JPH0333074A - セラミックスとＡｌの鑞着構体及びその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明はセラミックスとアルミニウム（Ａｌ）の鑞着
構体及びその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ セラミックスとアルミニウム（Ａｌ　）の鑞＠楕体は、
例えばナトリウムを熱媒体とする熱交換器のフランジ部
に利用される。このフランジ部においては、熱交換器側
金具と配ｌ′ｉ＆側金具がアルミナを介して接合され、
前記アルミナリングと熱交換器側金具及び配管側金具と
はＡｌ製の鑞材としての中間接合リングを介して加圧ろ
う付されるが、熱交換器側金具及び配管側金具としてＡ
ｌの純度が９８％以下のＡｌ金合金例えばＡ３００３あ
るいはＡ６０６１などを使用していた。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記従来の熱交換器側金具及び配管側金具は
、Ａｌの純度が９８重量％以下であったためアルミナリ
ングと熱交換器側金具及び配管側金具との接合強度が低
く、又、ナトリウム（Ｎａ）に対する耐腐食性が悪く、
かつ昇降温等の温度変化に弱く、熱交換器のフランジ部
として耐久性が低いという問題があった。

これをＥＰＭＡ面分析により、アルミナリングと熱交換
器側金具との結合部を拡大して示す第５図により、推論
すると次のようになる。熱交換器開会具３及び配管側金
具５にＡ３００３のＡｌ合金を使用した場合には、シリ
コン（Ｓｌ）が中間接合リング２（鑞材）とアルミナリ
ング１　（α−Ａｌ２０ｓ）の界面へ充分移動しないた
めに、Ｓｉの介在によって生じると思われる結合力が弱
く、結合強度が劣ることとなる。このＳｉ粒子の不十分
な移動は解明されていないが、Ａ３００３におけるマン
ガン（Ｍｎ）に代表されるＡｌ中の含有元素が何らかの
影響を及すものと推測される。

又、Ａ３００３の場合は中間接合リング２及び７（鑞材
）中に幅広の純粋なＡｌｍが形成されるとともに、Ｓ１
粒子の拡散が不均一で組織中に大粒のＳｉ粒子も存在す
る。このようにＡｌｊ！ｌの幅も８１粒子の分布も非常
に不均一になっているため、結合強度が低下すると思わ
れる。

本発明の目的はセラミックス部品とＡｌ部品の結合強度
を増大することができるとともに、Ｎａに対する耐ｒＫ
蝕性を向上し、又、画然サイクル性を向上することがで
きるセラミックスとＡｌの鑞着Ｉａ体及びその製造方法
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成するため、セラミックス部品
に対しＡｌにＳｌが添加された鑞材を用いてＡｌ部品を
結合させたものにおいて、前記Ａｌ部品のＡｌＩＩｆ！
度を９８．０ｆｉｊｉ％以上にするという手段をとって
いる。

前記鑞材をＡｌ−３Ｌ合金にするとよい。

前記鑞材をＡｌを主材とし、６〜１３重藍％のＳｉ、３
！ｉ量％以下のＭｇ、その他不可避の不純物を含むＡｌ
−Ｓｉ−Ｍｇ合金にするとよい。

前記セラミックス部品を７５重量％以上のα−Ａ　ｊ　
２０　ｓにするとよい。

また、この発明はセラミックス部品とＡｌ純度が９８．
０重量％以上のＡｌ部品との間に、ＡｌにＳｉが添加さ
れた鑞材を介在させて、それらを加圧ろう付けし、セラ
ミックス部品と鑞材の接合界面にＳｉの微粒子を生威し
、鑞付及びそれとＡｌ部品との接合部にＳｉを均一に、
かつＡｌ部部品へど薄くなるように拡散するという方法
をとっている。

［作用］ この発明はＡｌ部品のＡ！線純度９８．０重量％以上で
あるため、Ｓｌの拡散が無材の内部において鑞材とセラ
ミックス部品との界面からＡｌ部部品へ遠ざかるに従っ
て次第に均一に薄くなり、前記界面にはＳｉの粒子がほ
ぼ均一に生成され、結合が強固になるので、セラミック
ス部品とＡオ部品の結合強度が向上するとともに、Ｎａ
などに対する結合部の耐腐食性及び耐熱サイクル性が向
上する。

［実施例］ 以下、この発明をフランジ横道部を有する金属−セラミ
ック結合構体について図面に基づいて説明する。

第１．２図に示すように、セラミックス部品としてのア
ルミナリング１の下端面１ａ及び上端面１ｂにはＡｌに
Ｓｉを添加した鋼材としてのＡｌ合金製の中間接合リン
グ２及び４を介して、Ａｌ部品としての熱交換器側金具
５及び配管側金具３の前記７ランノ部３ａ及び５ａが後
に詳述する加圧ろう付方法で固定されている。

前記アルミナリング１を形成するアルミナの純度は７５
％以上である。又、前記中間接合リング２のＡｌ合金は
、Ａｌを主成分とし、Ｓｉ：６〜１３重量％、Ｍｇ：３
．０重量％以下、その他不可避の不純物を含むＡｌ−３
Ｌ−Ｍｇ合金により形成されている。

前記Ａｌ部品には表１に示す重量％で微量成分の不可避
な不純物Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、
Ｔｉなどが含まれている。

（以下余白） 次に、第１図に基づいてアルミナリング１と配？１Ｔｌ
ｌＩ金具３及び熱交換器間金具５との加圧ろう付方法に
ついて説明する。

第１図に示すように、加熱容器（図示Ｑ）内部において
アルミナリング１の下線部１ａには中間接合リング２、
配管ｆｌ！ＩＩ金具３及び加圧治具６の順に配置する。

また、アルミナリング１の上端内１ｂには中間接合リン
グ４、熟交換ｒ：１（ｌＩ！ｌ金具５及び加圧治具７の
順に配置する。

次に、前記加熱容器内部を真空状態（５×１０−’ｍｍ
ＪＩｇ）に保持するとともに、加熱容器の内部を１０℃
／　ｍ　ｉ　ｎの昇温速度で加熱する。

次に、６００℃の状態に３０分間保持した後、２℃／ｍ
ｉｎの降温速度で、５８０℃まで降温した状態で、ここ
から約３０分間降温しながら、アルミナリンク１、中間
接合リング２、配管側金具３５．中朋撞合リング４４−
７７悲交壊親則金早、５に対し、加圧治具６．７により
０．５Ｋｇ／萌２の加圧力を作用させてアルミナリング
１と配管側金具３及び熟女換器側金具５を加圧ろう付す
る。この加圧動作は液相線温度と固相線温度との間で加
圧を開始し、固相線温度以下まで加圧する。なお、第９
図に示すように加圧力は、０．０５Ｋｇ／ｎｍ２〜２　
、０　Ｋ　ｇ　／　ｗａ　’であれば、接合強度に差は
生じない。

次に一４００℃になった状態で３０分間保持し焼鈍を行
う。

さらに、焼鈍が完了したら自然放冷により１５０’Ｃま
で低下し、加圧ろう付作業を終了する。

このようにして得られたアルミナリング１と配管側金具
３及び熱交換器側金具５との接合部の状態は、ＥＰＭＡ
面分析によれば第４図に示すように中間接合リング２，
４のほぼ全域にわたってＳｉの微粒子が均一に分散して
おり、中間接合リング２（４）とアルミナリング１との
界面から遠ざかるに従って徐々に均一に薄く分布してい
る。

又、中間接合リング２（４）とアルミナリング１との接
合界面付近にはＳｌの粒子がほぼ全体に層状となって分
布するとともに、Ｓｉ粉粒子近傍に生じる純粋に近いＡ
ｌＮｌが非常に薄いことから、アルミナリング１と中間
接合リング２．４との結合強度及びＮａに対する耐腐食
性及び耐熱サイクル性が向２Ｅすると考えられる。

ここで、表１に示す実施例１〜３と従来例１゜２につい
て、Ｎａに対する耐腐食性の測定試験をしたところ、次
のような結果となった。

第６図は横軸にＮａ浸漬時間をとり、第８図においてア
ルミナリング１及び熱交換器側金具５に対しＰ、Ｑ矢印
方向の荷重を作用させて、接合部が剥離したときの１！
！械的強度との関係を示すグラフである。なお、Ｉｌ械
的強度の試験は中間接合リング４Ｉｌｌで行い、そのｌ
￥さを０．８＋ｗｍ、外形を４９ｆｌ、内径を３６Ｂと
した。なお、ナトリウム浸漬は４５０℃で行なった。

このグラフから明らかなように、表１に示すようにＡｌ
が高い純度の実施１３Ｉ１１１〜３は、Ｎａ浸漬時間が
長時間となった場合においてもｎ械的強度の低下が表１
に示すＡｌが低い純度の従来例１゜２と比較して少なく
、従ってＮａに対する耐腐食性を向上することができる
。

又、表１に示す実施例１〜３と従来例１．２について、
Ｎａに対するｉ！ｆｔａ食性をヘリウムリーク測定によ
ってみたところ、表２に示すような結果となった。ここ
で、ヘリウムリーク量が、１ＸＩ　Ｑ−”ａｔｍｃ　ｃ
／ｓ　ｅ　ｃ以下を合格とみなしている。この表２から
明らかなように、Ｎａ浸漬時間が５００時間で従来例１
では８中子４個、従来例２では１０個中子個が不合格と
なったが、実施例１〜３では１０００時間経過しても不
合格品はなく、実施例１〜３が従来例１，２よりも優れ
ていることが分かる。

（以下余白） 表２ 次に、第７図に示すように、室温と３５０°Ｃとの間で
昇降する熱サイクル動作を繰返した場合の耐熱サイクル
性をヘリウムリーク測定についてみたところ表３に示す
ようになった。

（以下余白） この表３から明らかなように、実施例１〜３は全て合格
となり、従来例１．２については熱サイクル数が増加す
ると、不合格品が見られ、実施例１〜３は耐熱サイクル
性が従来例より＃Ｊｆｊすれている。

ところで、前記配管側金具３及び熱交換器側金具８の熱
処理による機械的強度を測定したところ、表４に示すよ
うに焼鈍の有無について、４５０℃で５００時間Ｎａ浸
漬した後、剥離強度試験を行ったところ、実施例１〜３
でそれほど変化しないことがわかる。

また、アルミナリング１の表面粗さによる実施ｐＡｌ〜
３それぞれの性能上の差異は見られなかった。すなわち
、実施例１の場合にってい４５０℃で５００時間Ｎａ浸
漬後の剥離強度を試験したところ、表５に示すような結
果を得た。

表５ この表５から明らかなように、アルミナリング１の表面
粗さＲａが０．１と０．８とではそれほど剥離強度が変
化しないことがわかる。

なお、本実施例ではフランジ構造部を有する接合構体の
加圧ろう付について具体化したが、これ以外の製品のセ
ラミックスとＡｌの鑞着構体及びその製造方法に具体化
することもできる。′＆た、前記セラミックスとして例
えばＳＩＮ＜、ＳｉＣなどがあり、鑞材としてＡｌ−３
ｔ合金を使用してもよい。

第１０［２？ｌに示すように、アルミナリング１のα−
Ａｌ２０ｍの純度を変化させて、耐Ｎａ性及び昇降温耐
久性を評価した。この結果、表６に示すように、熱サイ
クル試験においては７５％以上の純度において、５００
サイクルの繰返し後においてもリークはみられなかった
。

又、表７に示ずように、耐Ｎａ性試験の結果、α−Ａｌ
２０ｍの純度が７５％以上のものは、１０００時間で少
しリークが発生し始めるも、７５０時間まではリークは
皆無であり、強度の低下も純度７５％以上ではＷ１４著
ではなかった。さらに、純度７５％以下のα−Ａｌ２ｏ
ｚを使用すると、耐Ｎａ性は極端に悪化し、接合強度も
極めて小さくなり、リークテストと同様の結果であった
。よってα−Ａ　１２０　ｓの純度は全体的に見て、７
５％以上のものは、耐久性能が良好と言える。

（以下余白） 表６ ［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明はセラミックス部品とＡ
ｌ部品との結合を鑞材を介して強固に行うことができる
とともに、両部品の結合部のＮａなどに対する耐腐食性
及び昇降温耐久性を向上することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるフランジ構造を有するアルミナ
とアルミニウムとの加圧ろう付される接合体の断面図、
第２図はアルミナリング、熱交換器側金具、配管側金具
、中間接合リング等を分解して示す斜視図、第３図は加
圧ろう付方法を示す時間と温度との関係を示すグラフ、
第４図は本発明におけるアルミナリングと熱交換器側金
具との接合部の断面ｍ造を示す説明図、第５図は従来の
セラミックス部品とＡｌ部品の接合部の断面構造を示す
説明図、第６図はＮａ浸漬時間と接合部の機械的強度の
関係を示すグラフ、第７図は熱サイクルを示すグラフ、
第８図は加圧ろう付は後の接合体の断面図、第９図は加
圧力と破断強度とめ関係を示すグラフ、第１０図はアル
ミナの純度と強度との関係を示すグラフである。 １・・・セラミックス部品としてのアルミナリング、２
・・・鑞材としての中間接合リング、３・・・Ａｌ部品
としての配管側金具、４・・・鑞材としての中間接合リ
ング、５・・・Ａｌ部品としての熱交換器側金具、６．
７・・・加圧治具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックス部品に対しＡｌにＳｉが添加された鑞
   材を用いてＡｌ部品を結合させたものにおいて、前記Ａ
   ｌ部品のＡｌ純度を９８．０重量％以上にしたことを特
   徴とするセラミックスとＡｌの鑞着構体。 ２、前記鑞材はＡｌ−Ｓｉ合金である請求項１記載のセ
   ラミックスとＡｌの鑞着構体。 ３、前記鑞材はＡｌを主材とし、６〜１３重量％のＳｉ
   、３重量％以下のＭｇ、その他不可避の不純物を含むＡ
   ｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金である請求項１記載のセラミックス
   とＡｌの鑞着構体。 ４、前記セラミックス部品は７５重量％以上のアルミナ
   である請求項１記載のセラミックスとＡｌの鑞着構体。 ５、セラミックス部品とＡｌ純度が９８．０重量％以上
   のＡｌ部品との間に、ＡｌにＳｉが添加された鑞付を介
   在させて、それらを加圧ろう付けし、セラミックス部品
   と鑞付の接合界面にＳｉの微粒子を析出させ、鑞付及び
   それとＡｌ部品との接合部にＳｉを均一に、かつＡｌ部
   品側ほど薄くなるように拡散することを特徴とするセラ
   ミックスとＡｌの鑞着構体の製造方法。