JPH04111982A

JPH04111982A - 拡散接合方法

Info

Publication number: JPH04111982A
Application number: JP22543790A
Authority: JP
Inventors: Sachio Seto; 瀬戸　佐智生; Katsura Owaki; 桂大脇; Toru Oguchi; 小口　徹; Suemi Hirata; 平田　末美; Kazuyuki Tsuchiya; 和之土屋
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1990-08-29
Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1992-04-13

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、清浄な金属面同志を加圧密着させて接合する
拡散接合方法に係り、特に、接合すべき金属面の酸化膜
の生成を抑えて接合強度を高めた拡散接合方法に関する
。

［従来の技術］近年、航空宇宙や原子力などの分野において、溶接か困
難な構造物を製作する場合などに拡散接合か用いられる
ようになってきた。この拡散接合は、接合すべき金属表
面相互を清浄に洗浄して金属表面を活性化さぜな後、金
属面同志を加圧密着させ、溶融点以下の温度に加熱して
密着面の原子を拡散させて金属面同志を接合させるもの
である。このような拡散接合によれば、接合時の変形か
少なく精密接合が達成できる。

ところで、上記金属表面を洗浄する具体的な方法として
は、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中にて上記金属表
面にイオン衝撃を施す方法がとられていた。詳しくは、
第３図に示すように、アルゴンガスが封入された真空に
近い低圧（１０−’〜１Ｏ−２ＴＯｒｒ）のチャンバａ
内に接合すべき２個の金属片す、ｃを収納し、これら金
属片す、ｃを陰極にすると共に上記チャンバ壁ｄを陽極
にして陰極−陽極間に高電圧を加える。すると、チャン
バａ内のアルゴンガスかイオン化し、イオン化したアル
ゴンが陰極である金属片す、ｃに叩きイ１りられる。こ
のイオン衝撃の結果、２個の金属片ｂＣの表面は清浄に
クリーニングされ、接合面ｅに活性原子が露出すること
になる（清浄工程）。

この後、チャンバａ内を１Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下程度にま
で真空排気し、２個の金属片す、ｃを活性原子が露出し
た接合面ｅにて加圧密着させて加熱する。

すると、接合面ｅの原子か拡散して金属片す、ｃ同志が
強固に接合されることになる（接合工程）。

なお、上記清浄工程においてイオン衝撃（クロー放電）
を生じさせるためには、チャンバａ内の真空度を１０−
１〜１０−”Ｔｏｒｒ程度にする必要があり、真空度が
高ずぎても低ずき′てもイオン衝撃（グロー放電）は生
じない。

［発明が解決しようとする課題］」−記清浄工程において、１０−１〜１Ｏ−２Ｔｏｒｒ
程度の低真空状態に保持されたチャンバａ内には極くｆ
菫かの酸素が存在する。この酸素は、上記接合面ｅを酸
化させ、接合面ｅに酸化膜を生成させる。この酸化膜は
、続く接合工程において、接合面ｅでの原子の拡散を妨
げ、金属片す、Ｃ相互の接合強度を著しく低下させる。

すなわち、従来の拡散接合方法では、清浄工程時、チャ
ンバａ内の酸素によって接合面ｅが酸化され、これによ
り接合強度が低下してしまう。従って、酸化しやすい金
属、たとえばＡｆＪ、ＳＵＳ。

Ｎｉ、超合金などは、拡散接合が困難であった。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、接合
すべき金属面の酸化膜の生成を抑えて接合強度を高めた
拡散接合方法を提供するものである。

［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の第一の発明は、平滑で
清浄な金属面同志を加圧密着させ、密着面の原子を拡散
させて金属面同志を接合する拡散接合方法において、真
空に近い低圧の水素ガス雰囲気中にて上記金属面に水素
イオン衝撃を施して金属面を洗浄した後、金属面同志を
加圧密着させて接合するようにしたものである。

また、第二の発明は、真空に近い低圧のアルゴンガス雰
囲気中にて接合すべき金属面にアルゴンイオン衝撃を施
し、次いで真空に近い低圧の水素ガス雰囲気中にて上記
金属面に水素イオン衝撃を施して金属面を洗浄した後、
金属面同志を加圧密着させて接合するようにしてたもの
である。

また、第三の発明は、真空に近い低圧の水素とアルゴン
との混合ガス雰囲気中にて接合すべき金属面に水素とア
ルゴンとの混合イオン衝撃を施して金属面を洗浄した後
、金属面同志を加圧密着させて接合するようにしたもの
である。

１作　用］第一の発明の拡散接合方法によれば、接合すべき金属面
に水素イオン衝撃を施して金属面を洗浄しているので、
水素の還元作用によって金属面に酸化膜が生成されるこ
とはない。

第二の発明の拡散接合方法によれば、アルゴンイオン衝
撃は、比較的重いアルゴンイオンにより接合すべき金属
面を短時間でクリーニングする。

その後施される水素イオン衝撃は、水素の還元作用によ
り金属面の酸化を防止しつつ金属面を洗浄する。よって
、上記金属面は、短時間でクリーニングされると共に、
酸化膜の生成が抑制される。

第三の発明の拡散接合方法によれば、水素とアルゴンと
の混合イオン衝撃は、比較的重いアルゴンイオンによっ
て接合すべき金属面を短時間てクリーニングすると共に
、水素の還元作用により金属面の酸化を防止しつつ金属
面を洗浄する。

［実施例］以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は、本発明の拡散接合方法に用いられる拡散接合
装置１の概略図である。図示するようにこの拡散接合装
置１は、大きく分けて表面処理室２と拡散接合室３とか
らなっている。表面処理室２には、室２内を真空排気す
る排気口４と、室２内にアルゴンガスまたは水素ガスを
供給するガス導入口５とが設けられている。一方、拡散
接合室３には、接合すべき金属片６，７を加熱するヒー
タ８が設けられていると共に、室３内を真空排気する排
気口９か設けられている。尚、本実施例にあっては、こ
れら表面処理室２と拡散接合室３とは、相互に気密に仕
切られているわけではなく連通した状態になっているか
、気密に仕切るように構成してもよい。

この拡散接合装置１を用いて第一の発明の拡散接合方法
を説明する。

先ず表面処理室２内に、２個の金属片６，７をそれぞれ
保持台１．０．１１に保持させて接合すべき金属面１２
，１．３が対向するように収納する。

上記金属面１２．１３は、それぞれ平滑に形成されてい
る。そして、ガス導入口５がら室２内へ水素ガスを供給
すると共に、排気口４から真空排気して室２内の圧力を
１０−１〜１Ｏ−２Ｔｏｒｒ程度にする。

この低真空（１０−’〜１Ｏ−２Ｔｏｒｒ程度）の水素
ガス雰囲気中にて、第３図に示す如く上記２個の金属片
６．７を陰極にし、室内壁１４を陽極にして、これら陸
橋〜陽極間に高電圧　（０，５〜２ｋＶ）を加える。

すると、第１図に示す表面処理室２内の水素ガスがイオ
ン化し、イオン化した水素が陰極である金属片６，７に
叩き付けられる。この水素イオンは、金属片６，７に衝
突して、金属片６．７表面の微細な凸部をはじき飛ばず
。このイオン衝撃の結果、２個の金属片６．７の表面は
清浄にクリーニングされ、接合すべき金属面１２．１３
に活性原子が露出することになる。この際、水素イオン
衝撃を施して金属面１２．１３を洗浄しているので、水
素の還元作用によって、上記金属面１２゜１３に酸化膜
が生成されることはない。

このように金属面１．２．１３を清浄にクリ一二ンクし
た後、金属片６，７の保持台１０．１１を上昇させ、金
属片６，７を大気と接触させることなく上方の拡散接合
室３内に移動させる。このとき、金属片６，７のまわり
の雰囲気は水素ガスとなっているなめ、金属面１２．１
３の酸化か抑制される。

そして、排気口９から真空排気して室３内の真空度を１
Ｏ−５Ｔｏｒｒ程度にまで高める。この真空排気の最中
にあっても、上記水素イオン衝撃によって金属面１２．
１３に衝突した水素イオンの一部が金属面１２．１３上
に保持されているため、その水素イオンによって金属面
１２．１３の酸化が抑制される。

次に、ヒータ８によって金属片６，７を０．４〜０．８
７ｍ　（Ｔｍは金属片の融点）程度に加熱すると共に、
保持台１０．１１に保持された金属片６゜７相互を油圧
装置（図示せず）によって近接方向に移動させ、金属面
１２．１３同志を加圧密着させる。

すると、高真空中で加熱され加圧保持された２個の金属
片６．７は、密着された金属面１２１３にて拡散接合さ
れる。

この際、上記金属面１２．１３は酸化膜の生成が抑制さ
れて活性原子が露出した状態となっているので、接合面
における活性原子の拡散が酸化膜に妨げられることはな
く、金属面１２．１３同志が短時間で強固に拡散接合さ
れる。

次に、第二の発明の拡散接合方法を説明する。

先ず、前実施例と同様に、表面処理室２内に接合すべき
２個の金属片６，７を収納する。そして、ガス導入口５
から室２内へアルゴンガスを供給すると共に、排気口４
から真空排気して室２内の圧力を１０−１〜１Ｏ−２Ｔ
ｏｒｒ程度にする。このアルゴンガス雰囲気中にて、前
実施例と同様にして金属片６゜７をアルゴンイオン衝撃
によって洗浄する。このアルゴンイオン衝撃は、比較的
重いアルゴンイオンにより、接合すべき金属面１２．１
３を短時間でクリーニングする。

その後、排気口４からの真空排気を行いつつガス導入口
５から室２内へ水素ガスを供給し、室２内を１０−１〜
１０〜２Ｔｏｒｒ程度の水素ガス雰囲気にする。

そして、この水素ガス雰囲気中にて、水素イオン衝撃に
よって金属片６，７を洗浄する。この水素イオン衝撃は
、水素の還元作用により金属面１２゜１３の酸化を防止
しつつ金属面１２．１３を洗浄する。

この結果、上記金属面１２．１３は、比較的重いアルゴ
ンイオン衝撃により短時間でクリーニングされると共に
、その後節される水素イオン衝撃により酸化膜の生成が
防止されることになる。

その後、２個の金属片６，７を、前実施例と同様に、拡
散接合室３内に移動して、ヒータ８で加熱しつつ金属面
１２．１３同志を加圧密着させて拡散接合する。

次に、第三の発明の拡散接合方法を説明する。

先ず、前実施例と同様に、表面処理室２内に接合すべき
２個の金属片６，７を収納する。そして、ガス導入口５
から室２内へアルゴンガスと水素ガスとの混合ガス（ア
ルゴン５０χ、水素５０％）を供給すると共に、排気口
４から真空排気して室２内の圧力を１０−１〜１Ｏ−２
Ｔｏｒｒ程度にする。この混合ガス雰囲気中にて、前実
施例と同様に、金属片６，７をアルゴンガスと水素ガス
との混合ガスイオン衝撃によって洗浄する。

この混合ガスイオン衝撃は、比較的重いアルゴンイオン
によって接合すべき金属面１２．１．３を短時間てクリ
ーニングすると共に、水素の還元作用により金属面１２
．１３の酸化を防止し゛っつ金属面１２．１３を洗浄す
る。

この結果、上記金属面１２．１３は、短時間でクリーニ
ングされると共に、酸化膜の生成が防止されることにな
る。

これらの拡散接合方法によれば、金属面１２１３同志を
加圧密着させて拡散接合する際に、上記金属面１２．１
３は酸化膜の生成が抑制され活性原子が露出した状態と
なっているので、活性原子の拡散か酸化膜に妨げられる
ことはなく、金属面１２．１３同志が強固に拡散接合さ
れる。

なお、接合すべき金属面１２．１３をイオン衝撃によっ
てクリーニングするなめに、第２図に示すように、水素
イオンを噴出するイオン銃１５を上記金属面１２．１３
に近接させ、このイオン銃１５から金属面１２．１３に
向けて水素イオンを高速でぶつけ、接合面の酸化層をイ
オン・エツチングにより除去し清浄化を達成してもよい
。

このイオン銃１５を用いた方法によれば、室２内金体を
高真空（１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以下）に保ちつつ清浄化を行
うことができるので、金属面１２．１３の酸化を略完全
に防止できる。

また、接合すべき金属面１２．１３の間に異種の金属（
インサート）を介在させる拡散接合方法では、上記イン
サートをイオンブレーティング法やスパッタリング法に
よって金属面１２１３にコーティングすることになるが
、この際に、コーティング雰囲気を水素を含むガス中に
しておけは、金属面１２．１３およびインサートの酸化
が防止され接合強度を向上させることができる。

［発明の効果コ以上説明したように本発明の拡散接合方法によれば、接
合すべき金属面の酸化膜の生成を抑えて接合強度を高め
ることができるという優れた効果を発揮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての拡散接合方法に用い
られる拡散接合装置の側断面図、第２図は本発明の変形
実施例としての拡散接合方法に用いられる拡散接合装置
の概略図、第３図は従来の拡散接合方法に用いられる拡
散接合装置の概略図である。図中、１は拡散接合装置、２は表面処理室、３は拡散接
合室、１１．１２は接合すべき金属面である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平滑で清浄な金属面同志を加圧密着させ、密着面
の原子を拡散させて金属面同志を接合する拡散接合方法
において、真空に近い低圧の水素ガス雰囲気中にて上記
金属面に水素イオン衝撃を施して金属面を洗浄した後、
金属面同志を加圧密着させて接合するようにした拡散接
合方法。
（２）真空に近い低圧のアルゴンガス雰囲気中にて接合
すべき金属面にアルゴンイオン衝撃を施し、次いで真空
に近い低圧の水素ガス雰囲気中にて上記金属面に水素イ
オン衝撃を施して金属面を洗浄した後、金属面同志を加
圧密着させて接合するようにした拡散接合方法。
（３）真空に近い低圧の水素とアルゴンとの混合ガス雰
囲気中にて接合すべき金属面に水素とアルゴンとの混合
イオン衝撃を施して金属面を洗浄した後、金属面同志を
加圧密着させて接合するようにした拡散接合方法。