JPH06218558A - 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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- JPH06218558A JPH06218558A JP2730393A JP2730393A JPH06218558A JP H06218558 A JPH06218558 A JP H06218558A JP 2730393 A JP2730393 A JP 2730393A JP 2730393 A JP2730393 A JP 2730393A JP H06218558 A JPH06218558 A JP H06218558A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複合材料を固相で接合する改良された方法を
提供する。 【構成】 本発明は、複合材料同志又は複合材料と金属
材料とを固相の状態で接合する場合に、両材料の間に薄
いインサート金属を挟み、所定の温度のもとに加圧して
接合材料の接合界面付近に、接合材料と異なる組成から
なる層を形成させることを特徴とする複合材料の接合方
法である。
提供する。 【構成】 本発明は、複合材料同志又は複合材料と金属
材料とを固相の状態で接合する場合に、両材料の間に薄
いインサート金属を挟み、所定の温度のもとに加圧して
接合材料の接合界面付近に、接合材料と異なる組成から
なる層を形成させ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、複合材料同志または複
合材料と金属材料とを固相の状態で接合する複合材料の
接合方法に関する。
合材料と金属材料とを固相の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】部材を固相の状態で接合する方法として
ハンダ，銀，黄銅，銅などのろうを使用して、その化学
的結合力と物理的粘着力とによって、部材を接合する方
法がある。
ハンダ，銀，黄銅，銅などのろうを使用して、その化学
的結合力と物理的粘着力とによって、部材を接合する方
法がある。
【０００３】また、微細な結晶粒組織を有する部材を用
い、この部材の接合しようとする面を高精度に仕上げ、
それらの接合面に圧力と熱を加えて固相で接合する方法
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４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０．１〜０．２μ
ｍ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。
い、この部材の接合しようとする面を高精度に仕上げ、
それらの接合面に圧力と熱を加えて固相で接合する方法
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４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０．１〜０．２μ
ｍ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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記ろう付けによる方
法では、化学的結合力が弱く、構造用部材への適用はあ
まり向いてない。
法では、化学的結合力が弱く、構造用部材への適用はあ
まり向いてない。
【０００５】一方、図４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。
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。
【０００６】一方、複合材料は強度，剛性，耐熱性，耐
摩耗性等が優れており、軽量化の可能性も高いため、色
々な部品への適用が求められている。しかし複合材料に
よる部品は、板や棒形状はできても複雑形状とすること
は通常困難である。もし他の複合材料や金属を接合して
性能を補強したり複雑形状化できれば、優れたハイブリ
ッド部品を作成することができるが、複合材料の接合は
未だ行われていないのが現状である。
摩耗性等が優れており、軽量化の可能性も高いため、色
々な部品への適用が求められている。しかし複合材料に
よる部品は、板や棒形状はできても複雑形状とすること
は通常困難である。もし他の複合材料や金属を接合して
性能を補強したり複雑形状化できれば、優れたハイブリ
ッド部品を作成することができるが、複合材料の接合は
未だ行われていないのが現状である。
【０００７】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。
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は、複合材料同志又は複合材料と金属材料とを固相の状
態で接合する場合に、両材料の間に薄いインサート金属
を挟み、所定の温度のもとに加圧して接合材料の接合界
面付近に、接合材料と異なる組成からなる層を形成させ
ることによって前記課題を解消した。
は、複合材料同志又は複合材料と金属材料とを固相の状
態で接合する場合に、両材料の間に薄いインサート金属
を挟み、所定の温度のもとに加圧して接合材料の接合界
面付近に、接合材料と異なる組成からなる層を形成させ
ることによって前記課題を解消した。
【０００９】本発明はＡｌまたはＡｌ合金をマトリック
スとした複合材料同志、あるいはこの複合材料と金属材
料との接合しようとする面の間に、複合材料のマトリッ
クス、または金属材料と化合し、複合材料またはその複
合状態に悪影響を与えないインサート金属を設置し、こ
れらに圧力Ｐと温度Ｔを加えることで、インサート金属
を介して、またはそれを接合部材中に拡散させて両者を
固相状態で接合し、その接合界面付近に接合部材の組成
とは異なる第３あるいは第４，第５，………層（例えば
合金層、粒子凝集層等）を形成させて、それにより接合
をより確実なものとしたり、また時には両者の物性の中
間層として応力集中を避けるような層を形成する接合方
法を提案するものである。その接合の様子を図３に示
す。１０はインサート金属であり、其他は前記図４に示
す構成と同様である。
スとした複合材料同志、あるいはこの複合材料と金属材
料との接合しようとする面の間に、複合材料のマトリッ
クス、または金属材料と化合し、複合材料またはその複
合状態に悪影響を与えないインサート金属を設置し、こ
れらに圧力Ｐと温度Ｔを加えることで、インサート金属
を介して、またはそれを接合部材中に拡散させて両者を
固相状態で接合し、その接合界面付近に接合部材の組成
とは異なる第３あるいは第４，第５，………層（例えば
合金層、粒子凝集層等）を形成させて、それにより接合
をより確実なものとしたり、また時には両者の物性の中
間層として応力集中を避けるような層を形成する接合方
法を提案するものである。その接合の様子を図３に示
す。１０はインサート金属であり、其他は前記図４に示
す構成と同様である。
【００１０】本方法によれば、複合材料同志あるいは複
合材料と金属材料の接合が可能であり、複合材料と金属
材料を接合した場合、界面付近に第３の合金層が形成さ
れ、また複合材料としてＰＲＭ（粒子分散複合材料）を
用いた場合、そこに粒子の凝集層が形成される。さらに
ＦＲＭ（繊維強化複合材料）とＰＲＭを接合した場合も
粒子の凝集層が形成されるが、この場合、それが両者の
硬さ、機械的性質、熱的性質等の中間層となる。これに
より物性についての完全な連続性はえられないが、応力
集中等を緩和できる。すなわち、図２に示すように、こ
の粒子の凝集層は、その硬さ、引張強さ、線膨張係数に
おいて、両者の中間値を示している。
合材料と金属材料の接合が可能であり、複合材料と金属
材料を接合した場合、界面付近に第３の合金層が形成さ
れ、また複合材料としてＰＲＭ（粒子分散複合材料）を
用いた場合、そこに粒子の凝集層が形成される。さらに
ＦＲＭ（繊維強化複合材料）とＰＲＭを接合した場合も
粒子の凝集層が形成されるが、この場合、それが両者の
硬さ、機械的性質、熱的性質等の中間層となる。これに
より物性についての完全な連続性はえられないが、応力
集中等を緩和できる。すなわち、図２に示すように、こ
の粒子の凝集層は、その硬さ、引張強さ、線膨張係数に
おいて、両者の中間値を示している。
【００１１】また、一般の拡散接合では７．２〜１８ｋ
ｓ程度掛かる接合時間が、本方法によればインサート金
属を適用しているため０．６〜７．２ｋｓ程度に短縮で
きる。そして、このインサート金属の適用のため、複合
材料のマトリックスや金属材料は微細結晶でなくても良
く、接合面の仕上げ精度が粗くても可能となった（十点
平均粗さで１．０μｍ以下程度）。接合条件としては、
接合面の酸化を避けるため１０〜１０-4Ｐａ程度の真空
雰囲気あるいはガス（Ａｒ，Ｎ2 ，Ｈ2 等）雰囲気が良
い。
ｓ程度掛かる接合時間が、本方法によればインサート金
属を適用しているため０．６〜７．２ｋｓ程度に短縮で
きる。そして、このインサート金属の適用のため、複合
材料のマトリックスや金属材料は微細結晶でなくても良
く、接合面の仕上げ精度が粗くても可能となった（十点
平均粗さで１．０μｍ以下程度）。接合条件としては、
接合面の酸化を避けるため１０〜１０-4Ｐａ程度の真空
雰囲気あるいはガス（Ａｒ，Ｎ2 ，Ｈ2 等）雰囲気が良
い。
【００１２】
１） ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金に、径が５μｍのＳｉＣ粒
子を１０ｍａｓｓ％添加してなる複合材料（ＰＲＭ）
と、ＪＩＡ ＳＵＳ３０４とを、それぞれφ２０×３０
ｍｍのピース加工し、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３に
示す要領で厚さ５０μｍの純Ｃｕインサートを挟み、約
０．１Ｐａの真空雰囲気で、約７９８Ｋの温度と約１Ｍ
Ｐａの圧力を３．６ｋｓ間加えた。
子を１０ｍａｓｓ％添加してなる複合材料（ＰＲＭ）
と、ＪＩＡ ＳＵＳ３０４とを、それぞれφ２０×３０
ｍｍのピース加工し、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３に
示す要領で厚さ５０μｍの純Ｃｕインサートを挟み、約
０．１Ｐａの真空雰囲気で、約７９８Ｋの温度と約１Ｍ
Ｐａの圧力を３．６ｋｓ間加えた。
【００１３】これにより接合界面付近には、両者を確実
に接合するＣＵ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｓｉの成分が混在する第
３層が形成された。図１にその接合部付近のミクロ組織
を示す。また、第４層として複合材料の側境界部に、厚
さ約５００μｍのＳｉＣ粒子の凝集層が形成された。 ２） ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金に、径が５μｍのＳｉＣ粒
子を１０ｍａｓｓ％添加してなる複合材料（ＰＲＭ）
と、ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金に、径が０．１〜１．０μ
ｍ、長さ３０〜２００μｍ、アスペクト比５０〜２００
のＳｉＣウィスカーをＶf １７％としたＦＲＭとを、そ
れぞれφ２０×３０ｍｍのピースに加工し、接合面を１
０００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、厚さ５０μｍの純Ｃｕインサートを前記
実施例と同じ要領で挟み、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。
に接合するＣＵ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｓｉの成分が混在する第
３層が形成された。図１にその接合部付近のミクロ組織
を示す。また、第４層として複合材料の側境界部に、厚
さ約５００μｍのＳｉＣ粒子の凝集層が形成された。 ２） ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金に、径が５μｍのＳｉＣ粒
子を１０ｍａｓｓ％添加してなる複合材料（ＰＲＭ）
と、ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金に、径が０．１〜１．０μ
ｍ、長さ３０〜２００μｍ、アスペクト比５０〜２００
のＳｉＣウィスカーをＶf １７％としたＦＲＭとを、そ
れぞれφ２０×３０ｍｍのピースに加工し、接合面を１
０００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、厚さ５０μｍの純Ｃｕインサートを前記
実施例と同じ要領で挟み、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。
【００１４】これにより両者は接合でき、接合界面付近
ＰＲＭ側にＳｉＣ粒子の凝集層が形成された。この層は
ＦＰＭとＰＲＭの中間物性を有し、接合界面付近への応
力集中を緩和する役目を果たす。
ＰＲＭ側にＳｉＣ粒子の凝集層が形成された。この層は
ＦＰＭとＰＲＭの中間物性を有し、接合界面付近への応
力集中を緩和する役目を果たす。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、複合材料の固相接合が
可能となり、また複合材料同志又は複合材料と金属材料
とを固相接合する場合に、接合面の仕上げ精度が粗くて
もよく、しかも接合時間の短縮ができる。また接合は確
実かつ強固におこなわれ、ＰＲＭとＦＲＭなどを接合し
た場合には両者の中間層が形成でき、これによって応力
集中を緩和し、破壊し難い接合ができる。
可能となり、また複合材料同志又は複合材料と金属材料
とを固相接合する場合に、接合面の仕上げ精度が粗くて
もよく、しかも接合時間の短縮ができる。また接合は確
実かつ強固におこなわれ、ＰＲＭとＦＲＭなどを接合し
た場合には両者の中間層が形成でき、これによって応力
集中を緩和し、破壊し難い接合ができる。
【図１】本発明の方法によって接合された接合断面の金
属組織を示す。
属組織を示す。
【図２】本発明の方法によって接合された接合断面の各
物性を説明する図である。
物性を説明する図である。
【図３】本発明の方法の実施要領の説明図である。
【図４】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 １０ インサート金属 Ａ 接合部材 Ｂ 接合部材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年９月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって接合された接合断面の金
属組織を示す図面に代る写真である。
属組織を示す図面に代る写真である。
【図２】本発明の方法によって接合された接合断面の各
物性を説明する図である。
物性を説明する図である。
【図３】本発明の方法の実施要領の説明図である。
【図４】従来の方法の実施要領の説明図である。
【符号の説明】 １ 治具 ２ 治具 ３ 真空容器 １０ インサート金属 Ａ 接合部材 Ｂ 接合部材
Claims (3)
- 【請求項１】 複合材料同志又は複合材料と金属材料と
を固相の状態で接合する場合に、両材料の間に薄いイン
サート金属を挟み、所定の温度のもとに加圧して接合材
料の接合界面付近に、接合材料と異なる組成からなる層
を形成させることを特徴とする複合材料の接合方法。 - 【請求項２】 接合材料の組成と異なる前記の層がマト
リックス金属やインサート金属とによる合金層であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の複合材料の接合方法。 - 【請求項３】 接合材料の組成と異なる前記の層が複合
材料に含まれる粒子の凝集層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 |
|---|---|---|---|
| JP2730393A JPH06218558A (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | 複合材料の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2730393A JPH06218558A (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | 複合材料の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06218558A true JPH06218558A (ja) | 1994-08-09 |
Family
ID=12217329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2730393A Pending JPH06218558A (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | 複合材料の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06218558A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107487054A (zh) * | 2016-06-12 | 2017-12-19 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 多层复合膜、其制备方法以及作为纤维增强复合材料的连接材料的应用 |
-
1993
- 1993-01-22 JP JP2730393A patent/JPH06218558A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107487054A (zh) * | 2016-06-12 | 2017-12-19 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 多层复合膜、其制备方法以及作为纤维增强复合材料的连接材料的应用 |
| CN107487054B (zh) * | 2016-06-12 | 2023-08-08 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 多层复合膜、其制备方法以及作为纤维增强复合材料的连接材料的应用 |
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