JPS58218367A - 非耐熱性材料とタンタルとの接合方法及び同接合方法利用の圧力変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タンタル材の接合技術に関し、さらに言えば
、非耐熱性材料にタンタルを接合する方法、および、そ
うした接合技術を利用し走度換器に関する。

従来よ）、導入流体から圧力変換器の検出素子を保饅す
るためにバリアダイアフラムが用いうしておシ、そのダ
イアフラムとして、プロセス流体に実質的に浸透されな
い材料の使用が求められている。この要求に答える隔離
用ダイアプラムの材料としては、最近・タンタル（Ｔａ
）が容認されるに至っている。し慕ニジながらタンタル
は他の耐熱性′、′ 材料とは接合てき゛るが、非耐熱材と接合するについて
は、タンターめ１溶融点が非常に高いこと、タンタルの
熱膨張率が低りこと、タンタルに見られる強力な表面酸
化とから派生する重要な問題を含んでいる。従って、例
えばステンレス鋼、ハステロイＣおよびモふル４００の
ような材料ヘタンタルを溶接するということは、非常に
高度で強□力な金属接合を生じさせる従来技術によって
はできなかった。これらの基材材料のほとんどは、溶接
にお騒てタンタルが溶融温度（華氏５４３５度）に到達
すると、容易に蒸発してしまうからである。さらに溶接
中にこれら金属の間に形成される合金は、しばしばもろ
ｂ金属化合物什器もとなる。よく用いられる工業材料例
えばステンレス鋼にタンタ物倉突破し得なりことによ）
妨げられてきた。従って、バリアダイアプラムとして広
くタンタルをｍ−るために、非耐熱材料にタンタルを接
合可能とすることが望ましい１、。

本発明の目的は、非耐熱材とタングぶとの接合方法を提
案すること、および、他の目的はこの接合方法を用すて
、改良された変換器を得ることにある。

そのために、ある特定のろう付は合金を用いて温度係数
の一致した適切な基材にタンタルをろう付けし、それら
の間の温度膨張の差ヲ最小（’−するろう付は合金を加
熱および冷却してタンタルを非耐熱材に接合する接合方
法が提案される。この場合のタンタルはダイ了フラム形
状であり、その取付は基材は周縁部会支持するリング状
のものでよい、この支持リング分は、次に圧力変換′器
のハウジングへ電子ビーム溶接で溶接され、また０１ン
グのごとき手段をもって上記変換器のハウジングとタン
タルの間の圧力シールがなされるものである。

以下１図面を参照してよ）詳細に説明すると、第１図に
は、タンタル材料からなるダイアフラムを同村のりシタ
ル基材に溶接する従来技術を利用した接合構造の断面図
が示されている。この技術では、タンタルダイアフラム
４とりｙメル基材２との接合面に電子ビーム溶接６を与
えることによル、該タンタル基材の上にダイアフラムが
固着される。しかしながらヒのような構造は、タンタル
支持基材２を要する結果１本来的に高価とならざるを得
なり、なお、この基材２は、Ｏリングのごとき通常の流
体シール手段によ郵、ダイアフラム４をｍ−る変換器へ
取付けられる。

第２図に、本発明方法を適用した。ある材料の溶接部の
断面図を示す。この方法にお匹ては、ダイアフラムのよ
うなタンクル要素は、非タンタルおよび非耐熱性の材料
からなる基材に固着される。

特に、上記の基材８は、ろう付は合金１２を介在してタ
ンタル要素１０と固着される。該基材８Ｆｉ、タンタル
の熱膨張率と近似した熱膨張率を有する金属材料であっ
て、圧力変換器用ハウジングの材料として代表的に使わ
れている２例えばステンレス鋼のごとき支持構姿体に溶
接できる材料であればよい。該基材８は、合衆国ペンシ
ルバニア州す−ディングに所在Ｑカーチン２社（Ｃａｒ
ｔｅｃｈ：。

Ｊｎｅ、）によル製造されるコバール（［ｏｖａｒ　）
と称し知られたニッケル、コパル：ｌ□：１□トおよび
鉄から成る１・、、。

合金である。ろう付は合金１査は、タンタルを湿めらせ
て１表面酸化物に浸透させる能力を有し、以って、強力
ガ金属結合と最低の融点を促進させるものでなければな
らない。そして、この融点によルタンタルとコバールと
の間に残留する温度係数の不一致に起因する応力および
歪を最小にすることが可能となる。そのような材料は、
合衆国カリ７オルエア州ベルモントにあるジーテイーイ
ーシルパニ了（ＧＴＥ　ＳｙＡ’ｖａｎｉａ）社のウェ
スコ事業部により製造される銀、銅およびインジウムか
ら成る合金インキュージル（Ｉｎｃｕｓｉｌ）　１５が
これに邑る。このろう付は層１２の厚さは、約０．００
１ないしｏ、ｏｏｓインチである。

コバール基材８にメンタルを接合するためのろう付はサ
イクルは、不活性気体例えばアルゴンガスの雰囲気で行
われる。基材８．タンてル１０およびろう付は合金１２
からなる層状の結合物は、該ろう付は合金是２が液化温
度に到達するまで、まず加熱される。・更に詳しく言え
ば、華氏１３００ｙｅｏｉｉｕｔ−ｃ液化門域（Ｊｉｑ
ｕｉｄｕｓ　ｒａｎｇｅ）に達す′１１す る。なお、同１１６０度で固化領域（ｓｏＪｉｄｕｓ　
ｒａｎｇｅ）に達するものである。その後、前記の液化
温度から固化温度に至るまで１時間当フおよそ華氏１０
０度のゆっくりした冷却速度で上記積層構造体が徐冷さ
れる。前述の液体状から固体状へ至る温度変化の過程に
お−て、タンタル１０とコバール基材８との間の接合が
なされる。、ζうして接合されたタンタルとコバールは
、ろう付は合金１２の固化温度以下で用いられたように
維持される。

上記した徐冷によって、タンタルｌＯとコバール基材８
との間に残留している膨張率の差を許容し得ると共に、
タンタル１０の曲シまたはしわを予防し、コバール基材
８との平らな面結合が得られる。上記の接合によ）、コ
バール基材８にタンタル１０を成功裡に固着することが
できる。

第３図ｔ２第２図のとふるで説明した接合技術を利甲し
た変換器の一例を示す。この変換器においては、カバー
１４が変換器のハウジング１６に取付けられて全体形状
をなしており、このカバー１４とハウジング１６は、適
した材料例えばステンレス鋼で作られる。タンタルダイ
アフラム１８が、上記カバー１４とハウジング１６のそ
れぞれ内部に形成された室２０．２２を分離している。

上記カバー１４に＃′ｉ、流体導入管（図示せず）を受
入れるための流体接続口２４が設けられる。このカバー
１４には、室２０に外部流体を導入するための通路２６
が設けられる。コバール基材はリング２８の形状が与え
られ、前述の接合技術を利用してろう付は合金３０によ
）タンタルダイアフラム１８が、固着される。タンタル
ダイアフラム１８の周縁の一表面は、上記カバー１４＠
の凹所に保持された０リング３２による液密シールが与
えられている。このカバー１４は、ボルトのような、相
応の手段で上記ハウジング五６へ固定される。

；バールよルなる上記リング２８は、ノ１ウジング１６
の外周を巡って照射される電子ビーム溶接３３によって
、該ハウジング１６に固着される。

３４は、空間゛２２を通常の歪検出要素（図示せず）の
ような流体圧力検出要素へ連通するよう、上記ハウジン
グに設けられる通路である。上記室２２と通路３４には
、実質的に非圧縮性の流体が充填されておル、上記流体
導入路２６から変換器内に与えられた流体圧力に対応し
た出力信号を発信できるように、ダイ了フラム１８を介
して、上施例の接合技術による構造の一例に礒ぎず、タ
ンタル層１０．基材８およびろう付は合金１２からなる
他の組合せを前述した接合技術で作）、変換器の構造を
別のものにすることもできる。

本発明によれば、非耐、熱材料にメンタル材を接合する
ための改良された接合技術と、その接合方法を利用した
変換器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、徒歩の接合技術による構造体の断面図、−第
２図は本発明の一実施例を示すタンタル接合構造体の断
面図、第３図は、第２図に示す接合技術をｍ−た変換器
の肌面図である。 ４．１０．１８・・・タンタル ８　、２．．８・・・コバール基材 、・２　、３０１０．うｖ＋ｔｈ、＊’十・−１４・・
・カバー　　１６・・・変換器のハウジング３２・・・
０リング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、メンタ〃を非耐熱性の基材に接合する接合方法であ
   ・つて、下記のステップからなる非耐熱性材料とメンタ
   ルとの接合方法。 （１，）　　タンタル層と非耐熱性層のある重をシ合う
   部分の間に、これらの層ｔ−接合することができる中間
   層を弁栓させるステップ。 （２）　　次に、ζ−れらの層の積層複合体を不活性雰
   囲気中におり″′Ｃ″％前記中間層の液化温度を上まわ
   る温度に置くステップ。 （３）　　その後、前記複合体の温度を前記中間層の固
   化温度以下に′まで１時間当〕約１００°Ｆの、速度で
   下げるステップ。 ２、第１項におりて、中間層はインキュージＭ５（ジー
   テイーイ、シルパニア社の製品の商標）に似た材料であ
   ることを養微とする非耐熱性材料とタンタルとの接合方
   法。 ３、第１項または第２項において、非耐熱性層はコバー
   ル（カーチック社製品の商標）に似た材料であることを
   特徴とする非耐熱性材料とタンタルとの接合方法。 ４、第１項、第２項または第３項にお込て、不活性雰囲
   気はアルゴン雰囲気であることを特徴とする非耐熱性材
   ・料とりｙタルとの接合方法。 ５、第３項におりて、液化温度は約１３００°Ｆ％固化
   温度は約１１６０°Ｆであることを特徴とする非耐熱性
   材料とメンタルとの接合方法。 ６、第３項におりて、中間層の厚さはｏ、ｏｏｉイｙチ
   かも０．００５インチであることを特徴とする非耐熱性
   材料とタンタルとの接合方法。 ７、カバ一手段と、 ハウジング手段と、 上記カバーおよびハウジングの間に挾み置かれたタンタ
   ルよシなるダイアフラムと、上記ハウジングに固着され
   かつ上記ダイアフラムの周縁部に接合したコバール（カ
   ーチック社製品の商標）近似材料よルなるリング状体と
   、上記リング状体と上記タンタルダイアフラムとヲ接合
   したインキュージル１５　（ジーティーイーシルバニア
   社製品の商標）近似材料よシなるろう付は合金とよルな
   る圧力変換器。 ８、上記カバーと上記タンタルダイアフラムとの間の流
   体シールを与えるために、該カバーに０リングを内挿さ
   せた特許請求の範囲第７項記載の圧力変換器。 ９、上記リング状体と上記ハウジングとの固着に電子ビ
   ーム溶接を特徴とする特許請求の範囲第７項または第８
   項記載の圧、力変換器。 １０、上記カバーおよび今、クジジグは、ステンレス鋼
   よルなる特許請求の範囲一７項または第８項記載の圧力
   変換器、：；、 １１、上記カバーには上記ダイオ、フラムの第１側面へ
   与えられた入力信号を受、入するための流体通路が設け
   られてｂる第７項、第８項、第９項または第１０項記載
   の圧力変換器。 １２、上記ハウジングには、上記ダイアフラムの第２側
   面に接して実質的に非圧縮性の流体を充填しである特許
   請求の範囲第７項、第８項、第９項、第１０項または第
   １１項記載の圧力変換器。