JPH0371951B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はクラツド材の製造法に関するものであ
る。 クラツド材とは、本発明においては、２種以上
の材料を層状に重ねて接合し、接合部では両材料
を構成する原子が接合面を介して相互に拡散する
に至つた材料に限定する。クラツド材を構成する
材料は金属、半金属または半導体あるいはその化
合物のうち一つ以上である。本発明の対象となる
クラツド材の形状は、板状、管状、棒状、あるい
は複雑な形状を含み、特に限定されない。また本
発明で行なう塑性加工法は、圧延、鍛造、転造、
押出しおよびその他の塑性加工を含み、特に限定
されない。 （従来の技術） クラツド材の製造は、両材料間に金属間化合物
を生成しない場合や、金属間化合物が生成して
も、これが展延性に富む場合、そして両材料の変
形抵抗が類似の場合には可能である。 しかし、この様な例は少なく、ステンレス鋼と
炭素鋼、キユプロニツケルと炭素鋼などの数例に
すぎない。 工業用純チタンと炭素鋼を圧延によつてクラツ
ドとする方法が最近いくつか提案されている。例
えば特公昭59−15306号公報にはチタンと鉄系母
材との接合面側の一方もしくは両方に銅メツキを
施して10^-1mmHg以下に減圧密閉したのち加熱圧
延することが提案されている。この方法では接合
部には銅が存在し、接合性能は銅の影響を大きく
受ける。また加熱前に10^-1mmHg以下に減圧密閉
したとしても、加熱中にはチタン、鉄系母材およ
び銅からＯ、Ｈ、Ｃ、Ｎを主成分とする物質が放
出され、接合予定面にはこれらとチタンとの化合
物が生成し、富化している。 また、従来の爆着法では接合できる材料の種類
がかなり拡大するが、爆発力に耐える程度に母材
と合せ材の寸法が大きく、かつ、材料の靭性が大
きくなければならない。 さらに拡散接合法では接合できる材料の種類は
拡大するが、真空加工室内で接合せんとする材を
加熱し、同時に互に押圧する装置は高価であり、
作業は煩雑であり、クラツド材の製造費用は高
い。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明はクラツド材料の少なくとも一つが他の
材料と著るしく変形抵抗が異なる場合のクラツド
材の製造法を提供することを第１の目的とする。 また、クラツド材の少なくとも一つが靭性の乏
しい材料であるか、または加熱中に靭性の乏しい
物質を生成する材料である場合のクラツド材の製
造法を提供することを第２の目的とする。 また、接合部に中間物質を清浄な状態で介在さ
せるクラツド材の製造法を提供することを第３の
目的とする。 さらに接合性能の優れたクラツド材を安価に製
造する方法を提供することを第４の目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、接合予定面を互
に対面させ、面間の空〓を大気と隔絶して減圧す
るとともに、減圧に先立つて或は減圧中に金属蒸
気または金属粉末をアルゴン或はヘリウム気流と
ともに注入し、減圧による大気との圧力差によつ
て前記接合予定面を互に押圧せしめ、両壁を構成
する原子が接合面を介して相互に拡散するに至る
まで加熱保持することを特徴とするクラツド材の
製造法にある。 以下、本発明を詳細に説明する。 第１図にクラツド用素材の一方１を基板とし、
その基板とカバー４間に他のクラツド用素材２を
密封した例、第２図にクラツド用素材１，２，３
をカバー４間に密封した例を示す。 本発明では接合予定面が互に対面するように加
工した素材を用い、それらの接合予定面を清浄に
し、該接合予定面は大気と隔絶されている。 第１図または第２図のような組立素材を加熱装
置により加熱し、ノズル５から減圧すると、大気
圧と接合予定部との圧力差により、接合部は押圧
されるように、カバーの強度は小さくする。加熱
しながらノズル５から減圧し続けると、接合予定
面上の接合阻害物質が分解して気化し、排除され
る。そしてまた、加熱中に材料中から接合予定面
を通して放出されるＯ、Ｈ、Ｃ、Ｎなどの接合阻
害化合物、特に気体はノズル５から吸引除却され
る。このとき、アルゴン、ヘリウムを大気による
押圧力が小さくなり過ぎない程度にノズル６から
注入すると、接合境界への接合阻害物質の濃縮を
防止することができる。 本発明ではさらに金属蒸気または金属微粉末を
接合予定部に注入し、これらを接合部に介在させ
て、接合強度の上昇、接合阻害物質の生成抑制、
あるいは所定の機能を付加する。この金属蒸気ま
たは金属微粉末としては還元性の微粉末や金属蒸
気を、接合予定面との反応あるいは蒸着薄膜の形
成を目的として選択することができる。 金属蒸気または金属微粉末の注入は、接合予定
部の圧力を大気圧より高くしてこれらの物質を接
合予定面に十分に供給した後減圧し、接合を開始
することもできる。 本発明におけるクラツド組立素材の加熱温度と
加熱時間は、接合する両壁を構成する原子が接合
面を介して相互に拡散するに至ることを条件とし
て選択する。この条件は材料によつて異なるが、
一般に加熱温度が高ければ加熱時間は短かくて済
む。しかしながら、加熱温度によつては両材料間
に化合物が生成することがあり、その化合物が接
合阻害物質となることがあるため、最適な加熱温
度をあらかじめ決定し、加熱時間を拡散が生じる
程度に長くするのが好ましい。 以上の方法はクラツド材料の少なくとも一つが
他の材料と著るしく変形抵抗が異なる場合でも、
最大１Kgｆ／cm²にしか達しない程度の大気圧を用
い、クラツド材料の変形抵抗より低い値で押圧す
るので、変形抵抗の小さい材料のみが極端に変形
してしまうことはない。すなわち、本発明におけ
る最初の接合は塑性変形によるのではなく、加熱
と保持時間にともなう原子拡散によるものであ
る。 本発明では接合強さを向上するために、あるい
は所定の寸法に成形するために、加熱して接合し
たクラツド材を、その顕熱を利用して、または新
たに熱エネルギを与え、大気とは別の外力によつ
て塑性加工することができる。このように塑性加
工の前に、材料にほとんど変形を与えずに接合し
ておき、その後塑性加工を行なえば変形抵抗の大
小に関係なく均一に変形する様になる。 （実施例） 第１表に実施例を示す。組立素材の幅と長さは
それぞれ約120mmと220mmである。

【表】 従来法の実験番号１では加熱前に１×10^-3torr
に減圧し密閉し、窒素雰囲気の電気炉で加熱し圧
延したが、圧延中にカバー４が破壊し、一部分し
か接合していない。その接合部には炭化物TiCが
厚さ約4μｍ生成している。TiCは接合阻害物質で
あり、2μｍ以上の厚さでは二次加工時にTiCの部
分で破壊しやすくなる。このTiCは材料に吸着さ
れていた炭素化合物や鋼中の炭素が、工業用純チ
タンの表層で加熱中に反応し生成したものであ
る。また、800℃ではチタンの変形抵抗は鋼のそ
れの約半分であるため、圧延時に鋼よりも延びや
すく、そのためカバーを破壊して大気が接合予定
面に侵入し、接合不良を生じている。従つて前後
端ではチタン板は鋼板端部では極端に薄くなり、
鋼板１からはみ出した部分はほとんど圧延されず
に厚いままである。 実験番号２の本発明法では、200メツシユ以下
のチタン粉をアルゴンガスとともに接合予定面の
存在する密閉空間中に供給し続けて加熱した場合
であり、チタン表層のTiC生成厚さは0.5μｍ未満
となつている。これはアルゴンガスが活性化した
炭素や炭素化合物を速やかに排除するのに役立つ
ていることと、表面積の大きいチタン粉末がこれ
らの炭素と反応し、TiCとなり、接合予定面での
TiCの発生を一層少なくしたことによる。なお、
本実験に用いた走査型電子顕微鏡の厚さ測定精度
は0.5μｍである。 実験番号３は本発明法であつて第２図の構造に
素材を組立てている。モリブデンやタングステン
は変形抵抗は1000℃で鋼の約10倍に達し、かつ、
極めて脆いが、これらのクラツド鋼板が本発明法
によつて製造可能になつた。また、モリブデンや
タングステンも極めて硬くてもろい炭化物を生成
するが、これらより炭化物を一層生成しやすいチ
タン粉をアルゴンガスとともに注入することによ
つて、モリブデンとタングステンの炭化物の生成
を防止することができる。 本発明においてチタン粉等の金属粉は素材の溶
接組立時に内部に封入しておいてもよい。 また、還元性ガスなどを注入し、接合予定面を
還元して活性化し、接合し易くすることも有利で
ある。 本発明では原子拡散を利用して接合するが、原
子拡散の状態は、接合境界を横切つて例えば走査
型電子顕微鏡で元素濃度を測定すれば容易にわか
る。本発明で用いたカバー４は仕上加工時に機械
的にあるいは化学的に除去する。 （発明の効果） 本発明法では、以上述べた様に、変形抵抗が著
るしく異なる材料同志のクラツドの製造が可能と
なつた。 また靭性のとぼしい材料、例えばタングステン
やモリブデンのクラツド鋼が可能となつた。また
実験の結果観察されたチタンの炭化物、タングス
テンの炭化物、モリブデンの炭化物はもはや金属
ではなく、いわゆるセラミックである。これらは
靭性に乏しく、塑性加工に際しては破壊の起点と
なるが、その硬さや耐摩耗性を利用することは可
能である。 本発明の説明では主としてこれらの炭化物を減
少させる技術について述べたが、逆に、これらの
生成物層を、内部にあるいは表層に意図的に発達
させることも炭素あるいは炭化物を供給すること
によつて可能となる。 このようにして生成される中間層は、素材組立
加工中に汚染されず、大気中から水分や油分の吸
着もない清浄なものが得られる。さらに本発明法
を実施する場合の装置は簡単であり、加熱源は既
存のものが使え、得られたクラツド材の性能は優
れている。なお、クラツド材の形状は板のみなら
ず、管、棒あるいは複雑な形状のものができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に用いるクラツド
素材の組立構造を示す説明図で、第１図は１方の
クラツド用材料とカバーの間に他のクラツド用材
料を密閉した例、第２図はカバー内に３種のクラ
ツド用材料を密閉した例を示すものである。 １，２，３：クラツド用材料、４：カバー、
５：吸入パイプ、６：注入パイプ、Ｓ１２，Ｓ２
３：それぞれ材料１と２，２と３間の接合予定
面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 接合予定面を互に対面させ、面間の空〓を大
   気と隔絶して減圧するとともに、減圧に先立つて
   或は減圧中に金属蒸気または金属粉末をアルゴン
   或はヘリウム気流とともに注入し、減圧による大
   気との圧力差によつて前記接合予定面を互に押圧
   せしめ、両壁を構成する原子が接合面を介して相
   互に拡散するに至るまで加熱保持することを特徴
   とするクラツド材の製造法。