JPS63139077A - 熱膨張係数の異なる異種材料の接合法 - Google Patents
熱膨張係数の異なる異種材料の接合法Info
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- JPS63139077A JPS63139077A JP28714386A JP28714386A JPS63139077A JP S63139077 A JPS63139077 A JP S63139077A JP 28714386 A JP28714386 A JP 28714386A JP 28714386 A JP28714386 A JP 28714386A JP S63139077 A JPS63139077 A JP S63139077A
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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、熱膨張係数の異なる異種材料の接合法に係り
、さらに詳しくは、温度変化に伴って接合面近傍に発生
する熱応力を緩和し、部材の破損を防ぐと共に、大きな
外荷重に耐え得るようにした平らな接合面を有する突き
合わせ接合体を製作する方法に関するものである。
、さらに詳しくは、温度変化に伴って接合面近傍に発生
する熱応力を緩和し、部材の破損を防ぐと共に、大きな
外荷重に耐え得るようにした平らな接合面を有する突き
合わせ接合体を製作する方法に関するものである。
［従来の技術］
従来、熱膨張係数の異なる異種材料を接合する方法とし
ては、接着剤を用いる接合、拡散接合、反応接合、焼き
ばめのような機械的接合が行われている。しかし、熱膨
張係数の差と温度変化に起因して接合面近傍に発生する
熱応力については、接合部付近での部材形状と、応力分
布を結びつけた検討が、機械重接合法以外の方法の場合
はほとんど行われていない。
ては、接着剤を用いる接合、拡散接合、反応接合、焼き
ばめのような機械的接合が行われている。しかし、熱膨
張係数の差と温度変化に起因して接合面近傍に発生する
熱応力については、接合部付近での部材形状と、応力分
布を結びつけた検討が、機械重接合法以外の方法の場合
はほとんど行われていない。
熱膨張係数の異なる異種材料を接合し、接合温度と接合
部材の使用温度または室温との差がある場合、接合部に
熱応力が発生する。突き合わせ接合の場合、接合温度か
らの冷却過程においては、８膨張係数のより小さい材料
側に主に圧縮の熱応力が、他方の材料に引張りの熱応力
が発生する。
部材の使用温度または室温との差がある場合、接合部に
熱応力が発生する。突き合わせ接合の場合、接合温度か
らの冷却過程においては、８膨張係数のより小さい材料
側に主に圧縮の熱応力が、他方の材料に引張りの熱応力
が発生する。
そして、逆に、接合温度よりの昇！過程においては、熱
膨張係数のより大きい材料側に主に圧縮の熱応力が、他
方の材料に引張りの熱応力が発生する。
膨張係数のより大きい材料側に主に圧縮の熱応力が、他
方の材料に引張りの熱応力が発生する。
しかしながら、接合面の中心付近では圧縮の熱応力が発
生している材料でも、その接合面近傍の部材表面付近に
おいては、接合面に対し垂直またはかなり大きな角度を
イ〕する方向の大きな引張りの熱応力が発生する。
生している材料でも、その接合面近傍の部材表面付近に
おいては、接合面に対し垂直またはかなり大きな角度を
イ〕する方向の大きな引張りの熱応力が発生する。
−・股に、セラミックスやガラスのような脆性材料は、
圧縮強度に比べて引張り強度が非常に小ざ〈、接合時の
熱応力分布も引張り応力を抑制することが必要である。
圧縮強度に比べて引張り強度が非常に小ざ〈、接合時の
熱応力分布も引張り応力を抑制することが必要である。
そのため、この種の材料では、丘記接合面近傍の領域に
おいて部材表面付近に発生する引張りの熱応力により、
材料の破損を招き易い。そして、脆性材料中のこのよう
な応力は、接合面に垂直な方向の荷重が接合部材に負荷
される場合には、その強度を低下させる方向に作用する
ことは明らかである。
おいて部材表面付近に発生する引張りの熱応力により、
材料の破損を招き易い。そして、脆性材料中のこのよう
な応力は、接合面に垂直な方向の荷重が接合部材に負荷
される場合には、その強度を低下させる方向に作用する
ことは明らかである。
［発明が解決しようとする問題点」
本発明の目的は、８膨張係数が異なる二つの材料から成
る部材を、接合温度と使用温度または室温とか大きく異
なるという条件丁で接合する場合に、内部には圧縮の熱
応力が発生し、接合部近傍の部材表面付近には引張り応
力が発生するような脆性材料の破損を防止し、大きな強
度を有する接合材が得られるようにした接合法を提供す
ることにある。
る部材を、接合温度と使用温度または室温とか大きく異
なるという条件丁で接合する場合に、内部には圧縮の熱
応力が発生し、接合部近傍の部材表面付近には引張り応
力が発生するような脆性材料の破損を防止し、大きな強
度を有する接合材が得られるようにした接合法を提供す
ることにある。
［問題点を解決するための手段及び作用］上記目的を達
成するため、本発明の接合法は、接合すべき二つの異種
材料の熱膨張係数が異なり、熱膨張係数の小さい方の材
料が脆性材料であり、他方の材料が塑性変形ｎ（能な材
料であって、それらの材料から成る両部材を突き合わせ
接合し、その接合温度より低い温度条件で使用する場合
、あるいは８膨張係数の大きい方の材料が脆性材車′ｌ
であり、他方の材料が塑性変形可能な材料であって、そ
の接合温度より高い温度条件で使用する場合において、
接合した部材における塑性変形可能な材料の接合面近傍
に、断面積減少部分を設けることにより、脆性材料の接
合面近傍の表面付近に発生する引張り熱応力を１緩和し
た強固な接合体を得ることを、その特徴とするものであ
る。
成するため、本発明の接合法は、接合すべき二つの異種
材料の熱膨張係数が異なり、熱膨張係数の小さい方の材
料が脆性材料であり、他方の材料が塑性変形ｎ（能な材
料であって、それらの材料から成る両部材を突き合わせ
接合し、その接合温度より低い温度条件で使用する場合
、あるいは８膨張係数の大きい方の材料が脆性材車′ｌ
であり、他方の材料が塑性変形可能な材料であって、そ
の接合温度より高い温度条件で使用する場合において、
接合した部材における塑性変形可能な材料の接合面近傍
に、断面積減少部分を設けることにより、脆性材料の接
合面近傍の表面付近に発生する引張り熱応力を１緩和し
た強固な接合体を得ることを、その特徴とするものであ
る。
本発明の接合法をさらに具体的に説明すると、接合すべ
き８膨張係数の異なる二つの異種材料は、熱１膨張係数
の小ざい方の材料が脆性材料、他方が塑性変形可能な材
料であり、これらの異種材料としては、例えば、アルミ
ナ焼結体とアルミニウム金属材料、炭化珪累焼結体と銅
合金、窒化珪素焼結体とニッケル基合金等の組合わせが
ある。
き８膨張係数の異なる二つの異種材料は、熱１膨張係数
の小ざい方の材料が脆性材料、他方が塑性変形可能な材
料であり、これらの異種材料としては、例えば、アルミ
ナ焼結体とアルミニウム金属材料、炭化珪累焼結体と銅
合金、窒化珪素焼結体とニッケル基合金等の組合わせが
ある。
これらの異種材料は、その接合材料を接合温度よりも低
い温度条件で使用する場合、第１図Ａ〜Ｄに示すように
、熱膨張係数が小さい脆性材料の部材１ａ〜１ｄに対し
、他方の塑性変形可能公材料の部材２ａ〜２ｄの接合部
形状を変化させて、接合面近傍を切り欠き形状や段付き
棒形状に形成することにより、断面積減少部分３８〜３
ｄを設ける。
い温度条件で使用する場合、第１図Ａ〜Ｄに示すように
、熱膨張係数が小さい脆性材料の部材１ａ〜１ｄに対し
、他方の塑性変形可能公材料の部材２ａ〜２ｄの接合部
形状を変化させて、接合面近傍を切り欠き形状や段付き
棒形状に形成することにより、断面積減少部分３８〜３
ｄを設ける。
このように構成すると、使用に伴う接合部材温度の」二
昇または降下によって、接合面近傍の脆性材料の内部領
域で圧縮応力が支配的となる点では、従来の接合法と同
様であるが、接合面近傍の部材表面付近において、熱膨
張係数の差と温度変化に起因して発生する接合面に対し
大きな角度を有する方向の引張り熱応力が緩和され、そ
の熱応力による脆性材料部材の破損を防止することが可
能になる。さらに、接合面に垂直な方向の大きな引張り
荷重等の外荷重に対しても強度の高い接合体を得ること
ができる。
昇または降下によって、接合面近傍の脆性材料の内部領
域で圧縮応力が支配的となる点では、従来の接合法と同
様であるが、接合面近傍の部材表面付近において、熱膨
張係数の差と温度変化に起因して発生する接合面に対し
大きな角度を有する方向の引張り熱応力が緩和され、そ
の熱応力による脆性材料部材の破損を防止することが可
能になる。さらに、接合面に垂直な方向の大きな引張り
荷重等の外荷重に対しても強度の高い接合体を得ること
ができる。
また、接合温度が部材使用温度より低く、従って接合温
度より高い温度条件で使用する場合には、脆性材料の方
の熱膨張係数を塑性変形可能な材料のそれよりも犬とす
る。
度より高い温度条件で使用する場合には、脆性材料の方
の熱膨張係数を塑性変形可能な材料のそれよりも犬とす
る。
熱膨張係数を異にする二つの異種材料の接合には１部材
使用温度とは異なる接合温度において１＾者を一体化す
る方法が用いられ、具体的には、例えば、加熱を伴う固
相接合法、ろう付は接合法。
使用温度とは異なる接合温度において１＾者を一体化す
る方法が用いられ、具体的には、例えば、加熱を伴う固
相接合法、ろう付は接合法。
痒擦圧接法等を用いることができる。
第１図Ａ−Ｄは、塑性変形可能な材料の部材２８〜２ｄ
の接合部形状を変化させて断面積減少部分３ａ〜３ｄを
設けた場合の構造例を示しているが、これらによって分
るように、接合すべき部材はその断面積の大小関係等に
応じて種々の形態を取らせることができる。同図Ａは、
部材１ａよりも部材２ａの断面積が小さい場合、同図Ｂ
は両部材１ｂ、２ｂが同じ断面積で、部材２ｂの接合部
に溝状の断面積減少部分３ｂを設けた場合、同図Ｃ及び
Ｄは部材１ｃ。
の接合部形状を変化させて断面積減少部分３ａ〜３ｄを
設けた場合の構造例を示しているが、これらによって分
るように、接合すべき部材はその断面積の大小関係等に
応じて種々の形態を取らせることができる。同図Ａは、
部材１ａよりも部材２ａの断面積が小さい場合、同図Ｂ
は両部材１ｂ、２ｂが同じ断面積で、部材２ｂの接合部
に溝状の断面積減少部分３ｂを設けた場合、同図Ｃ及び
Ｄは部材１ｃ。
ｌｄの断面積が部材２ｃ、、２ｄの断面積より大きい場
合を示すものである。
合を示すものである。
また、接合部材に対する負荷荷重が小さい場合や非脆性
材料部材の靭性や強度が高い場合には、第２図Ａ−Ｄに
示すように、脆性材料の部材 １１ａ〜ｌｉｄに対して
接合する塑性変形可能な材料の部材 １２ａ−１２ｄの
断面積減少部分１３ａ 〜１３ｄを、鋭い切り欠さ形状
に形成しても、脆性材料部材の表面の接合面近傍での引
張り応力を緩和することが可能である。
材料部材の靭性や強度が高い場合には、第２図Ａ−Ｄに
示すように、脆性材料の部材 １１ａ〜ｌｉｄに対して
接合する塑性変形可能な材料の部材 １２ａ−１２ｄの
断面積減少部分１３ａ 〜１３ｄを、鋭い切り欠さ形状
に形成しても、脆性材料部材の表面の接合面近傍での引
張り応力を緩和することが可能である。
第３図Ａ−Ｄは、塑性変形可能な材料の部材２２ａ〜２
２ｄに本発明のような接合部形状を採用しなかった場合
の例であり、脆性材料部材２１ａ〜２１ｄ中に発生する
引張り応力の集中域を斜線で示している。この場合、接
合部材の温度変化に伴う熱応力等によって、斜線部分で
の最大下応力が非常に大きくなり、それらの部分から、
脆性材料の破損が発生することが多い。
２ｄに本発明のような接合部形状を採用しなかった場合
の例であり、脆性材料部材２１ａ〜２１ｄ中に発生する
引張り応力の集中域を斜線で示している。この場合、接
合部材の温度変化に伴う熱応力等によって、斜線部分で
の最大下応力が非常に大きくなり、それらの部分から、
脆性材料の破損が発生することが多い。
［実施例］
熱膨張係数が約８．０ＸＩ（１−６／”Ｏのアルミナ焼
結体と、熱膨張係数が約２３Ｘ １０−６／ ’Ｃのア
ルミニウム金属材料との、加熱（約６００℃程度）を伴
う固相接合法による丸棒同志の接合において、アルミナ
棒材の径がアルミニウム棒材より大きい場合は、接合し
た棒材を常温まで降温させる間に、アルミナ棒材側に破
損が生じた。この場合のアルミナ棒材の径は、１７■φ
であり、アルミニウム棒材の径は１０ｍ膳φであった。
結体と、熱膨張係数が約２３Ｘ １０−６／ ’Ｃのア
ルミニウム金属材料との、加熱（約６００℃程度）を伴
う固相接合法による丸棒同志の接合において、アルミナ
棒材の径がアルミニウム棒材より大きい場合は、接合し
た棒材を常温まで降温させる間に、アルミナ棒材側に破
損が生じた。この場合のアルミナ棒材の径は、１７■φ
であり、アルミニウム棒材の径は１０ｍ膳φであった。
しかし、本発明に基づいて、アルミニウム棒材側が段付
き形状になるようにして接合を打ったところ、アルミナ
棒材の破損は発生し難くなった。
き形状になるようにして接合を打ったところ、アルミナ
棒材の破損は発生し難くなった。
この場合、アルミナ棒材の径を１７ｍ鳳φとし、アルミ
ニウム棒材の接合面の径を２０ｍ５φとした。
ニウム棒材の接合面の径を２０ｍ５φとした。
［発明の効果］
このように、本発明によれば、接合した部材における塑
性変形可能な材料の接合面近傍に、断面積減少部分を設
けることにより、脆性材料の接合面近傍の表面付近に発
生する引張り熱応力を緩和し、強固な接合体を得ること
ができる。
性変形可能な材料の接合面近傍に、断面積減少部分を設
けることにより、脆性材料の接合面近傍の表面付近に発
生する引張り熱応力を緩和し、強固な接合体を得ること
ができる。
第１図Ａ−Ｄは、本発明に基づいて接合される接合部材
の構成例を示す要部側面図、第２図Ａ〜Ｄは同１−接合
部材の他の構成例を示す要部側面図、第３図Ａ−Ｄは従
来の接合法による場合の要部側面図である。 ｌａ 〜ｌｄ、１ｌａ−１ｉｄ −−脆性材料の部材、
２ａ 〜２ｄ、１２ａ 〜＋２ｄ ａ ＊塑性変形ｅ＝
（能な部材、３ａ 〜３ｄ、１３ａ−１３ｄ −・断面
積減少部分。 指定代理人 工業技術院名古屋工業技術試験所長 長 瀬 俊 治 第１図 第２図 Ｂ 、／／Ｇ ｚｔ。 ＣＤ ２１Ｃ２１Ｃ１
の構成例を示す要部側面図、第２図Ａ〜Ｄは同１−接合
部材の他の構成例を示す要部側面図、第３図Ａ−Ｄは従
来の接合法による場合の要部側面図である。 ｌａ 〜ｌｄ、１ｌａ−１ｉｄ −−脆性材料の部材、
２ａ 〜２ｄ、１２ａ 〜＋２ｄ ａ ＊塑性変形ｅ＝
（能な部材、３ａ 〜３ｄ、１３ａ−１３ｄ −・断面
積減少部分。 指定代理人 工業技術院名古屋工業技術試験所長 長 瀬 俊 治 第１図 第２図 Ｂ 、／／Ｇ ｚｔ。 ＣＤ ２１Ｃ２１Ｃ１
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、接合すべき二つの異種材料の熱膨張係数が異なり、
熱膨張係数の小さい方の材料が脆性材料であり、他方の
材料が塑性変形可能な材料であって、それらの材料から
成る両部材を突き合わせ接合し、その接合温度より低い
温度条件で使用する場合において、接合した部材におけ
る塑性変形可能な材料の接合面近傍に、断面積減少部分
を設けることにより、脆性材料の接合面近傍の表面付近
に発生する引張り熱応力を緩和した強固な接合体を得る
ことを特徴とする熱膨張係数の異なる異種材料の接合法
。 ２、接合すべき二つの異種材料の熱膨張係数が異なり、
熱膨張係数の大きい方の材料が脆性材料であり、他方の
材料が塑性変形可能な材料であって、それらの材料から
成る両部材を突き合わせ接合し、その接合温度より高い
温度条件で使用する場合において、接合した部材におけ
る塑性変形可能な材料の接合面近傍に、断面積減少部分
を設けることにより、脆性材料の接合面近傍の表面付近
に発生する引張り熱応力を緩和した強固な接合体を得る
ことを特徴とする熱膨張係数の異なる異種材料の接合法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28714386A JPS63139077A (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | 熱膨張係数の異なる異種材料の接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28714386A JPS63139077A (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | 熱膨張係数の異なる異種材料の接合法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63139077A true JPS63139077A (ja) | 1988-06-10 |
Family
ID=17713626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28714386A Pending JPS63139077A (ja) | 1986-12-02 | 1986-12-02 | 熱膨張係数の異なる異種材料の接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63139077A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5163770A (en) * | 1985-12-11 | 1992-11-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of bonding members having different coefficients of thermal expansion |
| WO2001032584A1 (fr) * | 1999-11-01 | 2001-05-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Procede d'assemblage pour ceramique et metal et corps de ceramique et metal assemble par ce procede |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6082267A (ja) * | 1983-10-06 | 1985-05-10 | Nissan Motor Co Ltd | セラミツクス軸と金属軸との接合構造 |
| JPS60226465A (ja) * | 1984-04-25 | 1985-11-11 | 株式会社日立製作所 | セラミツクスと金属との軸締結方法 |
| JPS60260482A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-23 | 日産自動車株式会社 | セラミツク軸と金属軸の接合構造 |
-
1986
- 1986-12-02 JP JP28714386A patent/JPS63139077A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6082267A (ja) * | 1983-10-06 | 1985-05-10 | Nissan Motor Co Ltd | セラミツクス軸と金属軸との接合構造 |
| JPS60226465A (ja) * | 1984-04-25 | 1985-11-11 | 株式会社日立製作所 | セラミツクスと金属との軸締結方法 |
| JPS60260482A (ja) * | 1984-06-07 | 1985-12-23 | 日産自動車株式会社 | セラミツク軸と金属軸の接合構造 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5163770A (en) * | 1985-12-11 | 1992-11-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of bonding members having different coefficients of thermal expansion |
| WO2001032584A1 (fr) * | 1999-11-01 | 2001-05-10 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Procede d'assemblage pour ceramique et metal et corps de ceramique et metal assemble par ce procede |
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