき、工業上の利用効果は極め
て顕著である。
第1図は本発明の第1の接合方法が適用された
一実施例を示す要部構成図、第2図は本発明の第
2の接合方法が適用された他の実施例を示す部分
構成図である。 1……発振電源、2……磁歪または電歪式の振
動子、3……ホーン、4……振動棒、5……アル
ミニウム、6……セラミツクス、7……支持台、
8……金属板、9……アルミニウム薄板。
一実施例を示す要部構成図、第2図は本発明の第
2の接合方法が適用された他の実施例を示す部分
構成図である。 1……発振電源、2……磁歪または電歪式の振
動子、3……ホーン、4……振動棒、5……アル
ミニウム、6……セラミツクス、7……支持台、
8……金属板、9……アルミニウム薄板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 アルミニウムとセラミツクスの接合の際、セ
ラミツクスの表面粗さを0.1Ra以下に鏡面仕上げ
するとともに、前記アルミニウムとセラミツクス
の接合面間を加圧のうえ接触摺動させることによ
り、該アルミニウムとセラミツクスを接合するよ
うにしたことを特徴とする金属とセラミツクスの
超音波接合方法。 2 銅、ステンレス、ニツケルのいずれかの金属
とセラミツクスの接合の際、セラミツクスの表面
粗さを0.1Ra以下に鏡面仕上げし、かつ前記金属
とセラミツクスの接合面間にアルミニウム薄板を
挟むとともに、金属とセラミツクスの接合面を加
圧のうえ接触摺動させることにより、該金属とセ
ラミツクスを接合するようにしたことを特徴とす
る金属とセラミツクスの超音波接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1629887A JPS63188483A (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | 金属とセラミツクスの超音波接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1629887A JPS63188483A (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | 金属とセラミツクスの超音波接合方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63188483A JPS63188483A (ja) | 1988-08-04 |
JPH032592B2 true JPH032592B2 (ja) | 1991-01-16 |
Family
ID=11912639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1629887A Granted JPS63188483A (ja) | 1987-01-28 | 1987-01-28 | 金属とセラミツクスの超音波接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63188483A (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP4867042B2 (ja) * | 2001-08-29 | 2012-02-01 | Dowaメタルテック株式会社 | 金属と金属またはセラミックスとの接合方法 |
US8777088B2 (en) * | 2011-09-16 | 2014-07-15 | Baker Hughes Incorporated | Methods for attaching cutting elements to earth-boring tools using tapered surfaces |
US10052713B2 (en) * | 2015-08-20 | 2018-08-21 | Ultex Corporation | Bonding method and bonded structure |
-
1987
- 1987-01-28 JP JP1629887A patent/JPS63188483A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63188483A (ja) | 1988-08-04 |
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