JPH06200381A - 構造部材に金属層を被覆する方法及び２つの構造部材を結合する方法 - Google Patents

構造部材に金属層を被覆する方法及び２つの構造部材を結合する方法

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JPH06200381A
JPH06200381A JP5218816A JP21881693A JPH06200381A JP H06200381 A JPH06200381 A JP H06200381A JP 5218816 A JP5218816 A JP 5218816A JP 21881693 A JP21881693 A JP 21881693A JP H06200381 A JPH06200381 A JP H06200381A
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Austria Metall AG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】金属ろう材料で全くまたは殆ど濡らされない材
料から成る構造部材の表面に金属層を被覆する方法。 【構成】濡らされないまたは濡らし難くい材料から成る
構造部材の所要の濡らし操作は、金属ろう溶融体を上記
構造部材の表面に押圧することによつて、達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属溶融体で容易には
濡らされない材料から成る構造部材の表面に金属層を被
覆する方法に関する。本発明は、同じく、２つの構造部
材を結合する方法であつて、上記構造部材の少なくとも
１つの構造部材の少なくとも結合面の範囲を金属溶融体
で容易には濡らされない材料から構成し、構造部材の間
に金属結合層を設ける形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の方法は、ＥＰ-０ １８７ ０２
５ Ａ２ から公知である。
【０００３】金属溶融体によつて構造部材を結合する場
合、多くの材料、特に、セラミツク材料を金属溶融体で
容易には濡らし得ないという問題が生ずる。
【０００４】しかしながら、この種の構造部材を相互に
結合するため、上記のＥＰ ０１８７０２５ Ａ２から公
知の方法の場合、何れもセラミツク材料から成るか、そ
れぞれ金属材料およびセラミツク材料から成る相互に結
合すべき構造部材の間に、結合層として、ニツケルまた
はニツケル-鉛またはコバルト-鉛をめっきしたアルミニ
ウムろう合金を設ける。しかしながら、濡れ操作、即
ち、ろう付け操作は、望ましくない反応を排除するた
め、もちろん、不活性ガス雰囲気中でまたは真空下で行
わなければならない。
【０００５】更に、この種の構造部材を結合する場合、
非濡れ性構造部材の表面（例えば、セラミツク表面）に
特殊な化学的処理操作にもとづき被覆を行い、次いで、
上記構造部材を、例えば、アルミニウムによつて、別の
構造部材にろう付けすることは公知である。更に、セラ
ミツク表面に、真空によつて、例えば、アルミニウムに
よつてろう付けできる薄い金属層を被覆することも公知
である。
【０００６】上述の公知の方法の場合、もちろん、追加
的な層が必要であるが、少なくとも非濡れ性材料（例え
ば、セラミツク材料）から成る構造部材にこの種の補助
層を被覆するには、追加的でコストのかかる工程によら
なければならない。これらの異種の層は、ろうととも
に、腐食され易い電気化学的局部要素を形成する。ＥＰ
０１８７０２５ Ａ２に係る冒頭に述べた種類の方法の
場合、ろう付け時、不活性雰囲気または真空雰囲気が必
要である。
【０００７】更に、熱圧縮によつて２つの構造部材を結
合することは、ＤＥ ３３０７７００ Ｃ２およびＤＥ
３３０７７０２ Ａ１から公知である。この場合、結合
すべき構造部材の間にろう材料（例えば、純アルミニウ
ムワイヤ）を配置し、相互間にろう材料を挿入した構造
部材を４５０〜５５０℃の高温において圧縮する。この
種の熱圧縮法の場合、ろう材料は、融点まで加熱され
ず、即ち、溶融されず、塑性流動によつて変形される
が、この場合、真空下または保護ガス雰囲気下において
結合を行わなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、金属溶融体で容易には濡らされない材料から成る構
造部材に被覆を行うことができ、あるいは、少なくとも
１つの構造部材の少なくとも結合面の範囲が金属溶融体
で容易には濡らされない材料から成る２つの構造部材を
相互に結合でき、結合層以外の中間層は不要であり、真
空または保護雰囲気を必要としない、冒頭に述べた種類
の方法を開示することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明にも
とづき、後に金属層を施し又は金属層によって第２の構
造部材が結合される金属溶融体で容易には濡らされない
材料から成る構造部材の表面に施すべき金属の溶融体を
押圧して上記表面を濡らし、次いで、溶融体を冷却、硬
化させることによつて、解決される。
【００１０】
【作用】１つの構造部材の表面にまたは少なくとも１つ
の結合すべき構造部材の結合面に金属溶融体を押圧する
ため本発明にもとづき加える圧力によつて、上記表面
は、強制的に濡らされ、金属ろう溶融体（特に、アルミ
ニウム溶融体およびマグネシウム溶融体）を使用した場
合、極めて強固の結合が得られる。この状態は、表面張
力および質量慣性を除いて変形抵抗を示さない真液体
（ｔｒｕｅ ｌｉｑｕｉｄ）が生ずるよう金属材料を融
点以上に加熱することによつて、達成される。従って、
変形度の下限はない。本発明に係る方法は、通常の大気
中で実施でき、真空または保護ガス雰囲気は不要であ
る。この理由は、金属溶融体が、濡らすべき面を外気に
対して密閉し、気泡とともにガス状でない化合物を形成
するか気泡を溶解することによつて、気泡を吸収し、大
気と溶融体との間の反応生成物が、表面に集中されず、
溶融体内に分散されることにある。従って、上記反応生
成物は、表面で反応する固体部材の場合に、特に、熱圧
縮法における如く部材を塑性変形した際に、部材表面に
極めて高い濃度を有する反応生成物ほど有害ではない。
【００１１】本発明の別の利点は、推移が極めて迅速で
あり、即ち、極めて短い時間内に所望の結果が得られる
という点にある。この理由は、金属溶融体が著しく反応
性であるということにある。
【００１２】
【実施例】添付の図面を参照して以下に本発明の特に好
ましい実施例を詳細に説明する。
【００１３】少なくとも１つがろうで容易に濡らされな
い材料（特に、セラミツク材料）から成る２つの構造部
材を金属ろうで結合する場合、上記構造部材の結合面を
濡らさなければならず、この場合、特に、濡れ時の高い
反応性にもとづき損傷を惹起する金属溶融体（例えば、
アルミニウム溶融体、マグネシウム溶融体）の場合に認
められる如き強いまたは不正（ｆａｌｓｅ）の反応が起
きてはならない。このため、高温の発生を短時間に抑え
るか、あるいは、完全に避ければ、有利である。
【００１４】更に、ろうの融点は、結合すべき部材の融
点よりも低くなければならず、結合すべき、即ち、ろう
付けすべき部材が損傷されるほど高温であつてはならな
い。
【００１５】上記要求を考慮して、セラミツク材料から
成る構造部材およびアルミニウムろうでろう付けできる
材料から成る構造部材の２つの構造部材を結合する場
合、アルミニウムろう溶融体をセラミツク表面に押圧す
ることによつて、セラミツク表面を上記溶融体で濡ら
す。この際に加える圧力によつて、強制的に濡れが行わ
れ、アルミニウムろう溶融体の高い反応性にもとづき、
強固な結合が達成される。
【００１６】ろう層の厚さに関しては、理論的には、単
原子層で十分であるが、ろう層の厚さは０,１〜１μｍ
であれば好ましい。ろう層の上限は、濡らす際に加える
圧力によってろう溶融体が流れるよう、定める。
【００１７】濡れのために必要な圧力は、結合すべき構
造部材の材料の非濡れ性（特性量：濡れ角）とともに増
大する。所要の最低圧力は、０,１〜０,２ＭＰａであ
り、圧力の上限は、結合すべき構造部材の機械的損傷を
誘起する恐れのある圧力である。この圧力は、特に、約
１０ＭＰａである。
【００１８】圧力は、ある最低圧力以上でなければなら
ないが、結合に必要な時間は、圧力とは無関係である。
他方、一般に、ろう溶解体を表面又は結合面に押圧する
時間とこの場合の通常使用する音戸は反比例している。
【００１９】温度は、ろうが溶融されるよう十分に高く
なければならず、典型的なアルミニウムろうの場合、こ
の温度は、５６０〜６４０℃にある。
【００２０】セラミツク構造部材の濡れ後のろう融点以
下への冷却は、絶対に圧力除去前に行つてはならず、上
記冷却は、圧力除去後に始めて行うことができる。
【００２１】ろう材料としては、純金属（例えば、純ア
ルミニウムおよび純マグネシウム）および対応する合金
が適している。合金は、反応性が高いので良好な結合を
生ずるという利点を有する。これは、アルミニウム合金
の場合に特に顕著である。更に、合金は融点が低いの
で、雰囲気が受ける熱負荷は僅かであり、金属構造部材
の隣接の金属層の溶融流出の恐れはない。更に、合金の
場合、溶融区間が極めて小さく、即ち、固相から液相へ
の移行および逆に液相から固相への移行は、極めて直接
的に行われ、従って、高温が支配する時間が短く、結合
は、より迅速に行われる。
【００２２】ろう合金は、共晶合金またはほぼ共晶合金
であり、従って、溶融区間はゼロか極めて小さいので、
好適である。融点は、合金図の温度極小点にある。従っ
て、固相から液相への移行が迅速に行われ、高温が支配
する時間は短い。
【００２３】同一の基本物質から成り混合比の異なる合
金は、ろう付け温度において溶融しないので、良好にろ
う付けできる。
【００２４】純金属ろう（例えば、純アルミニウムろ
う）は、同じく、固相から液相への移行が短く、アルミ
ニウム合金よりも導電率が高いという利点を有し、従っ
て、特定の用途に好適である。純アルミニウムの欠点
は、融点が高いことにある。
【００２５】上述の方法にもとづき、雰囲気条件（圧
力、温度）において固体である材料（例えば、セラミツ
ク）をアルミニウムでろう付けできる。
【００２６】しかしながら、多くの場合、非濡れ性材料
から成る基体表面にのみろう層を被覆するのは困難であ
る。
【００２７】ダイ１と、セラミツク構造部材２と、下方
のダイ１上のグラハイト被覆層５と、純アルミニウム層
６とを含む、本発明に係る方法を実施する装置を模式的
に示した図２から明らかな如く、上方のダイ１の濡れ性
またはダイ１の被覆層６の濡れ性が、被覆すべき表面、
即ち、セラミツク構造部材の表面の非濡れ性よりもあき
らかに大きい場合は、圧力を対応して選択すれば、表面
被覆層としてろう層を被覆することができる。この場
合、濡れない材料の例は、Ａｌ2０3である。
【００２８】しかしながら、図２と類似の図１に示した
如く、純アルミニウム構造部材４を溶融することなく純
アルミニウム構造部材４と結合するアルミニウムろう合
金層３を純アルミニウム構造部材４とセラミツク構造部
材２との間にもうけるのがより簡単である。この場合、
コンポーネント３および４を含み、予め作製して、ろう
合金をめっきした金属板を使用できる。層構造がセラミ
ツク-金属-セラミツクである場合、金属板の両面に被覆
を行う。結果としてろう層が得られる。
【００２９】ろう材料で濡らされない２つの構造部材
（例えば、２つのセラミツクプレート）を結合したい場
合は、フイルムの形または細いワイヤの形のろう材料層
を双方の構造部材の間に配置し、ろう材料を溶融し、次
いで、力を加えて、即ち、圧縮によつて、双方の構造部
材をろう付けする。構造部材の間に配置したろう材料の
形状によつて、結合部の幾何学的形状を決定できる。こ
れは、結合箇所を局部的に限定し、例えば、トラツク状
に構成する場合に特に望ましい。
【００３０】本発明に係る方法は、特に、ＥＰ ０１８
７０２５ Ａ２に記載の公知の方法とは異なり、ニツケ
ル、ニツケル-鉛またはコバルト-鉛から成る追加的な被
覆層は不要であり、通常の空気中で作業を行うことがで
きるという利点を有する。
【００３１】本発明に係る方法は、一般に、ろう付けす
べき構造部材を殆どまたは全く濡らさない溶融体による
ろう付けに使用できる。この場合、ろう付けすべき構造
部材は、ろうの溶融温度および溶融時に加える圧力によ
つて損傷されない。これは、特に、結合すべき構造部材
の材料としてのセラミツク、鋼、ガラス、超硬合金など
のためのろう材料としてのマグネシウム、スズおよび亜
鉛に当てはまる以下に、図３を参照して、本発明に係る
方法の実施例を説明する。本発明に係るこの実施例は、
金属溶融体で容易には濡らされない材料から成る構造部
材の表面に金属層を被覆するのに使用される。この種の
材料は、既述の双方の実施例の場合と同様、セラミツク
材料（例えば、Ａｌ2Ｏ3）であつてよい。
【００３２】被覆すべき金属層の金属の溶融体を構造部
材の表面に押圧し、かくして、上記表面を濡らし、次い
で、溶融体を冷却、硬化させる。
【００３３】即ち、図３に示した如く、金属層を被覆す
べき構造部材と金属溶融体との間の非濡れ性は、金属溶
融体に圧力を加えることによつて、克服される。これ
は、図３に示した装置、即ち、金属溶融体１３を受容す
る圧力容器１０によつて達成される。被覆される構造部
材１２は、ホルダ１１によつて溶融体中に導入する。次
いで、圧力容器１０を蓋１５で閉鎖し、圧力容器１０の
内部スペースに至る導入口１６を介して、例えば、空気
圧的にまたは磁力によつてまたは機械的に、溶融体に圧
力を加える。この場合、溶融体１３と結合すべき構造部
材１２との間の非濡れ性が克服される。
【００３４】次いで、圧力を除き、蓋１５を開け、ホル
ダ１１によつて構造部材１２を溶融体外に取出す。この
場合、構造部材１１が、金属溶融体で濡らされ、冷却
後、固体の金属層で被覆される。この場合、溶融浴から
引出す際に溶融体を部分的に掻落とすことによつてまた
は硬化後の金属層を部分的に機械的に切除することによ
つて、別の構造部材を結合または固定するろう層として
役立つよう、上記層を薄くできる。この場合、金属層を
備えた構造部材に別の構造部材を並置し、双方の構造部
材を相互にろう付けする。
【００３５】このように被覆した金属層の特定の面部分
をエツチングによつて除去して、導体路を形成できる。
これは、加圧濡れ操作前に、適切な層（例えば、グラハ
イト層）によつて特定の面部分を被覆またはマーキング
することによつて、行うこともできる。
【００３６】ホルダ１１は、非濡れ性の高い材料（例え
ば、グラハイト）から成る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法の第１実施例の断面図であ
る。
【図２】本発明に係る方法の第２実施例の断面図であ
る。
【図３】本発明に係る方法の第３実施例の断面図であ
る。
【符号の説明】
１・・・ダイ ２・・・セラミツク構造部材 ３・・・アルミニウムろう合金層 ４・・・純アルミニウム構造部材 １０・・・圧力容器 １１・・・ホルダ １２・・・構造部材

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属溶融体で容易には濡らされない材料
    から成る構造部材の表面に金属層を被覆する方法におい
    て、圧力を用いて構造部材の表面に金属溶融体を施して
    上記表面を濡らし、次いで、溶融体を冷却、硬化させる
    工程を含む方法。
  2. 【請求項２】 金属層をろう付け用金属から形成し、ろ
    う付け用金属の層を備えた構造部材を別の構造部材にろ
    う付けによつて結合することを特徴とする請求項１の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記の金属溶融体で容易に濡らされない
    構成部材は結合されるべき２つの構成部材の少なくとも
    一方であり、金属溶融体の層を構成部材の結合面間に金
    属結合層として設け、前記の結合層は構成部材間におか
    れ、少なくとも１つの金属溶融体で容易に濡らされない
    構成部材に押圧して濡らすことを特徴とする請求項１の
    方法。
  4. 【請求項４】ミニウム合金から成る構造部材に結合する
    場合は、アルミニウム合金から成るろう溶融体を使用す
    ることを特徴とする請求項３の方法。
  5. 【請求項５】 セラミツク材料から成る構造部材をマグ
    ネシウムまたはマグネシウム合金から成る構造部材に結
    合する場合は、マグネシウム合金から成るろう溶融体を
    使用することを特徴とする請求項３の方法。
  6. 【請求項６】 ２つのセラミツク製構造部材を結合する
    場合は、純アルミニウムまたは純マグネシウムまたはア
    ルミニウム合金またはマグネシウム合金から成る群から
    選択された材料の溶融体を使用することを特徴とする請
    求項３の方法。
  7. 【請求項７】 ろう溶融体を押圧する圧力が、０,１〜
    ０,２ＭＰａよりも大きいことを特徴とする請求項１の
    方法。
  8. 【請求項８】 圧力が、約１０ ＭＰａであることを特
    徴とする請求項７の方法。
  9. 【請求項９】 結合すべき構造部材の材料よりも低い融
    点を有するろう材料を溶融金属層として使用することを
    特徴とする請求項３の方法。
  10. 【請求項１０】 ろう溶融体の押圧のために、少なくと
    も１つの構成部材の結合面の金属による耐濡れ性よりも
    有意的に高い耐濡れ性を有するダイを使用することを特
    徴とする請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 ダイには、非濡れ性が高い材料が被覆
    してあることを特徴とする請求項１０の方法。
  12. 【請求項１２】 ダイには、グラフアイトが被覆してあ
    ることを特徴とする請求項１０の方法。
  13. 【請求項１３】 結合されるべき構成部材は金属構成部
    材と金属溶融体で容易に濡らされない構成部材としてセ
    ラミックからなる構成部材とを含み、金属結合層は金属
    構成部材とセラミック材料からなる構成部材の濡らされ
    るべき結合面間に設けることを特徴とする請求項３の方
    法。
  14. 【請求項１４】 ろう合金が、アルミニウム合金であ
    り、純金属層が、純アルミニウム層であることを特徴と
    する請求項１３の方法。
  15. 【請求項１５】 金属溶融体に施す圧力は０．１〜０．
    ２ＭＰａよりも大きいことを特徴とする請求項１の方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記圧力は約１０ＭＰａであることを
    特徴とする請求項１５の方法。
  17. 【請求項１７】 結合すべき構造部材の材料よりも低い
    融点を有するろう材料を溶融金属層として使用すること
    を特徴とする請求項１の方法。
  18. 【請求項１８】 ろう溶融体の押圧のために、少なくと
    も１つの構成部材の結合面の金属による耐濡れ性よりも
    有意的に高い耐濡れ性を有するダイを使用することを特
    徴とする請求項１７の方法。
  19. 【請求項１９】 ダイには、非濡れ性が高い材料が被覆
    してあることを特徴とする請求項１８の方法。
  20. 【請求項２０】 ダイには、グラフアイトが被覆してあ
    ることを特徴とする請求項１８の方法。
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