JPH11158514A - 金属バルク材の接合方法及び金属バルク材の接合体 - Google Patents

金属バルク材の接合方法及び金属バルク材の接合体

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JPH11158514A
JPH11158514A JP32261797A JP32261797A JPH11158514A JP H11158514 A JPH11158514 A JP H11158514A JP 32261797 A JP32261797 A JP 32261797A JP 32261797 A JP32261797 A JP 32261797A JP H11158514 A JPH11158514 A JP H11158514A
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JP
Japan
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joining
metal
bulk material
metal bulk
bonding
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP32261797A
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English (en)
Inventor
Yutaka Matsushita
裕 松下
Setsuji Nakatsuka
節治 中塚
Riyuuji Ootani
隆児 大谷
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属バルク材の接合界面に隙間が少なく接合
状態が良好で、接合時の金属バルク材の変形を抑えるこ
とができる金属バルク材の接合方法を提供する。 【解決手段】 複数の金属バルク材1を放電プラズマ焼
結法を用いて接合する方法に関する。金属バルク材1の
接合面2の粗面化加工を切削加工のみで行う。接合面2
の間に適度な隙間を持たせることができ、プラズマ放電
現象が生じ易くなって内部発熱効果を促進させることが
できると共に接合面2の凹凸の絡み合いの効果を得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電プラズマ焼結
装置により金属バルク材を接合する方法、及びこの方法
により接合された金属バルク材間の接合状態が良好な接
合体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、放電プラズマ焼結装置を用い
て複数の金属バルク材を接合することが行われている
が、この際、各金属バルク材の接合面を粗面化するため
に、接合面に切削加工を施した後、研削による仕上げ加
工を施すようにして粗面化加工を行うようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記のように接
合面に切削加工を施した後、研削による仕上げ加工を施
すようにすると、接合面の粗さが細かくなり過ぎて、金
属バルク材の接合界面の所々にボイド(空気層)が生じ
て隙間が発生するという問題があった。またこの隙間の
発生を防止するために接合温度を高くすると、金属バル
ク材が大きく変形してしまうという問題があった。
【0004】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、金属バルク材の接合界面に隙間が少なく接合状態
が良好で、接合時の金属バルク材の変形を抑えることが
できる金属バルク材の接合方法を提供することを目的と
するものである。また本発明は、金属バルク材の接合界
面に隙間が少ない金属バルク材の接合体を提供すること
を目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の金属バルク材の接合方法は、複数の金属バルク材1を
放電プラズマ焼結法を用いて接合するにあたって、金属
バルク材1の接合面2の粗面化加工を切削加工のみで行
うことを特徴とするものである。また本発明の請求項2
に記載の金属バルク材の接合方法は、請求項1の構成に
加えて、接合界面に粉末状の金属介在物3を設けること
を特徴とするものである。
【0006】また本発明の請求項3に記載の金属バルク
材の接合方法は、請求項2の構成に加えて、金属介在物
3が金属バルク材1の表面の酸化膜を還元する作用を有
する活性化材料であることを特徴とするものである。本
発明の請求項4に記載の金属バルク材の接合体は、複数
の金属バルク材1を放電プラズマ焼結法を用いて接合す
ることによって形成される金属バルク材の接合体であっ
て、接合面2の粗面化加工が切削加工のみで行われた金
属バルク材1を用いて成ることを特徴とするものであ
る。
【0007】また本発明の請求項5に記載の金属バルク
材の接合体は、請求項4の構成に加えて、接合界面に粉
末状の金属介在物3を設けて成ることを特徴とするもの
である。また本発明の請求項6に記載の金属バルク材の
接合体は、請求項5の構成に加えて、金属介在物3とし
て金属バルク材1の表面の酸化膜を還元する作用を有す
る活性化材料を用いて成ることを特徴とするものであ
る。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明では図1に示すように、各金属バルク材1
の接合面2に切削加工のみを施して粗面化加工を行う。
接合面2の粗度は最大粗さ(Rmax)で3μm〜0.
3mm程度に設定するのが好ましい。接合面2の最大粗
さが3μm未満や0.3mmを超えた場合は、対向する
金属バルク材1の接合面2の間にプラズマ放電現象が生
じにくくなって、接合が良好に行われなくなる恐れがあ
る。そしてこの後、接合面2同士を対向させるようにし
て各金属バルク材1を放電プラズマ焼結装置にセット
し、金属バルク材1に高周波パルス電圧などの電圧をか
けて接合面2の間にプラズマ放電現象が生じさせること
によって、金属バルク材1を熱溶着して接合体を形成す
るのである。
【0009】このように金属バルク材1の接合面2を切
削加工のみで粗面化加工を行うことによって、接合面2
の間に適度な隙間を持たせることができ、プラズマ放電
現象が生じ易くなって内部発熱効果を促進させることが
できると共に接合面2の凹凸を絡み合わせることがで
き、金属バルク材1の接合界面に隙間が少なく接合状態
を良好に向上させることができるものである。また比較
的低温での接合が可能であるために金属バルク材1の変
形を最小に抑えることができるものである。さらに研削
による仕上げ加工が不要であるために金属バルク材1の
接合面2の加工時間を短縮することができるものであ
る。
【0010】図2に他の実施の形態を示す。この方法
は、対向する金属バルク材1の接合面2の間に粉末状の
金属介在物3を設けるようにしたものである。その他の
構成は上記実施の形態と同様である。この金属介在物3
は平均粒子径が0.1μm〜0.3mm程度であって、
その材質は金属バルク材1と同等のものが好ましいが、
金属バルク材1よりも融点の低いものであればよい。ま
た金属介在物3は厚みが1mm以下になるように接合面
2の間に設けることができる。
【0011】上記の従来の方法では金属バルク材1の接
合面2の間に何等の介在物も設けていなかったが、本発
明では接合面2の間に金属介在物3を設けたので、金属
介在物3の各粒子の間にも放電プラズマ現象を生じさせ
ることができ、プラズマ放電現象が生じ易くなって内部
発熱効果を促進させることができて金属バルク材1の接
合界面に隙間が少なく接合状態を良好に向上させること
ができるものである。また金属バルク材1に比べて低温
で放電が起きるために、比較的低温での接合が可能で金
属バルク材1の変形を最小に抑えることができるもので
ある。
【0012】上記金属介在物3としては、金属バルク材
1の表面の酸化膜(金属酸化物被膜)を還元する作用を
有する活性化材料であることが好ましく、例えば、金属
の炭化物や金属の水素化物を用いることができる。この
ように金属バルク材1の表面の酸化膜を還元する作用を
有する活性化材料を用いることにより、金属バルク材1
の表面を覆っている酸化膜に化学的な作用を及ぼして酸
化物を還元することができ、金属バルク材1の接合面2
が活性化しやすくなって接合し易くなり、接合を促進さ
せることができるものである。特に、表面が酸化され易
いアルミニウムやチタンの金属バルク材1の接合に対し
て効果が大きいものである。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例によって詳述する。 (実施例1)ベリリウム銅の金属バルク材1の接合面2
に切削加工のみを施して粗面化加工を行った。この接合
面2の最大粗さは25μmに設定した(レーザー顕微鏡
での解析による)。尚、切削加工は金属バルク材1を回
転させながら刃物を接合面2に当てて行った。これを放
電プラズマ焼結装置にて接合して接合体を形成した。放
電プラズマ焼結の条件は温度が800〜900℃、圧力
が160kg/cm2程度であった。
【0014】(実施例2)接合面2の最大粗さを50μ
mに設定した以外は、実施例1と同様にして接合体を形
成した。 (比較例)接合面2に切削加工を施した後、研削加工を
施して接合面2の最大粗さを1μmに設定した以外は、
実施例1と同様にして接合体を形成した。尚、研削加工
は金属バルク材1を回転させながら砥石を接合面2に当
てて行った。
【0015】上記実施例1、2及び比較例の接合界面を
観察したところ、接合面2の粗さが大きいものほど接合
界面の隙間が少なく良好に接合されていた。結果を表1
に示す。表1中の接合度の欄において、◎は接合界面に
隙間なしを、○はほとんど隙間なしを、×は隙間ありを
それぞれ示す。また実施例1、2では比較例に対して約
200℃低い温度において放電プラズマ現象が生じるこ
とが分かり、切削加工のみで粗面化加工を施した方が低
温での接合が可能であり、よって金属バルク材1の変形
を抑えることができることが判る。尚、ベリリウム銅だ
けでなく他の材質の金属バルク材1であっても同様の効
果を得ることができる。また金属バルク材1の材料の剛
性が小さいものほど、接合面2の粗さを大きくしても接
合が良好に行われる。
【0016】
【表1】
【0017】(実施例3)ステンレス(SUS)の円柱
状の金属バルク材1の接合面2(底面)に実施例1と同
様の粗面化加工を行った。次に、二個の金属バルク材1
の接合面2の間に金属介在物3としてステンレス(SU
S)の粉末(平均粒子径が10μm〜0.3mm)を厚
さ1mmで挿入し、これを実施例1と同様に放電プラズ
マ焼結装置にて接合して接合体を形成した。尚、金属介
在物3はレーザー回折法や篩を用いて上記平均粒子径の
ものを選別して使用した。
【0018】上記実施例3の接合界面を観察したとこ
ろ、接合界面の隙間が少なく良好に接合されていた。通
常、ステンレスの金属バルク材1だけでは焼結温度を9
00℃以上に上げないと良好に接合されないが、実施例
3のように接合面2の間に金属介在物3の粉末を挿入す
ることにより、それ以下の温度で良好に接合することが
できた。尚、実施例3では金属バルク材1と同種類の鉄
系材料の金属介在物3を用いたが、金属バルク材1と同
等の融点あるいは金属バルク材1よりも低い融点の銅や
アルミニウムなどの粉末を金属介在物3として用いても
同様の効果が得られる。またステンレスだけでなく他の
材質の金属バルク材1であっても同様の効果を得ること
ができる。
【0019】(実施例4)チタンの円柱状の金属バルク
材1の接合面2(底面)に実施例1と同様の粗面化加工
を行った。次に、二個の金属バルク材1の接合面2の間
に金属介在物3として炭化チタン又は水素化チタンの粉
末を厚さ1mmで挿入し、これを実施例1と同様に放電
プラズマ焼結装置にて接合して接合体を形成した。
【0020】上記実施例4の接合界面を観察したとこ
ろ、接合界面の隙間が少なく良好に接合されていた。通
常、チタンの金属バルク材1の表面は酸化チタンの被膜
で覆われており、活性化されにくく接合が難しい材料で
あるが、炭化チタン又は水素化チタンによる酸化物の還
元作用により良好に接合することができた。尚、チタン
だけでなく他の酸化され易い材質(アルミニウムや銅)
の金属バルク材1であっても同様の効果を得ることがで
きる。
【0021】
【発明の効果】上記のように本発明の請求項1に記載の
発明は、複数の金属バルク材を放電プラズマ焼結法を用
いて接合するにあたって、金属バルク材の接合面の粗面
化加工を切削加工のみで行うので、接合面の間に適度な
隙間を持たせることができ、プラズマ放電現象が生じ易
くなって内部発熱効果を促進させることができると共に
接合面の凹凸の絡み合いの効果により、金属バルク材の
接合界面に隙間が少なく接合状態を良好に向上させるこ
とができるものであり、また、比較的低温での接合が可
能であるために金属バルク材の変形を最小に抑えること
ができるものである。
【0022】また本発明の請求項2に記載の発明は、接
合界面に粉末状の金属介在物を設けるので、金属介在物
の各粒子の間にも放電プラズマ現象を生じさせることが
でき、プラズマ放電現象が生じ易くなって内部発熱効果
を促進させることができて金属バルク材の接合界面に隙
間が少なく接合状態を良好に向上させることができるも
のであり、また金属バルク材に比べて低温で放電が起き
るために、比較的低温での接合が可能で金属バルク材の
変形をさらに小さく抑えることができるものである。
【0023】また本発明の請求項3に記載の発明は、金
属介在物が金属バルク材の表面の酸化膜を還元する作用
を有する活性化材料であるので、金属介在物の活性化材
料で金属バルク材の接合面を還元することにより活性化
しやすくなって接合し易くなり、接合を促進させること
ができるものである。また本発明の請求項4に記載の発
明は、複数の金属バルク材を放電プラズマ焼結法を用い
て接合することによって形成される金属バルク材の接合
体であって、接合面の粗面化加工が切削加工のみで行わ
れた金属バルク材を用いるので、接合面の間に適度な隙
間を持たせることができ、プラズマ放電現象が生じ易く
なって内部発熱効果を促進させることができると共に接
合面の凹凸の絡み合いの効果により、金属バルク材の接
合界面に隙間が少なくなるものである。
【0024】また本発明の請求項5に記載の発明は、接
合界面に粉末状の金属介在物を設けたので、金属介在物
の各粒子の間にも放電プラズマ現象を生じさせることが
でき、プラズマ放電現象が生じ易くなって内部発熱効果
を促進させることができて金属バルク材の接合界面に隙
間が少なくなるものである。また本発明の請求項6に記
載の発明は、金属介在物として金属バルク材の表面の酸
化膜を還元する作用を有する活性化材料を用いるので、
金属介在物の活性化材料で金属バルク材の接合面を還元
することにより活性化しやすくなって接合し易くなり、
接合を促進させ、接合界面に隙間が少なくなるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に実施の形態の一例を示す断面図であ
る。
【図2】同上の他の実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 金属バルク材 2 接合面 3 金属介在物

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の金属バルク材を放電プラズマ焼結
    法を用いて接合するにあたって、金属バルク材の接合面
    の粗面化加工を切削加工のみで行うことを特徴とする金
    属バルク材の接合方法。
  2. 【請求項2】 接合界面に粉末状の金属介在物を設ける
    ことを特徴とする請求項1に記載の金属バルク材の接合
    方法。
  3. 【請求項3】 金属介在物が金属バルク材の表面の酸化
    膜を還元する作用を有する活性化材料であることを特徴
    とする請求項2に記載の金属バルク材の接合方法。
  4. 【請求項4】 複数の金属バルク材を放電プラズマ焼結
    法を用いて接合することによって形成される金属バルク
    材の接合体であって、接合面の粗面化加工が切削加工の
    みで行われた金属バルク材を用いて成ることを特徴とす
    る金属バルク材の接合体。
  5. 【請求項5】 接合界面に粉末状の金属介在物を設けて
    成ることを特徴とする請求項4に記載の金属バルク材の
    接合体。
  6. 【請求項6】 金属介在物として金属バルク材の表面の
    酸化膜を還元する作用を有する活性化材料を用いて成る
    ことを特徴とする請求項5に記載の金属バルク材の接合
    体。
JP32261797A 1997-11-25 1997-11-25 金属バルク材の接合方法及び金属バルク材の接合体 Withdrawn JPH11158514A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1162022A1 (en) * 2000-06-07 2001-12-12 Sumitomo Coal Mining Co., Ltd. Electric joining method and apparatus and a joined unit of members
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