JPH071158A

JPH071158A - 粒子分散複合部材の固相拡散接合法と材料

Info

Publication number: JPH071158A
Application number: JP16965493A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ishizuka; 哲石塚
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1993-06-16
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1995-01-06
Anticipated expiration: 2016-04-09
Also published as: JP3154361B2

Abstract

(57)【要約】【目的】粒子分散複合部材同志をインサート材を介設
して固相接合する場合に、接合面にインサート材の残留
層がなく、粒子の凝集層もない固相接合法と、その材料
を提供する。【構成】本発明はＡｌ合金をマトリックスとした粒子
分散複合部材同志をインサート材を介設して固相の状態
で接合する場合に、前記インサート材にＣｕ箔又はＺｎ
箔を用い、温度域７８６〜７９０Ｋ、加圧時間０．６〜
１０．８ｋs 、加圧圧力０．１〜１００ＭＰa の条件で
処理することによって接合面に残るインサート材の層を
消失せしめるとともに、複合部材に分散している粒子の
接合面における凝集を防止することを特徴とする固相拡
散接合法と、該方法で製造した材料である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粒子分散複合部材を互い
に当接し、その間にインサート材を介設したあと、接合
面に圧力と熱を加えることにより、固相の状態で接合す
る固相拡散接合法と、該方法で接合した材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】部材を固相の状態で接合する方法とし
て、ハンダや銀，黄銅，銅等のろうを使用して、その物
理的粘着力や化学的結合力によって、部材を接合する方
法がある。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５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。さらに、この固相拡散接
合の他の方法として、図６に示すように接合部材の間に
箔状金属などのインサート材１０を挟み、前記と同じ要
領で圧力と熱を加えることで接合部材とインサートした
金属とを反応させて接合する方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記ろう付け等による
方法は、接合強度が低く簡易接合の域を出ず、構造用部
材への利用には適していない。一方、図５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 以下であることが必要であり、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。また、イ
ンサート材を介設しておこなう方法は、図５に示す方法
の場合のような接合部材に要求される組織は必要なく、
繊維強化金属（以下ＦＲＭとする）や、粒子分散強化金
属（以下ＰＲＭとする）などの接合が難しい複合部材で
も接合ができる。また接合面の仕上げ精度も十点平均粗
さで１μm 以下でよい。しかし、接合界面近傍に、イン
サート材料と接合部材の成分とが互に拡散して脆い合金
層を形成する場合がある。

【０００４】また、ＰＲＭからなる接合部材を接合した
場合に図３に示すように、複合粒子が接合界面で凝集層
を形成することがある。この粒子凝集層はＪＩＳＡＣ
８ＡＡｌ合金にＳｉＣ粒子１０％を複合してなるＰＲＭ
同志に、厚さ５０μm のＣｕインサートを挟み、８０３
Ｋの温度を３．６ｋs の間、加えた際に形成されたもの
である。これは、Ａｌ合金マトリックスが接合界面付近
でインサート材料Ｃｕと反応合金化して融点が低くな
り、部分的に溶融したため形成されたものと考えられ
る。この凝集層は、８０３Ｋ以上からＡＣ８Ａ合金が溶
融して固相での拡散接合ができなくなるまでの温度範囲
で、形成されることが予想される。また、他の合金をマ
トリックスとするＰＲＭも、ある温度域で同様な粒子凝
集層が形成されることが容易に予想できる。この粒子凝
集層は硬さ，靭性，伸び，熱膨張率等物性が他の部分と
異なるため、応力や熱応力が集中して破壊の起点になり
易く、好ましくない。さらに、この方法では、インサー
ト材料が層状に残留することが挙げられる。すなわち、
上記ＰＲＭとＣｕインサートを用い７８３Ｋの温度を
３．６ｋs の間、加えた際、両側が合金化してはいるが
Ｃｕインサートが図４に示すような状態で層状に残留し
ている場合がある。これは加熱温度が低いかまたは加熱
時間が短いために、インサート材料が十分拡散できず残
留したものと考えられる。このようにインサート材料が
残留した場合も、接合強度が低く、好ましくない。本発
明は、前記事情に鑑みなされたもので、前記問題点を解
消した粒子分散複合部材の固相拡散接合法と、その材料
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は、Ａｌ合金をマトリックスとした粒子分散複合部材同
志をインサート材を介設して固相の状態で接合する場合
に、前記インサート材にＣｕ箔又はＺｎ箔を用い、温度
域７８６〜７９０Ｋ、加圧時間０．６〜１０．０ｋs 、
加圧圧力０．１〜１００ＭＰa の条件で処理することに
よって接合面に残るインサート材の層を消失せしめると
ともに、複合部材に分散している粒子の接合面における
凝集を防止する固相拡散接合法によって、また該方法で
製造した材料を提供することによって前記課題を解消し
た。これによって、インサート材を用いたＰＲＭの固相
接合において、接合界面に粒子凝集層が形成せず、かつ
インサート材が層状に残留しない良好な接合方法と接合
材料がえられる。

【０００６】

【実施例】本発明が対象とする接合部材は、粒子を所定
割合で均一に分散した複合材料を用い、この複合材料の
マトリックスは、ＪＩＳＡＣ８Ａ，ＡＣ８Ｂ，ＡＣ４
Ｃ，ＡＣ９ＢなどのＡｌ合金，及びＪＩＳＭＣ１など
のＭｇ合金を対象とする。また、このマトリックスに分
散せしめる粒子は、主として粒径０．１〜３０μm のＳ
ｉＣ粒子を０．１〜３０ｍａｓｓ％添加したものとす
る。また、其他の分散粒子として、Ａｌ₂ Ｏ₃，Ｂｅ
Ｏ，Ｃｒ₂ Ｏ₃，ＨｇＯ，ＳｉＯ₂ ，ＴｉＯ₂，ＺｒＯ₂
，ＴｉＣ，Ｂ₄Ｃ，ＷＣ，Ｃ，ＢＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄また
はこれらを組合せたものとする。またインサート材とし
ては、主として厚さ５〜５００μm の純Ｃｕ箔，純Ｚｎ
箔とする。

【０００７】接合要領としては、前記図６に示す装置を
用い、同じ要領で処理する。即ち、Ｃｕインサート材を
用いて、ＡＣ８ＡＡｌ合金をマトリックスとしたＰＲ
Ｍを、固相拡散接合する場合、その処理すべき温度域は
７８６〜７９０Ｋとし、加熱時間は０．６〜１０．８ｋ
s とする。７８６Ｋ以下、たとえば７８３Ｋの温度で処
理した場合、Ｃｕインサート材は、図４に示すように接
合部材の接合界面に層状に残留する。また、７９０Ｋ以
上、たとえば７９８〜８２３Ｋの温度範囲で処理した場
合、Ｃｕインサート材の残留はなくなるが、図３に示す
ように接合界面に粒子凝集層が形成されて好ましくな
い。このように前記７８６〜７９０Ｋの温度範囲では、
Ｃｕインサート材の残留や粒子凝集層はほとんどみられ
ず、図１に示すように一様な組織となる。なお、加熱時
間が０．６ｋs 以下では所期の効果はえられず、また１
０．８ｋs 以上の加熱は必要がない。さらに付加する圧
力は０．１〜１００ＭＰa とし、好ましくは１〜１０Ｍ
Ｐaとする。０．１ＭＰa 以下では効果はえられず、１
００ＭＰa 以上の加圧は必要がなく、変形のおそれがあ
る。

【０００８】具体例１ＪＩＳＡＣ８Ａ合金に、径が５μm のＳｉＣ粒子を５
ｍａｓｓ％添加した複合材料（ＰＲＭ）を、それぞれφ
２０×３０ｍｍのピースに加工し、接合面を２８０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、インサート材料として厚さ５０μm の純Ｃｕ箔を挟
み、約１×１０^-2Ｐa の真空雰囲気中で約７８８Ｋの温
度と約１ＭＰa の圧力を７．２ｋs 間加えた。これによ
り両者は接合でき、Ｃｕインサートは全て複合材料のマ
トリックス中へ拡散吸収された。またＳｉＣ粒子凝集層
もほとんど形成されていない。接合部断面の金属組織を
図１に示す。具体例２ＪＩＳＡＣ８Ａ合金に、径が５μm のＳｉＣ粒子を５
ｍａｓｓ％添加した複合材料（ＰＲＭ）を、それぞれφ
２０×３０ｍｍのピースに加工し、接合面を２８０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、インサート材料として厚さ１００μm の純Ｚｎ箔を
挟み、約１×１０^-2Ｐa の真空雰囲気中で約７８８Ｋの
温度と約１ＭＰa の圧力を３．６ｋs 間加えた。これに
より両者は接合でき、Ｚｎインサートは全て複合材料の
マトリックス中へ拡散吸収された。またＳｉＣ粒子凝集
層もほとんど形成されていない。

【０００９】図１及び図３に示す接合部界面をもつ接合
部材（Ｓ１，Ｓ３とする）について、その接合界面を挾
んでの硬さ分布を図２に示す。これによればＳ３の接合
部材は、硬さの分布と変化が大きいのに対し、Ｓ１のも
のでは、この分布と変化が小さく硬さの均一性がかなり
改善されていることが判る。また靭性，伸び，熱膨張率
など他の物性についての均一性も改善され、応力や熱応
力の集中も緩和されているものと推定できる。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、Ａｌ合金をマトリック
スとする粒子分散複合部材をインサート材を介設して固
相の状態で接合する場合に、その接合部境界にインサー
ト材を残留させず、また粒子凝集を生ずることなく、そ
の接合部境界を不明瞭にできる。したがって、硬さ，靭
性，伸び，熱膨張率等々の物性が連続した粒子分散複合
部材を固相の状態で接合ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によって接合した粒子分散複合部
材の接合断面の金属組織を示す図面に代わる写真であ
る。

【図２】本発明によって接合した接合部材と、従来の方
法によって接合した接合部材の硬さ分布を比較して示す
説明図である。

【図３】従来の方法によって接合した粒子分散複合部材
の接合断面の金属組織を示す図面に代わる写真である。

【図４】従来の方法によって接合した粒子分散複合部材
の他の接合断面の金属組織を示す図面に代わる写真であ
る。

【図５】固相接合法の要領を説明する図である。

【図６】他の固相接合法の要領を説明する図である。

【符号の説明】

１治具２治具３真空容器１０インサート材Ａ接合部材Ｂ接合部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ合金をマトリックスとした粒子分散
複合部材同志をインサート材を介設して固相の状態で接
合する場合に、前記インサート材にＣｕ箔又はＺｎ箔を
用い、温度域７８６〜７９０Ｋ、加圧時間０．６〜１
０．８ｋs 、加圧圧力０．１〜１００ＭＰa の条件で処
理することによって接合面に残るインサート材の層を消
失せしめるとともに、複合部材に分散している粒子の接
合面における凝集を防止することを特徴とする固相拡散
接合法。
【請求項２】粒子分散複合部材のマトリックスにＪＩ
ＳＡＣ８Ａ，ＡＣ８Ｂ，ＡＣ４Ｃ，ＡＣ９Ｂ及びＭＣ
１の各合金を用いることを特徴とする請求項１に記載の
固相拡散接合法。
【請求項３】接合面にインサート材の残留層がなく、
かつ粒子の凝集層のない請求項１に記載の方法で製造し
た粒子分散複合材料。