JPH01178382A

JPH01178382A - 固相接合方法

Info

Publication number: JPH01178382A
Application number: JP136988A
Authority: JP
Inventors: Nushito Takahashi; 主人高橋; Hideaki Kanbara; 秀明蒲原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-01-08
Filing date: 1988-01-08
Publication date: 1989-07-14

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】［産業上の利用分野コ本発明は、固相接合方法に係り、特に、異種材料間の接
合に好適な固相接合方法に関するものである。

［従来の技術］従来の異種材料の接合方法のうち、固相接合に関する接
合方法は、たとえば日本機械学会誌、第９０巻、第８１
９号（昭和６２年２月）第２２９頁１日置進：　「活性
金属インサート法によるセラミックスと金属の接合」に
示されているように、被接合部材をインサート材を介し
て接触加圧し、真空中や不活性ガス中で加熱することに
より接合する方法が知られている。このとき、被接合部
材が固相接合しやすい材料であればインサート材は不要
となる。すなわち、インサート材の役目は、固接接合し
にくいセラミックスと金属などの接合において、両者の
中間に両者と接合しやすい材料をインサートして接合に
必要な加圧力や温度を低くする点や、接合後のセラミッ
クスと金属間の熱膨張係数の差に起因する接合強度の低
下を緩和する効果などにある。

このような接合法におけるポイントは、インサート材の
良否にあり、被接合部材との適合性が重要である。しか
し、逆に考えると、従来の接合方法では、インサート材
に適切な材料が無い場合は。

接合が困難ということになる。

また、一般的には、インサート材は、アルミニウムや銅
などの融点が低く延性にとんだ金属箔のものが多いため
、接合強度が金属箔（インサート材）の強度に支配され
るので、高温強度が低いという問題がある。接合強度の
問題も、タングステンやモリブデンなどの高温材料をイ
ンサート材とすることで解決されるが、被接合部材とイ
ンサート材との適合性に問題があった。

［発明が解決しようとする課Ｍ］上記従来技術では、異種材料の複数の部材を接合するた
めに適切なインサート材を選定する必要があり、被接合
部材によっては接合が困難であるという問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、特殊なインサート材を選択することなく、
異種材料の被接合部材間の強固な接合を可能とする固相
接合方法を提供することを、その目的とするものである
。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために１本発明に係る固相接合方法
は、複数の異種材料の部材を、接合面を接触させ、加熱
しながら加圧することにより接合する固相接合方法にお
いて、被接合部材同志の接合面を接触させる前に、一方
の被接合部材の接合面に、他方の被接合部材と同種の材
料を蒸発照射させるとともに、窒素などのガス分子のイ
オンを加速して照射させることによりイオンミキシング
法の膜を形成し、その後、被接合部材の接合面を接触さ
せて加圧加熱することにより接合するようにしている。

なお付記すると、上記目的は、インサート材のかわりに
、被接合部材の一方に他方と同種材料の膜を形成するこ
とにより達成される。この場合、被接合部材と膜との密
着力が全体の接合強度を支配するので、この密着は強固
なものにする必要がある。強固な膜形成法として知られ
ているイオンビームミキシング法により上記の膜形成を
実施すれば、上記目的の接合が達成される。

［作用］上記の固相接合方法（技術的手段）による働きを次に述
べる。

本発明の考え方は、異種材料の被接合部材のうち、融点
の高い部材（これをＨ材とする）に、融点の低い他方の
部材（これをＨ材とする）を打ち込んで、Ｈ材の表面に
Ｈ材の膜を形成したのち、Ｈ材の表面のし材の膜とＨ材
とを固相接合することにある。

このときの固相接合は、同種材料同志の接合となるので
通常の加圧加熱方式の固相接合が適用できる。また、Ｌ
材同志の接合であるので接合時の温度もＨ材にとっては
問題ない。さらに、Ｈ材表面へのＨ材の膜形成は真空中
で実施され、形成されたし材の膜は清浄表面であるので
、Ｌ材同志の接合を、真空を保持した状態で実施すれば
、接合がより容易に効果的に進行する。

Ｈ材の表面にＨ材の膜が形成できれば、上記のように固
相接合が可能となる。したがって、本発明のキーポイン
トは、Ｈ材表面への強固なＨ材の膜形成にある。

イオンミキシング法は、Ｈ材を蒸着させながら窒素ガス
などのイオンを加速してＨ材に打ち込むことにより、Ｈ
材の表面に、Ｈ材、混合相、改質層と次第に変化する膜
を形成するものである。

本方法によれば、Ｈ材とＨ材とが一体化して混合される
ため、通常の真空蒸着法やイオンブレーティング法で形
成した膜に比較して密着強度が高くなる。

また、セラミックスなどの非金属材料へ膜形成する際に
は、イオンのエネルギーを大きくすれば良い。

［実施例コ以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

図面は、本発明の一実施例に係る固相接合方法を行うた
めの固相接合装置の略示断面図である。

図面において、１は、被接合部材のうち融点の高い方の
部材（以下Ｈ材という）、２は試料ホルダ、３は、被接
合部材のうち融点の低い方の部材（以下り材という）、
４は加圧用ホルダ、５は、加圧用ホルダを作動させるア
クチュエータ、６は、電子ビーム加熱装置、７は、前記
り材と同種材料の蒸着材、８はシャッタ、９はイオン源
、１０は真空容器、１１は真空ポンプである。

図面に示すように、融点の高いＨ材１は試料ホルダ２に
装着され、融点の低いＨ材３は、Ｈ材１に対向する位置
に設置された加圧用ホルダ４に装着されている。この加
圧用ホルダ４は、アクチュエータ５によりＨ材１とＨ材
３とを接触加圧できる位置まで動くようになっている。

Ｈ材１にＨ材３と同種の材料をイオンミキシングするた
めに、電子ビーム加熱装置６にＨ材３と同種の蒸着材７
が装填されている。

電子ビーム加熱装置６で蒸発させられた蒸着材７は、Ｈ
材１に向かって蒸発するが、シャッタ８にて適宜調節さ
れる６また、窒素ガスなどのイオンは、イオン源９にて
図面の左から右へ向かって示した矢印の方向に照射され
る。

なお、本装置は、全体が真空容器１０に収納され、真空
ポンプ１１で真空に保持されている。真空の程度はＩＣ
Ｉ’Ｐａ以下である。

Ｈ材１を試料ホルダ２に、Ｈ材３を加圧用ホルダ４に装
着したのち、真空ポンプ１１により真空容器１０内が真
空に排気される。

Ｈ材３は、アクチュエータ５によりイオンミキシングの
妨げにならないように退避させられている。

そこで、イオンミキシングに必要な圧力１例えば１Ｏ−
４Ｐａ程度まで真空排気されたのち、蒸着材７が電子ビ
ーム加熱装置６により加熱蒸発させられ、Ｈ材１に照射
される。それとともに、イオン源９から窒素ガスなどの
イオンがＨ材１に照射される。蒸着材７の蒸気は、適宜
シャッタ８で照射の開始と停止が調節される。このよう
にして、ｒ（材１の表面に蒸着材７が形成される。

次に、Ｈ材３がアクチュエータ５の作動によりＨ材１に
接触するまで移動させられる。なお、■（材１とＨ材３
とが接触する前に、Ｈ材３の表面をイオン源９からの窒
素、アルゴンなどのガスイオンで照射あるいはスパッタ
できるようにしておくと、Ｈ材３の表面が清浄化され、
以下の固相接合が容易になる。Ｈ材１とＨ材３が接触し
たのち。

所定の圧力までアクチュエータ５で加圧される。

ここで所定の圧力は１　ｋｇ　ｆ　／　ｍ　ｍ程度のオ
ーダである。この圧力の程度は、材料にもよるが、被接
合面が清浄化され、どれだけ長い時間清浄のまま保持で
きるかにかかっている。このときの荷重は、アクチュエ
ータ５にロードセル（図示せず）を設置することで計測
できる。

図示していないが、Ｈ材１とＨ材３の周辺にヒータを設
置しておき、適切な温度まで加熱保持する。この加熱温
度も、被接合材の材料と接合面の清浄度によって適正温
度が選択されるものである。

例えば、一般にアルミニウム材等の拡散接合では６００
℃程度に加熱されるが、この温度は極力下げたいもので
あり、そのためにイオンミキシング等で表面を清浄化す
るのである。

所定の時間加圧し加熱したのち加熱を停止し、十分冷却
された時点で真空排気を中止し、Ｈ材１とＨ材３とが接
合された部材を取り外す。

なお、加熱停止後に、アルゴン等の不活性ガスを導入し
て真空排気を停止すれば、冷却時間が短縮される。

本実施例によれば、はぼすべての材料をイオンミキシン
グで膜形成できるので、異種材料同志の固相接合が、特
殊なインサート材を選択せずに可能となる。

また逆に特殊な膜を形成することも可能であり、被接合
材と異なる材料を中間に形成した接合も可能となる。

さらに、接合面の清浄化も可能なので、接合時の加圧力
や加熱温度を低くすることができるという効果もある。

次に、図面を用いないが１本発明の他の実施例を説明す
る。

イオンミキシングによりＩ（材に膜を形成する際に、電
子ビーム加熱装置を複数個設けるか、他の。

例えば分子線源、蒸着源を複数個設けることにより、複
数種の蒸着材を同時に、あるいは交互にＨ材に照射する
ことが可能なようにすれば、接合部の組成を合金化した
り多層膜を形成することができる。

したがって、Ｈ材とＨ材との熱膨張係数が大きく異な７
て高温時の接合強度が問題になる場合も。

多層膜を形成して熱膨張係数を緩和できるようにするこ
とにより、強固な接合が可能となる。

また、例えば接合面に絶縁物を形成すれば、Ｈ材とＨ材
とを電気的に絶縁することも可能となる。

このように、本実施例によれば、固相接合できる材料の
範囲が広がるし、多層構造の固相接合ができるので、新
しい機能を有した部材が開発できるので、新しい機能を
有する部材を開発できるという効果がある。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば、特殊なインサート
材を選択することなく、異種材料の被接合部材間の強固
な接合を可能とする固相接合方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の一実施例に係る固相接合方法を行なう
ための固相接合装置の略示断面図である。１・・・Ｈ材、２・・・試料ホルダ、３・・・Ｈ材、４
・・・加圧用ホルダ、５・・・アクチュエータ、６・・
・電子ビーム加熱装置、７・・・蒸着材、８・・・シャ
ッタ、９・・・イオン源、１０・・・真空容器、１１・
・・真空ポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

１．複数の異種材料の部材を、接合面を接触させ、加熱
しながら加圧することにより接合する固相接合方法にお
いて、被接合部材同志の接合面を接触させる前に、一方
の被接合部材の接合面に、他方の被接合部材と同種の材
料を蒸発照射させるとともに、窒素などのガス分子のイ
オンを加速して照射させることによりイオンミキシング
法の膜を形成し、その後、被接合部材の接合面を接触さ
せて加圧加熱することにより接合することを特徴とする
固相接合方法。
２．特許請求の範囲第１項記載の固相接合方法において
、イオンミキシングで膜形成するための蒸発材料を、被
接合部材と固相接合しやすい材料としたことを特徴とす
る固相接合方法。
３．特許請求の範囲第１項記載の固相接合方法において
、被接合部材にイオンミキシングで膜を形成するための
膜材料の蒸発源を複数個とし、蒸発源の各々に異種材料
を装填し、各々の材料を同時あるいは交互に照射するこ
とを特徴とする固相接合方法。
４．特許請求の範囲第１項ないし第３項記載の固相接合
方法のいずれかにおいて、被接合部材同志を接触加圧す
る前に、被接合部材の一方あるいは両者の接合面を窒素
、アルゴンなどのガスイオンで照射したことを特徴とす
る固相接合方法。