JPS62202876A - 金属およびセラミツクスの超音波接合方法 - Google Patents
金属およびセラミツクスの超音波接合方法Info
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- JPS62202876A JPS62202876A JP15927186A JP15927186A JPS62202876A JP S62202876 A JPS62202876 A JP S62202876A JP 15927186 A JP15927186 A JP 15927186A JP 15927186 A JP15927186 A JP 15927186A JP S62202876 A JPS62202876 A JP S62202876A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超音波を利用した金属とセラミックス ″間あ
るいはセラミックスとセラミックス間の超音波接合方法
に関するものである。
るいはセラミックスとセラミックス間の超音波接合方法
に関するものである。
従来、金属とセラミックス間またはセラミックス同志を
接合するのには、高温・高圧を必要としたり、あるいは
真空中または不活性ガスの雰囲気を必要とするなど、そ
の接合条件は難しく実用上大掛りな設備や大きな費用を
要する欠点があった。
接合するのには、高温・高圧を必要としたり、あるいは
真空中または不活性ガスの雰囲気を必要とするなど、そ
の接合条件は難しく実用上大掛りな設備や大きな費用を
要する欠点があった。
また、接合すべき金属あるいはセラミックスの試料の材
質によっては、接合したい二つの試料の融点あるいは軟
化点の温度差が非常に大きい場合基こは、一方の試料の
みが融解または軟化して他方が状態変化しないので、接
合がうまく行われない。
質によっては、接合したい二つの試料の融点あるいは軟
化点の温度差が非常に大きい場合基こは、一方の試料の
みが融解または軟化して他方が状態変化しないので、接
合がうまく行われない。
さらにまた、二つの試料の熱膨張率に大きな差がある場
合は、接合後常温に戻った時、熱膨張率の差によって接
合面にクラックまたは剥離を発生したりする。
合は、接合後常温に戻った時、熱膨張率の差によって接
合面にクラックまたは剥離を発生したりする。
本発明はかかる点に鑑なされたもので、従来のような高
温・高圧あるいは特殊な雰囲気などを必要とすることな
しに、確実で安価に接合できる方法を提供することを目
的とする。
温・高圧あるいは特殊な雰囲気などを必要とすることな
しに、確実で安価に接合できる方法を提供することを目
的とする。
〔問題点を解決するための手段と作用〕前記目的を達成
するため本発明は、第一に、超音波振動を応用すること
によって金属とセラミックス間、あるいはセラミックス
とセラミックス間の接合面を、加圧しながら超音波振動
数による接触摺動作用を与え、両者の接合を行うように
したものである。
するため本発明は、第一に、超音波振動を応用すること
によって金属とセラミックス間、あるいはセラミックス
とセラミックス間の接合面を、加圧しながら超音波振動
数による接触摺動作用を与え、両者の接合を行うように
したものである。
しかして、接合すべき二つの試料の材質による前述した
如き問題点を考慮してつぎのような手段を講じ接合する
。すなわち （１）二つの試料が互いに親和性のある場合はそのまま
接合する。
如き問題点を考慮してつぎのような手段を講じ接合する
。すなわち （１）二つの試料が互いに親和性のある場合はそのまま
接合する。
（２）二つの試料が親和性のない場合は、Φ 二つの試
料の接合面の片方もしくは両方に、各試料と親和性のあ
る単独または複数の材質からなる物質をコーティングあ
るいは塗布もしくは接合する。
料の接合面の片方もしくは両方に、各試料と親和性のあ
る単独または複数の材質からなる物質をコーティングあ
るいは塗布もしくは接合する。
◎ 二つの試料の接合面の間に、親和性のある単独また
は複数の材質からなる粉末、あるいはインサート材を１
枚または複数枚挾む。
は複数の材質からなる粉末、あるいはインサート材を１
枚または複数枚挾む。
θ 前記０項の処理を行った接合面の間に、親和性のあ
る単独または複数の材質からなる粉末、あるいはインサ
ート材を１枚または複数枚挾むようにするなどの方法を
講じて、接合するようになすものである。
る単独または複数の材質からなる粉末、あるいはインサ
ート材を１枚または複数枚挾むようにするなどの方法を
講じて、接合するようになすものである。
さらに本発明は、第二に、超音波振動を応用することに
よって金属とセラミックス間、あるいはセラミックスと
セラミックス間の接合面を、加圧しながら超音波振動数
による接触摺動作用を与え、両者の接合を行うものにお
いて、両者の接合面に対する固定物性および表面工学的
な考察から、その接合面を適当な表面粗さ以内に鏡面仕
上げする手段を講じたのち、両者の接合を行うようにし
たものである。
よって金属とセラミックス間、あるいはセラミックスと
セラミックス間の接合面を、加圧しながら超音波振動数
による接触摺動作用を与え、両者の接合を行うものにお
いて、両者の接合面に対する固定物性および表面工学的
な考察から、その接合面を適当な表面粗さ以内に鏡面仕
上げする手段を講じたのち、両者の接合を行うようにし
たものである。
しかして、固体の物性の面から接合について考察してみ
るに、固体が凝集体として空間内において固定した閉空
間を占めているのは、固体の各原子間に作用している凝
集力のためである。固体の内部原子は上下、左右１前後
の６方向を同種の原子によって囲まれ各原子間に凝集力
が働いているが、固定表面の原子はその６方向の内の１
方向だけ手をつなぐ原子がなく、このため固体表面の原
子は直ぐに他の原子と手をつなぎ易い活性をもっている
。しかも、その固体の表面が空気中で瞬間的に酸素、水
蒸気、油などが吸着されて活性は失われるＯ よって、かように表面を覆っている汚染物を何らかの方
法で取り除き、固体の活性化した表面同志を密着させて
やることから、空気中においても二つの固体の表面を好
都合に接合可能になる。そして、−このような二つの固
体の表面の接合には、つぎの条件が必要である。すなわ
ち、 （１） 固体の表面が清浄化されていること（２）
二つの表面の距離が原子間の凝集力の働く程度に密着
すること そして、前述した如き超音波振動を応用した超音波接合
においては、前記（１）項の両接合面の清浄化作用を奏
することができる。したがって、さらに前記（２）項の
条件を成立させるためには、適当な加圧により接合面を
近づけてやることのほか、接合表面が平滑であること、
すなわち表面の粗さが小さい必要がある。
るに、固体が凝集体として空間内において固定した閉空
間を占めているのは、固体の各原子間に作用している凝
集力のためである。固体の内部原子は上下、左右１前後
の６方向を同種の原子によって囲まれ各原子間に凝集力
が働いているが、固定表面の原子はその６方向の内の１
方向だけ手をつなぐ原子がなく、このため固体表面の原
子は直ぐに他の原子と手をつなぎ易い活性をもっている
。しかも、その固体の表面が空気中で瞬間的に酸素、水
蒸気、油などが吸着されて活性は失われるＯ よって、かように表面を覆っている汚染物を何らかの方
法で取り除き、固体の活性化した表面同志を密着させて
やることから、空気中においても二つの固体の表面を好
都合に接合可能になる。そして、−このような二つの固
体の表面の接合には、つぎの条件が必要である。すなわ
ち、 （１） 固体の表面が清浄化されていること（２）
二つの表面の距離が原子間の凝集力の働く程度に密着
すること そして、前述した如き超音波振動を応用した超音波接合
においては、前記（１）項の両接合面の清浄化作用を奏
することができる。したがって、さらに前記（２）項の
条件を成立させるためには、適当な加圧により接合面を
近づけてやることのほか、接合表面が平滑であること、
すなわち表面の粗さが小さい必要がある。
本発明はかような着眼点にたち、接合面間の距離を凝集
力の作用範囲まで近づけることを意図として、接合面の
粗さを０． Ｉ Ｒａ以下の鏡面仕上げとする手段を講
じて、接合するようになしたものである。
力の作用範囲まで近づけることを意図として、接合面の
粗さを０． Ｉ Ｒａ以下の鏡面仕上げとする手段を講
じて、接合するようになしたものである。
以下、本発明を図面に基づいて詳細説明する。−〔実
施 例〕 第１図は本発明の第１の接合方法が適用された一実施例
を示す要部構成図で、１は超音波周波数の発振電源、２
は電源周波数を機械的振動変位に変換する磁歪または電
歪式の振動子で、振動子２の端子２ａ、２ｂは発振電源
１に接続されている。３は振動子２に例示のように取付
けられていて振動子２の機械的振動を増幅するホーン、
４はそのホーン３の先端に装着されていてホーン３の振
動を接合面に伝える振動棒である。５．６は接合すべき
金属あるいはセラミックスの試料、７は支持台を示す〇 さて、このように構成される装置の振動棒４と支持台７
との間に、図示のように接合すべき試料５゜６を重ねて
挾持し、矢印Ａに示すように振動棒４の上から適当な押
圧力により加圧しておいて、発振電源１により超音波周
波９数の電気振動を与えると、振動子２ζこより電気振
動は機械的振動変位に変換されホーン３は矢印Ｂに示す
方向の振動変位を発生し、ホーン３に取付けられた振動
棒４の先端にその振動変位が伝えられる。この振動変位
のため振動棒４に押圧されている試料５は、振動棒４の
先端との摩擦力のため、振動棒４とともに矢印Ｂの方向
に振動変位し、試料５と６の接触面５１゜６１は上から
の押圧力（矢印Ａ）を受けつつ超音波周波数の微小振動
変位によりこすり合わされる状態となる。
施 例〕 第１図は本発明の第１の接合方法が適用された一実施例
を示す要部構成図で、１は超音波周波数の発振電源、２
は電源周波数を機械的振動変位に変換する磁歪または電
歪式の振動子で、振動子２の端子２ａ、２ｂは発振電源
１に接続されている。３は振動子２に例示のように取付
けられていて振動子２の機械的振動を増幅するホーン、
４はそのホーン３の先端に装着されていてホーン３の振
動を接合面に伝える振動棒である。５．６は接合すべき
金属あるいはセラミックスの試料、７は支持台を示す〇 さて、このように構成される装置の振動棒４と支持台７
との間に、図示のように接合すべき試料５゜６を重ねて
挾持し、矢印Ａに示すように振動棒４の上から適当な押
圧力により加圧しておいて、発振電源１により超音波周
波９数の電気振動を与えると、振動子２ζこより電気振
動は機械的振動変位に変換されホーン３は矢印Ｂに示す
方向の振動変位を発生し、ホーン３に取付けられた振動
棒４の先端にその振動変位が伝えられる。この振動変位
のため振動棒４に押圧されている試料５は、振動棒４の
先端との摩擦力のため、振動棒４とともに矢印Ｂの方向
に振動変位し、試料５と６の接触面５１゜６１は上から
の押圧力（矢印Ａ）を受けつつ超音波周波数の微小振動
変位によりこすり合わされる状態となる。
また、このすべり振動により、接触面５１．６１の酸化
皮膜などが破壊除去されて清浄な面と面が接触し、押圧
力（矢印Ａ）と接触面５１．６１間の摩擦熱により局部
的に温度が高まり、接触面５１．６１が融解または軟化
して、両接触面５１．６１が接合される。
皮膜などが破壊除去されて清浄な面と面が接触し、押圧
力（矢印Ａ）と接触面５１．６１間の摩擦熱により局部
的に温度が高まり、接触面５１．６１が融解または軟化
して、両接触面５１．６１が接合される。
第２図は金属とセラミックスの接合における表面粗さと
接合強度の関係を示すグラフである。
接合強度の関係を示すグラフである。
すなわち、図示の如く表面粗さを小さくすることにより
接合強度が大きくなり、これは加圧密着時の真の接触面
積のよるものであって、また表面粗さが威信よりと大き
いと、加圧力、超音波振動印加時間をどのように変えて
も接合せず、接合が表面粗さに大きく依存していること
を示すものである。
接合強度が大きくなり、これは加圧密着時の真の接触面
積のよるものであって、また表面粗さが威信よりと大き
いと、加圧力、超音波振動印加時間をどのように変えて
も接合せず、接合が表面粗さに大きく依存していること
を示すものである。
したがって、第１図の説明の如くすべり振動により接触
面５１，６１の酸化皮膜などが除去し得るものの、それ
らの表面粗さが粗すぎる際には、ミクロ的に見たときの
表面粗さの山の頂きの酸化皮膜が除去されるのみで、接
触面間の距離も前述の凝集力の作用範囲まで近づき得な
く、接合現象を生じない場合が発生する。
面５１，６１の酸化皮膜などが除去し得るものの、それ
らの表面粗さが粗すぎる際には、ミクロ的に見たときの
表面粗さの山の頂きの酸化皮膜が除去されるのみで、接
触面間の距離も前述の凝集力の作用範囲まで近づき得な
く、接合現象を生じない場合が発生する。
特に、セラミックスは金属と異なり非常に硬度が高く、
軟化温度も高いかあるいはその軟化温度がないと同じで
あり、超音波振動による接触摺動によりても表面の塑性
変形が殆ど行われものとなれば、表面粗さの大小が直接
的に接合の可否を決定するものとなる。
軟化温度も高いかあるいはその軟化温度がないと同じで
あり、超音波振動による接触摺動によりても表面の塑性
変形が殆ど行われものとなれば、表面粗さの大小が直接
的に接合の可否を決定するものとなる。
しかして、かかる接合面の表面の粗さを、０． Ｉ Ｒ
ａ以下ｉこ鏡面仕上げしたのち、接合するようにしたこ
とが本発明の第２の接合方法である。
ａ以下ｉこ鏡面仕上げしたのち、接合するようにしたこ
とが本発明の第２の接合方法である。
さらには、かくの如き鏡面仕上げに関して、アルミニウ
ムとジルコニア、アルミニウムと炭化ケイ素などの接合
試験を試みることにより、表面粗さがＱ、 ５ Ｒａ以
上では全く接合現象を生ぜず、表面粗さが０．１Ｒａ以
下において良好な接合を奏する実験結果を得ることがで
きた。
ムとジルコニア、アルミニウムと炭化ケイ素などの接合
試験を試みることにより、表面粗さがＱ、 ５ Ｒａ以
上では全く接合現象を生ぜず、表面粗さが０．１Ｒａ以
下において良好な接合を奏する実験結果を得ることがで
きた。
上述したように本発明の金属−セラミックス、あるいは
セラミックス−セラミックスの接合方法は、高温・高圧
・真空・不活性ガス雰囲気などの特殊な環境を必要とし
ないで常温常圧のもとて二つの試料をそのまま、あるい
は接合面に親和性のある物質をコーティングするとか、
塗布すると力ζ予かしめ接合しておくとか、あるいは親
和性のある粉末またはインサート材を挾むなどの簡単な
方法により、さらには接合面を予め鏡面仕上げしておく
方法を用いた簡便な接合方法を提供でき、実用上の効果
が甚だ大である。
セラミックス−セラミックスの接合方法は、高温・高圧
・真空・不活性ガス雰囲気などの特殊な環境を必要とし
ないで常温常圧のもとて二つの試料をそのまま、あるい
は接合面に親和性のある物質をコーティングするとか、
塗布すると力ζ予かしめ接合しておくとか、あるいは親
和性のある粉末またはインサート材を挾むなどの簡単な
方法により、さらには接合面を予め鏡面仕上げしておく
方法を用いた簡便な接合方法を提供でき、実用上の効果
が甚だ大である。
第１図は本発明の第１の接合方法が適用された一実施例
を示す要部構成図、第２図は本発明の第２の接合方法を
説明するため示したグラフである。 １・・・・・・発振電源、２・・・・・・碍歪または電
歪式の振動子、３・・・・・・ホーン、４・・・・・・
振動棒、５，６・・・・・・試料、７・・・・・・支持
台。
を示す要部構成図、第２図は本発明の第２の接合方法を
説明するため示したグラフである。 １・・・・・・発振電源、２・・・・・・碍歪または電
歪式の振動子、３・・・・・・ホーン、４・・・・・・
振動棒、５，６・・・・・・試料、７・・・・・・支持
台。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 金属とセラミックス間、あるいはセラミックスとセ
ラミックス間の接合面を、加圧しながら超音波振動数に
よる接触摺動作用を与えることにより両者を接合するこ
とを特徴とする金属およびセラミックスの超音波接合方
法。 ２ 金属とセラミックス間、あるいはセラミックスとセ
ラミックス間の接合において、前記金属面あるいはセラ
ミックス面の片方、もしくは両方の面に、親和性のある
物質をコーティングあるいは塗布もしくは接合するよう
にした特許請求の範囲第１項記載の金属およびセラミッ
クスの超音波接合方法。 ３ 金属とセラミックス間、あるいはセラミックスとセ
ラミックス間の接合面の間に、各面に親和性のある一種
類または複数の材質からなる粉末、あるいは１枚以上の
インサート材を挾むようにした特許請求の範囲第１項記
載の金属およびセラミックスの超音波接合方法。 ４ 金属とセラミックス間、あるいはセラミックスとセ
ラミックス間の接合において、前記金属面あるいはセラ
ミックス面の片方、もしくは両方の面に、親和性のある
物質をコーティングあるいは塗布もしくは接合する処理
を行った接合面の間に、各面に親和性のある一種類また
は複数の材質からなる粉末、あるいは１枚以上のインサ
ート材を挾むようにした特許請求の範囲第１項記載の金
属およびセラミックスの超音波接合方法。 ５ 金属とセラミックス間、あるいはセラミックスとセ
ラミックス間の接合面の表面粗さを０．１Ｒａ以内に鏡
面仕上げし、かつ該接合面を加圧しながら超音波振動数
による接触摺動作用を与えることにより両者を接合する
ことを特徴とする金属およびセラミックスの超音波接合
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26265785 | 1985-11-25 | ||
| JP60-262657 | 1985-11-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62202876A true JPS62202876A (ja) | 1987-09-07 |
Family
ID=17378815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15927186A Pending JPS62202876A (ja) | 1985-11-25 | 1986-07-07 | 金属およびセラミツクスの超音波接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62202876A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0294675A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Osaka Prefecture | 酸化物超伝導体の電極形成方法 |
| JPH02116180A (ja) * | 1988-10-26 | 1990-04-27 | Osaka Prefecture | 酸化物超伝導体の電極形成方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6114092A (ja) * | 1984-06-28 | 1986-01-22 | Res Dev Corp Of Japan | セラミツクスと金属の超音波接合方法 |
-
1986
- 1986-07-07 JP JP15927186A patent/JPS62202876A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6114092A (ja) * | 1984-06-28 | 1986-01-22 | Res Dev Corp Of Japan | セラミツクスと金属の超音波接合方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0294675A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Osaka Prefecture | 酸化物超伝導体の電極形成方法 |
| JPH02116180A (ja) * | 1988-10-26 | 1990-04-27 | Osaka Prefecture | 酸化物超伝導体の電極形成方法 |
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