JPS6236077A - 異種材料の結合方法 - Google Patents
異種材料の結合方法Info
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- JPS6236077A JPS6236077A JP60172192A JP17219285A JPS6236077A JP S6236077 A JPS6236077 A JP S6236077A JP 60172192 A JP60172192 A JP 60172192A JP 17219285 A JP17219285 A JP 17219285A JP S6236077 A JPS6236077 A JP S6236077A
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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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、炭素＃Ｊｌｌａ／炭素複合材料または金属
繊維・炭素繊維／炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合
するのに利用される異種材料の結合方法に関するもので
ある。
繊維・炭素繊維／炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合
するのに利用される異種材料の結合方法に関するもので
ある。
（従来の技術）
従来、セラミックス等の無機質材料と金属材料とを結合
（接合）する方法としては、例えば、セラミックスの表
面にメタライジングを施し、必要に応じて金属めっきを
行ったのち、金属とろう付けを行う高融点金属法や、非
常に活性な金属と、この金属と比較的低融点の合金をつ
くる金属とを共晶組成となるようにセラミックスと金属
との間に挿入し、真空中または不活性雰囲気中で加熱す
る活性金属法や、セラミックスと金属との間に酸化物ソ
ルダーを入れて加熱する方法などがあった。（セラミッ
クス技術集成、セラミックス材料技術編集委員会編、昭
和５４年４月１０日発行。
（接合）する方法としては、例えば、セラミックスの表
面にメタライジングを施し、必要に応じて金属めっきを
行ったのち、金属とろう付けを行う高融点金属法や、非
常に活性な金属と、この金属と比較的低融点の合金をつ
くる金属とを共晶組成となるようにセラミックスと金属
との間に挿入し、真空中または不活性雰囲気中で加熱す
る活性金属法や、セラミックスと金属との間に酸化物ソ
ルダーを入れて加熱する方法などがあった。（セラミッ
クス技術集成、セラミックス材料技術編集委員会編、昭
和５４年４月１０日発行。
第７３８頁〜第７４７頁：日本金属学会報第２２巻第１
号第３頁〜第７頁）。
号第３頁〜第７頁）。
（発明が解決しようとする問題点）
このような従来のセラミックス材料と金属材料とを結合
する方法では、ろう材や酸化物ソルダーを使用している
ため、結合部に例えば酸化物ソルダーとしてＡｌ２Ｏ２
、ＣａＯを主成分とするものを用いたとしてその融点が
約１５００℃程度であり、とくに無機質材料として、炭
素繊維／炭素複合材料や、金属繊維争炭素ｍａ／炭素複
合材料のように、耐熱温度が２０００℃〜２５００°Ｃ
以上にも及ぶような材料と高融点金属材料とを接合する
場合には、上記した従来の結合では結合強度の維持が困
難であるという問題点があった。
する方法では、ろう材や酸化物ソルダーを使用している
ため、結合部に例えば酸化物ソルダーとしてＡｌ２Ｏ２
、ＣａＯを主成分とするものを用いたとしてその融点が
約１５００℃程度であり、とくに無機質材料として、炭
素繊維／炭素複合材料や、金属繊維争炭素ｍａ／炭素複
合材料のように、耐熱温度が２０００℃〜２５００°Ｃ
以上にも及ぶような材料と高融点金属材料とを接合する
場合には、上記した従来の結合では結合強度の維持が困
難であるという問題点があった。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、結合部における耐熱強度を著しく高くして高
温の環境においても結合強度を十分に維持することがで
き、結合性と封着性が著しく良好である複合材料と耐熱
金属材料との結合方法を提供することを目的としている
。
たもので、結合部における耐熱強度を著しく高くして高
温の環境においても結合強度を十分に維持することがで
き、結合性と封着性が著しく良好である複合材料と耐熱
金属材料との結合方法を提供することを目的としている
。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
この発明による複合材料と耐熱金属材料との結合方法は
、炭素繊維／炭素複合材料または金属繊維・炭素繊維／
炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに際し、前記
複合材料と耐熱金属材料との結合部に高エネルギー密度
溶接を行って溶融金属を前記複合材料の微小空隙部分に
含浸させ、凝固後に前記金属と複合材料との介面で機械
的な係合を生じさせて前記複合材料と耐熱金属材料とを
結合することを特徴としている。
、炭素繊維／炭素複合材料または金属繊維・炭素繊維／
炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに際し、前記
複合材料と耐熱金属材料との結合部に高エネルギー密度
溶接を行って溶融金属を前記複合材料の微小空隙部分に
含浸させ、凝固後に前記金属と複合材料との介面で機械
的な係合を生じさせて前記複合材料と耐熱金属材料とを
結合することを特徴としている。
この発明が適用される複合材料は、炭素繊維／炭素複合
材料や、これにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｂ等の金属繊維やウ
ィスカーをさらに複合化させた金属繊維・炭素繊維／炭
素複合材料などがある。
材料や、これにＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｂ等の金属繊維やウ
ィスカーをさらに複合化させた金属繊維・炭素繊維／炭
素複合材料などがある。
これらのうち、炭素繊維としては、ピッチ（石油ピッチ
や石炭ピッチ）系のもの、レイヨン系のもの、ＰＡＮ系
のものなどが使用される。
や石炭ピッチ）系のもの、レイヨン系のもの、ＰＡＮ系
のものなどが使用される。
また、前記炭素繊維、金属繊維のマトリックス。
（母相）となる炭素としては、カーボンやグラファイト
が使用される。
が使用される。
そして、炭素繊維／炭素複合材料や、金属繊維・炭素ｔ
ａ維／炭素複合材料を製造する方法は特に限定されない
が、例えば、カーボン８１ ｍ ／フェノール、グラフ
ァイト繊維／フェノールからなるＦＲＰを一次焼成によ
って炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するために
ピッチ含浸と焼成を繰り返す方法や、カーボン繊維やグ
ラフアト繊維で編んだ骨材に炭化水素を熱分解して生成
する炭素を化学的に蒸着（ＣＶＤ）させる方法などがあ
る。
ａ維／炭素複合材料を製造する方法は特に限定されない
が、例えば、カーボン８１ ｍ ／フェノール、グラフ
ァイト繊維／フェノールからなるＦＲＰを一次焼成によ
って炭化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するために
ピッチ含浸と焼成を繰り返す方法や、カーボン繊維やグ
ラフアト繊維で編んだ骨材に炭化水素を熱分解して生成
する炭素を化学的に蒸着（ＣＶＤ）させる方法などがあ
る。
さらにまた、この発明が適用される耐熱金属材料として
は、結合の相手材が炭素（カーボン、グラファイト）系
の複合材料であることから、炭化物を形成しやすい材料
があり、例えば、Ｔｉ。
は、結合の相手材が炭素（カーボン、グラファイト）系
の複合材料であることから、炭化物を形成しやすい材料
があり、例えば、Ｔｉ。
Ｍ ｏ 、 Ｎ ｂ 、 Ｔ ａ 、 Ｚ ｒ 、 Ｗ
、 Ｃｒ 、 Ｖなどを使用することができ、また、
そのほかの耐熱金属および合金、例えば、ハステロイ、
インコネル、ヘインズ等のＮｉ基やＣｏ基の耐熱拳耐食
合金や、耐熱鋼および合金鋼も使用される。
、 Ｃｒ 、 Ｖなどを使用することができ、また、
そのほかの耐熱金属および合金、例えば、ハステロイ、
インコネル、ヘインズ等のＮｉ基やＣｏ基の耐熱拳耐食
合金や、耐熱鋼および合金鋼も使用される。
この発明の一実施態様においては、炭素繊維／炭素複合
材料または金属繊維・炭素繊維／炭素複合材料と耐熱金
属材料とを結合するに際し、第１図に模型的に示すよう
に、前記複合材料（Ｃ／Ｃ）１と耐熱金属材料（Ｍ）２
との結合部の開先３に、耐熱金属からなる溶加棒４およ
び溶接トーチ５を用いた高エネルギー密度溶接を行うこ
とによって溶融金属を供給し、前記溶加棒４からの溶融
金属、あるいは場合によっては耐熱金属材料２が溶けた
溶融金属も含めた溶融金属６を前記複合材料１の微小空
隙部に浸透させ、凝固後に前記金属と複合材料との界面
で機械的な係合を生じさせることにより、前記複合材料
１と耐熱金属材料２とを結合する。
材料または金属繊維・炭素繊維／炭素複合材料と耐熱金
属材料とを結合するに際し、第１図に模型的に示すよう
に、前記複合材料（Ｃ／Ｃ）１と耐熱金属材料（Ｍ）２
との結合部の開先３に、耐熱金属からなる溶加棒４およ
び溶接トーチ５を用いた高エネルギー密度溶接を行うこ
とによって溶融金属を供給し、前記溶加棒４からの溶融
金属、あるいは場合によっては耐熱金属材料２が溶けた
溶融金属も含めた溶融金属６を前記複合材料１の微小空
隙部に浸透させ、凝固後に前記金属と複合材料との界面
で機械的な係合を生じさせることにより、前記複合材料
１と耐熱金属材料２とを結合する。
なお、高エネルギー密度溶接としては、アーク熱源を用
いたＭＩＧ溶接法、ＴＩＧ溶接法、メタルアーク溶接法
、プラズマアーク溶接法や、レーザ溶接法、ビーム溶接
法などが使用され、より望ましくは供給パワー密度が１
０４Ｗ／ｃｍ２．さらに必要に応じて１０５Ｗ／ｃｍ２
以上の高エネルギー密度のものが使用される。
いたＭＩＧ溶接法、ＴＩＧ溶接法、メタルアーク溶接法
、プラズマアーク溶接法や、レーザ溶接法、ビーム溶接
法などが使用され、より望ましくは供給パワー密度が１
０４Ｗ／ｃｍ２．さらに必要に応じて１０５Ｗ／ｃｍ２
以上の高エネルギー密度のものが使用される。
この発明の他の実施態様においては、炭素繊維／炭素複
合材料または金属繊維争炭素＃Ｊ！ｌ維／炭素複合材料
と耐熱金属材料とを結合するに際し。
合材料または金属繊維争炭素＃Ｊ！ｌ維／炭素複合材料
と耐熱金属材料とを結合するに際し。
第２図に模型的に示すように、前記複合材料（Ｃ／Ｃ）
１と耐熱金属材料（Ｍ）２との結合部の開先３に、溶加
用金属粉末送給管７を接続したプラズマアーク溶接トー
チ８を用いた高エネルギー密度溶接を行うことによって
溶融金属を供給し、前記金属粉末からの溶融金属、ある
いは場合によっては耐熱金属材料２が溶けた溶融金属も
含めた溶融金属６を前記複合材料１の微小空隙部分に浸
透させ、凝固後に前記金属と複合材料１との界面で機械
的な係合を生じさせることにより前記複合材料１と耐熱
金属材料２とを結合する。
１と耐熱金属材料（Ｍ）２との結合部の開先３に、溶加
用金属粉末送給管７を接続したプラズマアーク溶接トー
チ８を用いた高エネルギー密度溶接を行うことによって
溶融金属を供給し、前記金属粉末からの溶融金属、ある
いは場合によっては耐熱金属材料２が溶けた溶融金属も
含めた溶融金属６を前記複合材料１の微小空隙部分に浸
透させ、凝固後に前記金属と複合材料１との界面で機械
的な係合を生じさせることにより前記複合材料１と耐熱
金属材料２とを結合する。
なお、この発明による結合方法においては、＃ｉ会合材
料中金属繊維と、耐熱金属材料と、溶加材金属とにおけ
る各々の金属の種類は必らずしも同一のものでなくとも
よい、すなわち、前記王者の金属を同一のものとするほ
か、王者の金属を異ならせることも可能であり、また王
者の金属を同一のものとすることも可能であり、あるい
は異ならせるとしても同−族に属する金属を使用するこ
とも可能である。
料中金属繊維と、耐熱金属材料と、溶加材金属とにおけ
る各々の金属の種類は必らずしも同一のものでなくとも
よい、すなわち、前記王者の金属を同一のものとするほ
か、王者の金属を異ならせることも可能であり、また王
者の金属を同一のものとすることも可能であり、あるい
は異ならせるとしても同−族に属する金属を使用するこ
とも可能である。
（実施例１）
第３図に示すように、一端側がストレート状に開口しか
つ内周面に０リング溝１１ａを有し、他端側にスロート
部１１ｂを有するロケットのノズル１１を炭素ｒ繊維／
炭素複合材料から製作した。
つ内周面に０リング溝１１ａを有し、他端側にスロート
部１１ｂを有するロケットのノズル１１を炭素ｒ繊維／
炭素複合材料から製作した。
また、ボス部１２ａと２ラング部１２ｂとを有するリン
グ状のホルダーリング１２をＮｉ基耐熱金属材料（ハス
テロ４８２２８重量％Ｍ ｏ −５重量％Ｆｅ−残部Ｎ
ｉ）から製作した。
グ状のホルダーリング１２をＮｉ基耐熱金属材料（ハス
テロ４８２２８重量％Ｍ ｏ −５重量％Ｆｅ−残部Ｎ
ｉ）から製作した。
次いで、ノズル１１の一端側外周部とホルダーリング１
２のボス部１２ａの内周部とを嵌合し、不活性雰囲気（
アルゴンガス雰囲気）内においてプラズマアーク溶接に
よって、溶加棒（ハステロイＷ；５重量％Ｃｒ−２４，
５重量％Ｍｏ−５゜５重量％Ｆｅ−残部Ｎｉ）を溶融し
ながらリング状に二条の全周溶接を行い、溶接金属１３
を形成させてノズル１１とホルダーリング１２との結合
を行った。
２のボス部１２ａの内周部とを嵌合し、不活性雰囲気（
アルゴンガス雰囲気）内においてプラズマアーク溶接に
よって、溶加棒（ハステロイＷ；５重量％Ｃｒ−２４，
５重量％Ｍｏ−５゜５重量％Ｆｅ−残部Ｎｉ）を溶融し
ながらリング状に二条の全周溶接を行い、溶接金属１３
を形成させてノズル１１とホルダーリング１２との結合
を行った。
ここで、一部の製品において、結合部分の断面を観察し
たところ、ノズル１１を構成する炭素繊維／炭素複合材
料内に溶接金属１３が部分的に含浸しており１機械的な
かみ合い状態が形成されていることが確かめられた。
たところ、ノズル１１を構成する炭素繊維／炭素複合材
料内に溶接金属１３が部分的に含浸しており１機械的な
かみ合い状態が形成されていることが確かめられた。
このようにして、ノズル１１の一端に金属製のホルダー
リング１２を結合し、第４図に示すように０リング溝？
ｉａ内に０リング１４を装着した状態で相手材（インジ
ェクター等）１５と組み合わせ、多数の耐熱ボルト１６
により前記ノズル１１をホルダーリング１２を介して相
手材１５に固定した。
リング１２を結合し、第４図に示すように０リング溝？
ｉａ内に０リング１４を装着した状態で相手材（インジ
ェクター等）１５と組み合わせ、多数の耐熱ボルト１６
により前記ノズル１１をホルダーリング１２を介して相
手材１５に固定した。
（実施例２）
この実施例２では、実施例１において使用した溶加棒と
同じ組成かなる金属粉末（ハステロイＷ粉末）を溶接ト
ーチ内に供給するプラズマアーク溶接により溶接金属１
３を形成したほかは、実施例１と同じにして溶接を行っ
た。
同じ組成かなる金属粉末（ハステロイＷ粉末）を溶接ト
ーチ内に供給するプラズマアーク溶接により溶接金属１
３を形成したほかは、実施例１と同じにして溶接を行っ
た。
この場合にも、ノズル１１を構成する炭素ａｒｔｓ／炭
素複合炭素複合材核内属１３が部分的に含浸しており、
機械的なかみ合い状態が形成されていることが確かめら
れた。
素複合炭素複合材核内属１３が部分的に含浸しており、
機械的なかみ合い状態が形成されていることが確かめら
れた。
［発明の効果］
以上説明してきたように、この発明によれば、金属繊維
・炭素繊維／炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合する
に際し、前記複合材料と耐熱金属材料との結合部に高エ
ネルギー密度溶接を行って溶融金属を前記複合材料の微
小空隙部分に含浸させ、凝固後に前記金属と複合材料と
の介面で機械的な係合を生じさせて前記複合材料と耐熱
金属材料とを結合するようにしたから、複合材料と金属
材料との結合を著しく良好に行うことが可能であり、結
合部の機械的強度が十分に高く、厳しい高熱環境におい
ても結合強度を十分高く維持することが可能であるとと
もに、熱膨張・収縮に対してもすこぶる大きな結合強度
をもち、しかも結合部分での封着性（シール性、気密性
）を著しく高いものとすることが可能であるという著大
なる効果がもたらされる。
・炭素繊維／炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合する
に際し、前記複合材料と耐熱金属材料との結合部に高エ
ネルギー密度溶接を行って溶融金属を前記複合材料の微
小空隙部分に含浸させ、凝固後に前記金属と複合材料と
の介面で機械的な係合を生じさせて前記複合材料と耐熱
金属材料とを結合するようにしたから、複合材料と金属
材料との結合を著しく良好に行うことが可能であり、結
合部の機械的強度が十分に高く、厳しい高熱環境におい
ても結合強度を十分高く維持することが可能であるとと
もに、熱膨張・収縮に対してもすこぶる大きな結合強度
をもち、しかも結合部分での封着性（シール性、気密性
）を著しく高いものとすることが可能であるという著大
なる効果がもたらされる。
第１図および第２図はこの発明の各実施態様における高
エネルギー密度溶接の要領を示す模型的説明図、第３図
はこの発明の実施例において複合材料からなるノズルと
＃熱金属材料からなるホルダーリングとを結合した後の
状態を示す断面説明図、第４図は第３図に示した結合体
を相手部材を固定した状態を示す断面説明図である。 １．１１・・・合繊維複合材料、 ２．１２・・・耐熱金属材料、 ６・・・溶融金属、 １３・・・溶接金属。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 小 塩 豊 第２図
エネルギー密度溶接の要領を示す模型的説明図、第３図
はこの発明の実施例において複合材料からなるノズルと
＃熱金属材料からなるホルダーリングとを結合した後の
状態を示す断面説明図、第４図は第３図に示した結合体
を相手部材を固定した状態を示す断面説明図である。 １．１１・・・合繊維複合材料、 ２．１２・・・耐熱金属材料、 ６・・・溶融金属、 １３・・・溶接金属。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 小 塩 豊 第２図
Claims (1)
- （１）炭素繊維／炭素複合材料または金属繊維・炭素繊
維／炭素複合材料と耐熱金属材料とを結合するに際し、
前記複合材料と耐熱金属材料との結合部に高エネルギー
密度溶接を行って溶融金属を前記複合材料の微小空隙部
分に含浸させ、凝固後に前記金属と複合材料との介面で
機械的な係合を生じさせて前記複合材料と耐熱金属材料
とを結合することを特徴とする異種材料の結合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60172192A JPS6236077A (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 異種材料の結合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60172192A JPS6236077A (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 異種材料の結合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6236077A true JPS6236077A (ja) | 1987-02-17 |
Family
ID=15937279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60172192A Pending JPS6236077A (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 異種材料の結合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6236077A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08508235A (ja) * | 1993-04-30 | 1996-09-03 | フォスター ミラー インコーポレーテッド | 複合構造体用補強継手及び複合部品の接合法 |
| EP1180067A4 (en) * | 2000-01-26 | 2004-03-31 | Lion Compact Energy Inc | METHOD FOR THE PRODUCTION OF THERMAL AND NAND-RESISTANT ELECTRICAL CONNECTIONS |
| WO2010119995A1 (ja) * | 2009-04-17 | 2010-10-21 | Kutsuna Muneharu | 繊維強化複合材料のレーザ加工方法と加工部材 |
| JP2011056583A (ja) * | 2010-09-21 | 2011-03-24 | Muneharu Kutsuna | 複合材料のレーザ加工法 |
-
1985
- 1985-08-05 JP JP60172192A patent/JPS6236077A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08508235A (ja) * | 1993-04-30 | 1996-09-03 | フォスター ミラー インコーポレーテッド | 複合構造体用補強継手及び複合部品の接合法 |
| EP1180067A4 (en) * | 2000-01-26 | 2004-03-31 | Lion Compact Energy Inc | METHOD FOR THE PRODUCTION OF THERMAL AND NAND-RESISTANT ELECTRICAL CONNECTIONS |
| WO2010119995A1 (ja) * | 2009-04-17 | 2010-10-21 | Kutsuna Muneharu | 繊維強化複合材料のレーザ加工方法と加工部材 |
| JP2011056583A (ja) * | 2010-09-21 | 2011-03-24 | Muneharu Kutsuna | 複合材料のレーザ加工法 |
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