JPH07110428B2

JPH07110428B2 - 加圧接合法

Info

Publication number: JPH07110428B2
Application number: JP4075558A
Authority: JP
Inventors: 透城田; 扶田頭; 学木内
Original assignee: 科学技術庁金属材料技術研究所長
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-11-29
Also published as: JPH06126472A

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】この発明は加圧接合法に関するも
のである。さらに詳しくは、この発明は、多孔質体と合
金との接合を簡便に、かつ効率良く、優れた接合特性と
して実施することのできる新しい加圧接合法に関するも
のである。

【従来の技術とその課題】従来より、異種または同種の
材料を接合する方法として、蒸着、接着、圧着などの各
種の方法が知られており、なかでも、圧力の付与によっ
て接合させる圧着は、接合強度が強いなどの理由から広
く一般的に利用されている。この圧着による接合には、
一般的に固相接合と固液接合とがあり、固相接合は、た
とえばクラッド圧延などに代表される塑性加工を利用し
た接合方法であり、また固液接合には高圧鋳造あるいは
溶湯鍛造を利用した方法が一般的なものとされている。
しかしながら、接合を確実に行うには、対象材料の表面
を原子オーダまで接近させることが必要であることか
ら、固相接合の場合には、外部からの大きな加圧力が必
要となり、接合のためには強度の高い工具や金型、さら
には大規模な加圧設備が必要となる。また、接合をさら
に確実なものとするため、加圧後に熱拡散を促進する熱
処理を必要とするなど接合工程の手順が多いという欠点
がある。一方、固液接合の場合には、一方の材料は溶融
状態としているので表面相互の馴染みはもともと良好で
あり、これに圧力をかけて固液の接近を促し、接合を確
実なものとすることができる。しかしながら、この固液
接合で使用される金型やポンチは、高温かつ高圧の溶融
金属にさらされるので、その熱的および強度的負担はき
わめて大きい。そのため、固液接合の場合では、高温の
溶融金属を加圧するため金型やポンチには高い強度と耐
熱性が要求される。さらに、固液接合の場合、加圧時に
液相の漏れを防ぐための装置が必要となり、装置全体が
大規模化してしまうという欠点がある。また、従来の固
相接合や固液接合において、この方法で得られる積層材
を構成する対象材料の間に熱膨張差があると、温度変化
に対して熱応力が発生し、両材料が剥離するという問題
もある。また、従来の固相接合や固液接合いずれの場合
にも、上記の通りの欠点のほかに、接合材の反応性に大
きく依存しているため、たとえば、接合材の一方がセラ
ミックあるいは強固な酸化膜を持つ金属というようにき
わめて反応性の低い組合せでは、接合が困難である。以
上の通り、従来の技術においては、装置の大規模化や強
度そして耐熱性等の点において制約があり、また工程と
しての複雑さや、さらには材料の剥離や選択性の制約等
問題があった。

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとしてなされたものであり、多孔質体表
面に異種または同種の半溶融状態の合金を接触させて加
圧し、合金中の液相を多孔質体に溶浸させ、固相を表面
に接合することを特徴とする加圧接合法を提供する。す
なわち、この発明の方法は、接合すべき一方の材料を半
溶融状態とし、他方の材料を多孔質として、これらを加
圧し、半溶融合金中の液相を多孔質体に溶浸させると同
時に、その固相を多孔質体の表面に積層接合して一体化
させるものである。

【作用】この発明の加圧接合法では、加圧により半溶融
合金の液相を多孔質体に溶浸させて接合するので、加圧
に必要な圧力は溶浸に要する程度であって、比較的小さ
く、従来の方法のような大規模な加圧装置を必要としな
い。また、加圧時の温度は半溶融域であり、完全な溶融
状態の温度よりも低くすることができる。たとえば、平
衡状態で固液共存域をもつ二元合金の半溶融状態の場
合、ある合金を完全溶融間滋養対で積層化させるには、
平衡状態図上の液相線以上の温度に上げる必要がある。
これに対して、同上の合金と同じ組成の固相を含む半溶
融合金で積層化する場合、温度は固相線に設定すればよ
い。これをＰｂ〜Ｓｎ合金を例に挙げて説明する。図１
はその平衡状態図であり、液相線（１）は固相分率０％
を示し、固相線（２）は固相分率１００％を示してい
る。仮に、Ｐｂ〜１８％Ｓｎ合金を積層させる場合、従
来の完全溶融状態（Ａ）での接合法を用いると、温度は
３００°Ｃ以上になるが、この発明（Ｂ）によると温度
は固相線に相当する２１０°Ｃでよい。これに用いる合
金の組成は、この温度上で液相線と固相線で囲まれる範
囲（(a) 〜(b) ）で選択でき、たとえば、固相分率５０
％の半溶融状態で接合を行うには、Ｐｂ〜３４％Ｓｎ合
金を用いればよい。合金の組成範囲が溶質元素の固溶限
までという制約はあるものの、固相の溶質元素濃度が高
くなると、この温度差は大きくなる。したがって、条件
によっては、積層させるべき合金を完全に溶融する従来
の方法に比べて、接合温度を著しく低下させることがで
きる。これにより、金型やポンチの熱的負担が軽くなる
と同時に接合作業が容易ともなる。そして、平衡状態で
固液共存域を有する合金の場合には、半溶融状態におけ
る固相の組成は温度のみで決まるので、接合用合金の溶
製に際して、精密な成分調整の必要はない。また、この
発明で得られる積層材を構成する材料間にはそれらの中
間的な性質を持つ溶浸層が介在するので、従来の方法で
得られる積層材の問題点である対象材料間の熱膨張にも
とずく熱応力発生を緩和することができる。したがっ
て、材料接合部での剥離を抑制することもできる。溶浸
層の存在は、溶浸合金と積層合金とが結合状態にあるこ
とを意味していることから、この発明では、接合に化学
的接合以外に機械的接合の効果が加わり、接合が強固に
なるとともに接合困難な材料の組合せでも可能となる。
半溶融状態にするには合金の温度を完全な溶融域から下
げていく方法と、常温から上げていく方法とがあるが、
後者の場合、半溶融合金の組織を多様に制御することが
できる。後者の方法の場合、積層させる合金の結晶粒微
細化などの組織制御が可能である。また、従来の固液接
合においては、液相の漏れを抑制するために、装置が必
要であったが、この発明では半溶融合金中の固相の存在
により、加圧時の圧力シールが期待でき、そのための装
置は不必要となる。もちろん、この発明においては、合
金および多孔質体の種類に特別の限定はない。以下実施
例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。

【実施例】実施例１図２に示したように、多孔質体（２３）としてＣｕの半
焼結体を用い、積層用合金には固相（２４）および液相
（２５）を含有するＰｂ−３４％Ｓｎ合金を用いた。こ
れらを金型（２１）の中で、Ｐｂ−Ｓｎ合金の固相分率
が５０％の半溶融状態で、温度２１０℃、圧力１６２kg
f/cm²の条件でポンチ（２２）にて加圧した。なお、こ
の多孔質体の寸法は、２８mmφ×１５mmの円盤状のもの
であり、気孔はほとんどが開放気孔である。この加圧の
結果、図３に示したようにＰｂ−３４％Ｓｎ合金の固相
（２４）であった部分がＣｕの母材の表面に層状に圧着
し、同時に接合の境界域のＣｕ側にはＰｂ−Ｓｎ合金の
液相（２５）が溶浸して溶浸層（２７）が形成され、こ
れと積層した固相（２４）とが結合状態にあることが確
認された。実施例２実施例１と同様にして、多孔質体（２３）としてアルミ
ナの半焼結体を用い、積層用の合金にＰｂ−３４％Ｓｎ
合金の半溶融状態のものを用いた。これらを金型（２
１）の中で、圧力１６２kgf/cm²の条件でポンチ（２
２）にて加圧した。なお、この多孔質体の寸法は、２８
mmφ×１５mmの円盤状のものであり、気孔はほとんどが
開放気孔である。この加圧の結果、同合金の固相がアル
ミナの母材の表面に層状に圧着し、接合の境界域のアル
ミナ側には同合金の液相が溶浸した層状の組織である溶
浸層（２７）が観察された。接合強度も良好であった。

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り次のような効果が期待できる。（ア）接合に要する加圧力は半溶融合金中の液相が多
孔質体へ溶浸する程度のものでよく、金型ポンチの強度
的負担は小さくなるとともに大規模な加圧装置の必要が
ない。（イ）平衡状態で固液が存在する二元合金の場合、積
層させるべき合金を完全に溶解して接合させる従来の方
法に対して、少なくとも状態図中の液相線と固相線の差
に相当する分だけ接合温度を低くすることができる。こ
の温度差は合金の種類と濃度によるが、条件によって
は、かなり大きくなる。したがって、このような合金で
は、作業温度の低下が期待でき、熱エネルギーの節約と
金型ポンチの熱的及び強度的負担の軽減が図られる。（ウ）積層化にあたり、この方法では溶浸と接合が同
時に行なわれるので、接合工程の簡素化と接合時間の短
縮が図られる。（エ）積層させた両材料に熱膨張差があっても両者の
境界部には中間的な熱膨張率を持つ溶浸層が介在するた
め、その熱応力緩和の効果によって、接合部での剥離が
抑えられる。（オ）積層している合金は多孔質体の母材の内部に溶
浸しているので、化学的接合の他に機械的接合の効果が
期待できる。したがって、接合は確実であり、化学的に
接合しにくい材料組合せも接合できる。（カ）液相の漏れについての特別の手段が必要ではな
い。合金中の固相によるシール効果が生かされる。（キ）半溶融合金を用いた溶浸による積層化を完了し
た後、そのまま加圧を続けていれば、多孔質体は表面に
積層した固相を介して圧力を受ける。この作用により、
多孔質体に残っている気孔の消滅など組織の緻密化が図
られる。（ク）半溶融状態にするには、合金の温度を常温から
上げてゆくので、半溶融合金の組織に常温の組織を反映
させ得る。従って、積層させる合金の結晶粒微細などの
組織制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】固相液相の状態を例示した状態図である。

【図２】この発明における方法を例示した断面図であ
る。

【図３】この発明によって接合された接合部の断面図で
ある。

【符号の説明】

１液相線２固相線２１金型２２ポンチ２３多孔質体２４固相２５液相２７溶浸層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質体表面に異種または同種の半溶融
状態の合金を接触させて加圧し、合金中の液相を多孔質
体に溶浸させ、固相を表面に接合させることを特徴とす
る加圧接合法。