JPH06155044A - 複合材料の接合方法 - Google Patents
複合材料の接合方法Info
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- JPH06155044A JPH06155044A JP34148692A JP34148692A JPH06155044A JP H06155044 A JPH06155044 A JP H06155044A JP 34148692 A JP34148692 A JP 34148692A JP 34148692 A JP34148692 A JP 34148692A JP H06155044 A JPH06155044 A JP H06155044A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複合材料を固相で接合する方法を提供する。
【構成】 本発明は、複合材料同士、または複合材料と
他の金属材料とからなる互に接合すべき部材に対し、こ
の複合材料のマトリックス、または、この他の金属材料
と化合する金属からなる厚さ５〜２００μｍのインサー
ト材を、この両部材の間に挟み、所定の温度のもとに加
圧して固相の状態で接合することを特徴とする複合材料
の接合方法である。
他の金属材料とからなる互に接合すべき部材に対し、こ
の複合材料のマトリックス、または、この他の金属材料
と化合する金属からなる厚さ５〜２００μｍのインサー
ト材を、この両部材の間に挟み、所定の温度のもとに加
圧して固相の状態で接合することを特徴とする複合材料
の接合方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複合材料と金属材料、
又は複合材料同士を固相状態で接合する複合材料の接合
方法に関する。
又は複合材料同士を固相状態で接合する複合材料の接合
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】２つ以上の部材の、互に接合しようとす
る面を精度よく平滑に仕上げ、その面に熱と圧力を加え
ながら固相状態で接合する方法がある。この接合方法
は、一般に拡散接合と呼ばれており、その要領を図６に
示す。即ち、接合しようとする部材Ａ，Ｂは金属材料で
あって、その結晶粒径が１μｍ以下と細かく、接合面が
十点平均粗さで０．１〜０．２μｍ以下に仕上げられて
清浄であることが要求される。そして、これらの接合部
材Ａ，Ｂを、加圧用の治具１，２の間に挟み、所定の温
度に加熱しながら所定の圧力Ｐのもとで、真空容器３内
の真空中で７．２〜１８ｋｓ程度の時間をかけて接合さ
れる。なお、４は加熱用のヒーター，５はオイルシール
である。一方、接合部材Ａ，Ｂの間に、図５に示すよう
にインサート材（金属）Ｃを用いた接合方法が開発され
た。この方法は接合部材の結晶粒径は粗くともよく、そ
の接合面の仕上げ精度も１μｍ以下とし、両接合部材
Ａ，Ｂの間に、５〜１００μｍ程度の厚さのインサート
金属Ｃを挟み、真空中で１．８〜１０．８ｋｓの間、加
熱，加圧することによって接合するものである。
る面を精度よく平滑に仕上げ、その面に熱と圧力を加え
ながら固相状態で接合する方法がある。この接合方法
は、一般に拡散接合と呼ばれており、その要領を図６に
示す。即ち、接合しようとする部材Ａ，Ｂは金属材料で
あって、その結晶粒径が１μｍ以下と細かく、接合面が
十点平均粗さで０．１〜０．２μｍ以下に仕上げられて
清浄であることが要求される。そして、これらの接合部
材Ａ，Ｂを、加圧用の治具１，２の間に挟み、所定の温
度に加熱しながら所定の圧力Ｐのもとで、真空容器３内
の真空中で７．２〜１８ｋｓ程度の時間をかけて接合さ
れる。なお、４は加熱用のヒーター，５はオイルシール
である。一方、接合部材Ａ，Ｂの間に、図５に示すよう
にインサート材（金属）Ｃを用いた接合方法が開発され
た。この方法は接合部材の結晶粒径は粗くともよく、そ
の接合面の仕上げ精度も１μｍ以下とし、両接合部材
Ａ，Ｂの間に、５〜１００μｍ程度の厚さのインサート
金属Ｃを挟み、真空中で１．８〜１０．８ｋｓの間、加
熱，加圧することによって接合するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記、図６に示す方法
は、部材の変形を極力抑えて接合でき、接合部強度も優
れているが、その接合条件として、前記のように部材の
結晶粒径が１μｍ以下であり、接合面の仕上げ精度が高
く、雰囲気が真空であること、接合時間も７．２ｋｓ以
上かかるという欠点がある。一方、インサート金属を用
いる接合方法は、複合材料の接合には用いられていな
い。即ち、複合材料は、強度，剛性，耐熱性，耐摩耗性
等に優れており、軽量化の可能性が高いため、色々な部
品への適用が求められているが、複合材料による部品
は、板や棒の形状には製作できるが、それ以外の複雑な
形状の部品とすることは通常困難である。もし他の複合
材料や金属を接合して性能補強したり、複雑形状化がで
きれば、優れたハイブリッド部品を作成することができ
るが、このような複合材料の接合技術は今だ開発されて
いないのが実情である。本発明は、前記事情に鑑みてな
されたもので、前記問題点を解消した複合材料の接合方
法を提供することを目的とする。
は、部材の変形を極力抑えて接合でき、接合部強度も優
れているが、その接合条件として、前記のように部材の
結晶粒径が１μｍ以下であり、接合面の仕上げ精度が高
く、雰囲気が真空であること、接合時間も７．２ｋｓ以
上かかるという欠点がある。一方、インサート金属を用
いる接合方法は、複合材料の接合には用いられていな
い。即ち、複合材料は、強度，剛性，耐熱性，耐摩耗性
等に優れており、軽量化の可能性が高いため、色々な部
品への適用が求められているが、複合材料による部品
は、板や棒の形状には製作できるが、それ以外の複雑な
形状の部品とすることは通常困難である。もし他の複合
材料や金属を接合して性能補強したり、複雑形状化がで
きれば、優れたハイブリッド部品を作成することができ
るが、このような複合材料の接合技術は今だ開発されて
いないのが実情である。本発明は、前記事情に鑑みてな
されたもので、前記問題点を解消した複合材料の接合方
法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は、複合材料同士、または複合材料と他の金属材料とか
らなる互に接合すべき部材に対し、この複合材料のマト
リックス、または、この他の金属材料と化合する金属か
らなる厚さ５〜２００μｍのインサート材を、この両部
材の間に挟み、所定の温度のもとに加圧して固相の状態
で接合することによって前記課題を解消した。本発明の
方法によれば、複合材料同士あるいは複合材料と金属材
料の接合が可能となり、一般の拡散接合では、７．２〜
１８ｋｓ程度かかる接合時間が、インサート金属を適用
しているため、０．６〜７．２ｋｓ程度に短縮できる。
また、このインサート金属を適用するため、複合材料の
マトリックスや金属材料の組織は微細結晶でなくともよ
く、接合面の仕上げ精度も粗くても接合が可能となっ
た。また、接合条件としては、接合面の酸化を避けるた
めに１０〜１０-4Ｐａ程度の真空雰囲気、あるいはガス
（Ａｒ，Ｎ2 ，Ｈ2 等）雰囲気がよく、インサート金属
の厚さは５〜２００μｍの範囲がよい。これは厚さが５
μｍ以下では接合部材が充分接合できず、２００μｍを
越えると、接合後も、インサート金属が厚く残留した
り、接合部近傍にインサート金属の成分が多量に残留
し、脆い金属間化合物を形成し易くなるからである。な
お、本発明の方法を適用した部品例としては、エンジン
のバルブリフターなどがある。図４（ａ），（ｂ）はそ
の一例を示し、Ａｌ基複合材料からなる本体１０の頂部
に、本発明の方法により、ＪＩＳ ＳＫ０１の接合部材
１１を接合し、耐摩耗性が要求される頂部を保護してい
る。
は、複合材料同士、または複合材料と他の金属材料とか
らなる互に接合すべき部材に対し、この複合材料のマト
リックス、または、この他の金属材料と化合する金属か
らなる厚さ５〜２００μｍのインサート材を、この両部
材の間に挟み、所定の温度のもとに加圧して固相の状態
で接合することによって前記課題を解消した。本発明の
方法によれば、複合材料同士あるいは複合材料と金属材
料の接合が可能となり、一般の拡散接合では、７．２〜
１８ｋｓ程度かかる接合時間が、インサート金属を適用
しているため、０．６〜７．２ｋｓ程度に短縮できる。
また、このインサート金属を適用するため、複合材料の
マトリックスや金属材料の組織は微細結晶でなくともよ
く、接合面の仕上げ精度も粗くても接合が可能となっ
た。また、接合条件としては、接合面の酸化を避けるた
めに１０〜１０-4Ｐａ程度の真空雰囲気、あるいはガス
（Ａｒ，Ｎ2 ，Ｈ2 等）雰囲気がよく、インサート金属
の厚さは５〜２００μｍの範囲がよい。これは厚さが５
μｍ以下では接合部材が充分接合できず、２００μｍを
越えると、接合後も、インサート金属が厚く残留した
り、接合部近傍にインサート金属の成分が多量に残留
し、脆い金属間化合物を形成し易くなるからである。な
お、本発明の方法を適用した部品例としては、エンジン
のバルブリフターなどがある。図４（ａ），（ｂ）はそ
の一例を示し、Ａｌ基複合材料からなる本体１０の頂部
に、本発明の方法により、ＪＩＳ ＳＫ０１の接合部材
１１を接合し、耐摩耗性が要求される頂部を保護してい
る。
【０００５】
１） ＪＩＳ ＡＣ８ＡのＡｌ合金に、径が５μｍのＳ
ｉＣ粒子を５ｍａｓｓ％添加してなる複合材料を用い、
φ２０×３０ｍｍの部材を２個製作し、その部材の各接
合面を１０００番のエメリー紙で研いて仕上げた。これ
らをヘキサンで脱脂後、図５に示す要領で、この部材の
間に厚さ５０μｍの純Ｃｕインサートを挟み、約０．１
Ｐａの真空雰囲気で、約７７３Ｋの温度と約１ＭＰａの
圧力を３．６ｋｓ間加えた。これによって両者は完全に
接合できた。その接合断面の金属組織を図１に示す。接
合面にはＣｕインサートが一部残留した。このＣｕイン
サート部分は３層に分れており、複合材料のマトリック
スからＡｌ成分が拡散して合金化した両側のＡｌ拡散層
と、Ａｌ成分が未拡散のＣｕのみの中央の層が残存して
いた。
ｉＣ粒子を５ｍａｓｓ％添加してなる複合材料を用い、
φ２０×３０ｍｍの部材を２個製作し、その部材の各接
合面を１０００番のエメリー紙で研いて仕上げた。これ
らをヘキサンで脱脂後、図５に示す要領で、この部材の
間に厚さ５０μｍの純Ｃｕインサートを挟み、約０．１
Ｐａの真空雰囲気で、約７７３Ｋの温度と約１ＭＰａの
圧力を３．６ｋｓ間加えた。これによって両者は完全に
接合できた。その接合断面の金属組織を図１に示す。接
合面にはＣｕインサートが一部残留した。このＣｕイン
サート部分は３層に分れており、複合材料のマトリック
スからＡｌ成分が拡散して合金化した両側のＡｌ拡散層
と、Ａｌ成分が未拡散のＣｕのみの中央の層が残存して
いた。
【０００６】２） ＪＩＳ ＡＣ８ＡのＡｌ合金と、Ｊ
ＩＳ ＡＣ８ＡのＡｌ合金に、径が５μｍのＳｉＣ粒子
を１５ｍａｓｓ％添加した複合材料を用い、これらを、
それぞれφ２０×３０ｍｍの部材に製作し、両者の接合
面を１０００番のエメリー紙で研いて仕上げた。これら
をヘキサンで脱脂後、この部材の間に厚さ５０μｍの純
Ｃｕインサートを挟み、約０．１Ｐａの真空雰囲気で、
約７８８Ｋの温度と約１ＭＰａの圧力を３．６ｋｓ間加
えた。これによって両者は完全に接合できた。その接合
断面の金属組織を図２に示す。接合面にはＣｕインサー
トは残留しておらず、両方の部材中へ拡散してしまった
ものと考えられる。そしてＡＣ８Ａ合金の方ではＳｉ結
晶の粗大化が、また複合材料の方は僅かなＳｉＣ粒子の
凝集が認められた。これは、両部材がＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｍｇ系のＡＣ８Ａ合金およびそれをマトリック
スとしており、これらにインサートからのＣｕ成分が拡
散してきて高濃度化し、融点の低下現象が生じて、両部
材の接合境界部近傍が僅かに溶融したものと考えられ
る。
ＩＳ ＡＣ８ＡのＡｌ合金に、径が５μｍのＳｉＣ粒子
を１５ｍａｓｓ％添加した複合材料を用い、これらを、
それぞれφ２０×３０ｍｍの部材に製作し、両者の接合
面を１０００番のエメリー紙で研いて仕上げた。これら
をヘキサンで脱脂後、この部材の間に厚さ５０μｍの純
Ｃｕインサートを挟み、約０．１Ｐａの真空雰囲気で、
約７８８Ｋの温度と約１ＭＰａの圧力を３．６ｋｓ間加
えた。これによって両者は完全に接合できた。その接合
断面の金属組織を図２に示す。接合面にはＣｕインサー
トは残留しておらず、両方の部材中へ拡散してしまった
ものと考えられる。そしてＡＣ８Ａ合金の方ではＳｉ結
晶の粗大化が、また複合材料の方は僅かなＳｉＣ粒子の
凝集が認められた。これは、両部材がＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
−Ｎｉ−Ｍｇ系のＡＣ８Ａ合金およびそれをマトリック
スとしており、これらにインサートからのＣｕ成分が拡
散してきて高濃度化し、融点の低下現象が生じて、両部
材の接合境界部近傍が僅かに溶融したものと考えられ
る。
【０００７】３） ＪＩＳ ＡＣ８ＡのＡｌ合金に、径
が５μｍのＳｉＣ粒子を１０ｍａｓｓ％添加してなる複
合材料と、ＪＩＳ ＳＵＳ３０４を、それぞれφ２０×
３０ｍｍの部材に加工し、両者の接合面を１０００番の
エメリー紙で研いて仕上げた。これらをヘキサンで脱脂
後、両者の間に厚さ５０μｍの純Ｃｕインサートを挟
み、約０．１Ｐａの真空雰囲気で、約７８８Ｋの温度と
約１ＭＰａの圧力を３．６ｋｓ間加えた。これにより両
者は完全に接合できた。この接合断面の金属組織を図３
に示す。接合面にＣｕインサートは残留しておらず、境
界部にはＣｕ，Ａｌ，Ｆｅの成分が混在する層が形成さ
れた。複合材料のＡＣ８Ａマトリックスに、境界部近傍
で僅かに溶融した痕跡が認められた。また複合材料側の
境界部に、厚さ約５００μｍにわたってＳｉＣ粒子の凝
集が認められた。
が５μｍのＳｉＣ粒子を１０ｍａｓｓ％添加してなる複
合材料と、ＪＩＳ ＳＵＳ３０４を、それぞれφ２０×
３０ｍｍの部材に加工し、両者の接合面を１０００番の
エメリー紙で研いて仕上げた。これらをヘキサンで脱脂
後、両者の間に厚さ５０μｍの純Ｃｕインサートを挟
み、約０．１Ｐａの真空雰囲気で、約７８８Ｋの温度と
約１ＭＰａの圧力を３．６ｋｓ間加えた。これにより両
者は完全に接合できた。この接合断面の金属組織を図３
に示す。接合面にＣｕインサートは残留しておらず、境
界部にはＣｕ，Ａｌ，Ｆｅの成分が混在する層が形成さ
れた。複合材料のＡＣ８Ａマトリックスに、境界部近傍
で僅かに溶融した痕跡が認められた。また複合材料側の
境界部に、厚さ約５００μｍにわたってＳｉＣ粒子の凝
集が認められた。
【０００８】
【発明の効果】本発明の方法によれば、次のような効果
がえられる。 複合材料を固相で接合することができる。 したがって複雑形状の複合材料の部材の製作が可能
となる。 接合部材を殆ど変形させることなく接合できる。 金属と複合材料とを接合して、相互の特性、たとえ
ば耐摩耗性や靱性などを改善し合える。
がえられる。 複合材料を固相で接合することができる。 したがって複雑形状の複合材料の部材の製作が可能
となる。 接合部材を殆ど変形させることなく接合できる。 金属と複合材料とを接合して、相互の特性、たとえ
ば耐摩耗性や靱性などを改善し合える。
【図１】本発明の方法によって接合された複合部材同士
の接合断面の金属組織を示す図である。
の接合断面の金属組織を示す図である。
【図２】同じく、本発明の方法によって接合された複合
材料とそのマトリックス合金の接合断面の金属組織を示
す図である。
材料とそのマトリックス合金の接合断面の金属組織を示
す図である。
【図３】同じく本発明の方法によって接合された複合材
料と他の金属の接合断面の金属組織を示す図である。
料と他の金属の接合断面の金属組織を示す図である。
【図４】本発明の方法を適用した部材を示し、同図
（ａ）は、その斜視図、同図（ｂ）は、その縦断面図で
ある。
（ａ）は、その斜視図、同図（ｂ）は、その縦断面図で
ある。
【図５】本発明の方法の実施要領の説明図である。
【図６】従来の方法の実施要領の説明図である。
１ 治具 ２ 治具 ３ 真空容器 Ａ 接合部材 Ｂ 接合部材 Ｃ インサート材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｌ 1/14 Ｂ 6965−3Ｇ
Claims (3)
- 【請求項１】 複合材料同士、または複合材料と他の金
属材料とからなる互に接合すべき部材に対し、この複合
材料のマトリックス、または、この他の金属材料と化合
する金属からなる厚さ５〜２００μｍのインサート材
を、この両部材の間に挟み、所定の温度のもとに加圧し
て固相の状態で接合することを特徴とする複合材料の接
合方法。 - 【請求項２】 Ａｌ基複合材料からなるバルブリフター
本体の頂部と、耐摩耗性を備えた他の金属板との間に、
純Ｃｕからなる厚さ２００μｍ以下のインサート材を挟
み、所定の温度と圧力を加えながら該バルブリフター本
体と前記金属板とを接合することを特徴とする複合材料
の接合方法。 - 【請求項３】 前記複合材料がＡｌ基複合材料であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の複合材料の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34148692A JPH06155044A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 複合材料の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34148692A JPH06155044A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 複合材料の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06155044A true JPH06155044A (ja) | 1994-06-03 |
Family
ID=18346434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34148692A Pending JPH06155044A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 複合材料の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06155044A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015123493A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 日本ファインセラミックス株式会社 | 複合材料接合体 |
-
1992
- 1992-11-27 JP JP34148692A patent/JPH06155044A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015123493A (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 日本ファインセラミックス株式会社 | 複合材料接合体 |
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