JPH0369865B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミツクスとAl合金部材との接合
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、特開昭58−135180号に記載の方法がある
が、AlまたはAl合金をインサート材としたセラ
ミツクスと金属とを接合する方法においては、金
属として融点の高い鉄系金属の場合は接合可能で
あるが融点の低いAl合金の場合、接合温度の方
がAl合金の融点より高いため接合不可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

セラミツクスと金属部材とを接合する方法とし
て、AlまたはAl合金をインサート材として拡散
接合する方法があるが、金属部材がAl合金部材
である場合は、接合困難となる。すなわち、接合
温度をAl合金部材の融点より低くしなければな
らないため、AlまたはAl合金インサート材とセ
ラミツクスとの反応が促進されず接合が困難とな
る。さらに、Al合金部材の変形の点から、接合
圧力も高くできない。一方、接合圧力が低いと、
Alインサート材及びAl合金部材表面の酸化皮膜
の破壊が困難となり、また、接合面の密着性も悪
くなつて接合性は低下する。

以上の問題点をまとめると下記のようになる。

(i) 接合温度をAl合金部材の融点より低くしな
ければならない。

(ii) 接合圧力をAl合金部材が変形しない程度に
低くしなければならない。

(iii) インサート材及びAl合金部材表面の酸化皮
膜を除去もしくは破壊しなければならない。

本発明の目的はセラミツクスとAl合金部材と
を良好に接合することが可能な接合方法を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するため、本発明では次のよ
うな手段を採用した。

(i) 接合温度の点 接合プロセスを２工程とした。すなわち、セラ
ミツクスにあらかじめ高温で純Al板もしくは、
Al合金板を接合する。その後、融点の低いZn合
金もしくはMg合金を用いて、Al合金部材の融点
より低い温度でセラミツクスとAl合金部材を接
合する。

(ii) 接合圧力の点 まずセラミツクスに純Al板もしくはAl合金板
を接合するので、接合圧力は高くできる。また、
Al−Si合金と純AlもしくはAl合金の積層板もし
くはクラツド板を用いた場合は、接合圧力はほと
んど必要としない。すなわち、接合温度をAl−
Si合金部材の融点以上とし、Al−Si合金部材の
み液相とすると、接合圧力はほとんど必要としな
い。

そして、その後の純Al板もしくはAl合金板を
接合したセラミツクスとAl合金部材との接合で
もZn合金もしくはMg合金を溶融させるので、接
合圧力はほとんど必要としない。したがつて、
Al合金部材に大きな接合圧力をかけなくとも、
接合面は密着化し、Al合金部材の変形はほとん
どなく接合可能となる。

(iii) 酸化皮膜の点 前記のように、液相を介した接合なので、真空
中、もしくは不活性ガス中で行なえば、酸化防止
ができ、かつ、液相が生じることによりAl表面
の酸化皮膜は破壊され、接合性は向上する。

すなわち、溶融したインサート材と母材との反
応で清浄化と密着化が同時にはかられ、接合容易
となる。

また、Zn合金もしくはMg合金をセラミツク側
及びAl合金部材側に予めメツキしておけば、よ
り接合性は向上する。さらに、セラミツクスと
Al合金部材とをZn合金もしくはMg合金と接合す
る際、接合部に超音波振動を与えれば、大気中で
も接合可能となる。

〔作用〕

１ 接合プロセスを２工程とする。

融点の差のある材料を接合することができる。

２ Zn合金もしくはMg合金を使用する。

Al合金部材の融点よりも低い温度でZn−Al合
金もしくはMg合金は溶融するためAl合金部材の
融点より低い温度でかつ、Al合金部材が変形し
ないほど小さな接合圧力で接合可能となる。さら
に、Zn合金もしくはMg合金を溶かすことは、Al
表面に形成された安定な酸化皮膜の破壊，反応の
促進及び接合面の密着化の向上に有効である。す
なわち、接合性が向上する。

３ Mg合金もしくはZn合金メツキをする。

上記合金を超音波メツキ，スパツタリングによ
るメツキなどすれば、各Al表面の酸化皮膜の問
題はなくなり接合性は向上する。

４ 超音波振動を与える。

超音波振動によりZn合金もしくはMg合金の酸
化皮膜は破壊され、接合性は向上し、大気中でも
接合可能となる。

〔実施例〕

１ サイアロンとAl合金鋳物との接合例 サイアロンとAl合金鋳物との接合例について
説明する。

第１図に示すように、予め純Al板１（直径10
mm，厚さ0.5mm）をサイアロン丸棒２（直径10mm，
長さ25mm）に接合するにあたり（接合条件は、接
合温度600℃，接合圧力0.5Kgｆ／mm²，接合時間15
mm，接合雰囲気Arガス），純Al板１とサイアロン
丸棒２との間に心板が純Alでその両面にAl−10
％Si−２％Mg合金をクラツドしたAlインサート
材３（直径10mm，厚さ0.16mm）を挿入した。接合
中は、両面のAl−10％Si−２％Mg合金が溶融
し、Alインサート材３表面及び純Al板１表面の
酸化皮膜は破壊され、また、溶融Al−10％Si−
２％Mg合金とサイアロン丸棒２とが反応し、サ
イアロン丸棒２と純Al板１とは強固に接合する。
しかる後、第２図に示すように純Al板１が接合
されたサイアロン丸棒２とAl合金鋳物４との間
にMg−60％Al合金５（直径10mm，厚さ0.02mm）
を挿入し、Arガス雰囲気中で480℃に加熱し、
0.01Kgｆ／mm²の圧力を負荷し、サイアロン丸棒２
とAl合金鋳物４とを接合した。Mg−60％Al合金
５の融点は約450℃であるので480℃の加熱により
Mg−60％Al合金５のみ溶融してサイアロン丸棒
２に接合された純Al板１及びAl合金鋳物４と反
応して接合する。また、接合温度がAl合金鋳物
４の溶融開始温度（約530℃）より低く、また接
合圧力も極めて小さいので、Al合金鋳物４の変
形もなく接合できる。

接合後、３点曲げ試験を行つたところ、Al合
金鋳物４が塑性変形し、接合部強度はAl合金鋳
物４の強度以上であつた。本接合では、Mg−６
％Al合金板のかわりにMg箔（厚さ0.02mm）を用
いても同様の結果が得られた。これはAlとMgの
共晶反応でMg−Al合金箔を用いた場合と同様
450℃以上で接合部界面に溶融Mg−Al合金層が
形成されるためである。

２ 窒化珪素チツプと複雑形状のAl合金鋳物と
の接合例 第３図及び第４図に示すような工程で窒化珪素
チツプと複雑な形状をしたAl合金鋳物（ADC12）
との接合例について説明する。

実施例１と同様の接合条件で窒化珪素チツプ６
に純Al板７を接合する。その後、Zn−５％Al合
金板８（厚さ0.1mm）を純Al板７とAl合金鋳物９
との間に挿入し、大気中でガスバーナ１０を用い
て接合部近傍を局部加熱し、Zn−５％Al合金板
８のみを溶融させる。Zn−５％Al合金板が溶融
した時、Al表面部の酸化皮膜を破壊するため接
合面同士を互いに軽く摩擦する。このような工程
により、窒化珪素チツプ１とAl合金鋳物９とは
強固に接合できる。また、接合圧力はほとんどか
からないので、Al合金鋳物９の変形もない。

Zn−５％Al合金板８が溶融した時、接合面同
士を摩擦するかわりに、超音波加振機により超音
波振動を接合部に与えると、より一層簡単に接合
できる。

３ アルミナとAl合金鋳物との接合例 実施例１のサイアロンの代りにアルミナの丸棒
を用いる接合例について説明する。

実施例１と同一の接合条件で、アルミナに純
Al板を接合する。その後、その純Al板にZn−５
％Al合金を超音波メツキする。また、Al合金鋳
物の丸棒の片面にもZn−５％Al合金を超音波メ
ツキする。そして、これらの超音波メツキした面
同士を突き合わせ、Arガス雰囲気中で、400℃に
加熱し、10分間保持する。この際、接合材には接
合面の密着化のため１Kgの荷重を加えた。このよ
うにして接合したアルミナ／Al合金鋳物接合体
の曲げ試験を実施したところ、実施例１と同様
Al合金鋳物が変形し接合部では破壊しなかつた。

以上のように、接合面にZn−Al合金を超音波
メツキすると、接合面同士を摩擦したり、超音波
振動を与える必要がなくなり、量産品に対しては
非常に有効である。

一方、Zn−Al合金でメツキした面を合わせ、
大気中で400℃に加熱し、さらに、接合面に超音
波振動を与えて接合した試験片を作成した。この
試験片においても、前記実施例と同様、良好な結
果が得られた。このように、超音波振動を与える
ことにより大気中での接合も可能となつた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、385〜
480℃の温度で接合でき、また、Al表面の酸化皮
膜は破壊され接合性は向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図，第３図，第４図は本発明の接
合方法に関する説明図で、第１図及び第２図はサ
イアロンとAl合金鋳物との接合例の説明図、第
３図及び第４図は窒化珪素チツプと複雑形状の
Al合金鋳物の接合例の説明図である。 １，７…純Al板、２…サイアロン丸棒、３…
Alインサート材、４，９…Al合金鋳物、５…Mg
−６％合金板、６…窒化珪素チツプ、８…Zn−
５％Al合金板、１０…バーナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツクスとAl合金部材とを接合する方
   法において、予めセラミツクスと純Al板もしく
   はAl合金板を真空中もしくは不活性ガス中で加
   熱して接合し、しかる後、その純Al板もしくは
   Al合金板と前記Al合金部材との間にZn合金もし
   くはMg合金を介在させ、前記Zn合金もしくは
   Mg合金を溶融させて接合することを特徴とする
   セラミツクスとAl合金部材との接合方法。 ２ 特許請求の範囲第１項の方法において、純
   Al板もしくはAl合金板として、Al−Si合金と純
   AlもしくはAl合金とが積層もしくはクラツドさ
   れていることを特徴とするセラミツクスとAl合
   金部材との接合方法。 ３ 特許請求の範囲第１項の方法において、Zn
   合金もしくはMg合金を既にセラミツクスに接合
   された純Al板もしくはAl合金板及びAl合金部材
   にメツキし、その後、その両者のZn合金メツキ
   層もしくはMg合金メツキ層を溶融して接合する
   ことを特徴とするセラミツクスとAl合金との接
   合方法。 ４ 特許請求の範囲第１項の方法において、純
   Al板もしくはAl合金板が既に接合されたセラミ
   ツクスとAl合金部材との間にZn合金もしくはMg
   合金を介在させ、これらを大気中もしくは不活性
   ガス中にて加熱し、かつ超音波振動を与えて接合
   することを特徴とするセラミツクスとAl合金部
   材との接合方法。 ５ 特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか
   の方法において、純Mgもしくは純Znを介在させ
   て接合することを特徴とするセラミツクスとAl
   合金との接合方法。