JPH0775882A

JPH0775882A - 固相拡散接合法

Info

Publication number: JPH0775882A
Application number: JP24219593A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ishizuka; 哲石塚
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】真空雰囲気で処理する第一工程、大気中で処
理する第二工程に分けて、処理時間の短縮とコストダウ
ンを図る。【構成】本発明は、接合部材を当接しておこない固相
拡散接合法において、該接合法を、真空雰囲気でおこな
う第一工程と、大気またはガス雰囲気中でおこなう第二
工程とで構成したことを特徴とする固相拡散接合法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は接合しようとする部材を
互に当接し、その接合面に圧力と熱を加えることによ
り、固相の状態で接合する固相拡散接合法に関する。

【０００２】

【従来の技術】部材を固相の状態で接合する方法とし
て、ハンダや銀，黄銅，銅等のろうを使用して、その物
理的粘着力や化学的結合力によって、部材を接合する方
法がある。また、微細な結晶粒組織を有する部材を用
い、この部材の接合しようとする面を高精度に仕上げ、
それらの接合面に圧力と熱を加えて固相で接合する方法
がある。この接合方法は、一般に拡散接合と呼ばれてお
り、その要領を図５に示す。即ち、接合しようとする部
材Ａ，Ｂは金属材料であって、その結晶粒径が１μｍ以
下と細かく、接合面が十点平均粗さで０．１〜０．２μ
ｍ以下に仕上げられて清浄であることが要求される。そ
して、これらの接合部材Ａ，Ｂを、加圧用の治具１，２
の間に挟み、所定の温度に加熱しながら所定の圧力Ｐの
もとで、真空容器３内の真空中で７．２〜１８ｋｓ程度
の時間をかけて接合される。なお、４は加熱用のヒータ
ー、５はオイルシールである。さらに、この固相拡散接
合の他の方法として、図６に示すように接合部材の間に
箔状金属などのインサート材１０を挟み、前記と同じ要
領で圧力と熱を加えることで接合部材とインサートした
金属とを反応させて接合する方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記ろう付け等による
方法は、接合強度が低く簡易接合の域を出ず、構造用部
材への利用には適していない。一方、図５に示す方法
は、部材の変形を極力抑えて接合でき、接合部強度も優
れているが、その接合条件として、前記のように部材の
結晶粒径が１μｍ以下であることが必要であり、接合面
の仕上げ精度が十点平均粗さで０．１〜０．２μｍ以下
と高く、雰囲気が真空があること、また融点下１０％以
内の加熱を７．２ｋｓ以上加えなければならないという
欠点がある。また、インサート材を介設しておこなう方
法は、図５に示す方法の場合のような接合部材に要求さ
れる組織は必要なく、繊維強化金属（以下ＦＲＭとす
る）や、粒子分散強化金属（以下ＰＲＭとする）などの
接合が難しい複合部材でも接合ができる。また接合面の
仕上げ精度も十点平均粗さで１μｍ以下でよい。しか
し、この方法も接合面やインサート材料表面に、加熱に
より酸化膜が形成されるため、１０〜１０^-4Ｐａ程度の
真空雰囲気でないと接合できない。そして接合界面近傍
に、インサート材料と接合部材の成分とが互に拡散して
脆い合金層が形成されるため、インサート材料の材質や
その厚さに注意を要する場合がある。

【０００４】しかしながら以上、図５及び図６に示す方
法の最大の欠点は、接合しようとする部材面やインサー
ト面が加熱により酸化し、良好に接合できなくなるた
め、いずれも真空雰囲気を必要とする点である。一般
に、真空雰囲気を形成するには時間がかるため処理効率
が悪い。そして接合部材も真空容器内に納めなければな
らず、接合部材の寸法が大幅に制限を受けることにな
る。また真空雰囲気の管理は十分気を遣う必要があり、
コストも高くなるという問題点がある。本発明は、前記
事情に鑑みてなれたもので、前記問題点を解消した固相
拡散接合法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は、接合部材を当接しておこなう固相拡散接合法におい
て、該接合法を、真空雰囲気でおこなう第一工程と、大
気またはガス雰囲気中でおこなう第二工程とで構成した
固相拡散接合法とし、また本発明は接合部材を当接して
固相拡散接合をおこなう場合に、真空雰囲気において接
合温度まで急速に昇温し、その温度で短時間の間、加圧
して仮接合したあと、引続いて大気又はガス雰囲気中で
本接合をおこなう固相拡散接合法とすることによって前
記課題を解消した。本発明によって接合時間が短縮で
き、かつ大量処理ができる。

【０００６】本発明における固相拡散接合法は、二つの
工程（以下、第一工程、第二工程とする）から構成され
る。第一工程は図５または図６に示す装置を用い、接合
部材を比較的短時間で接合温度に昇温し、所定圧力を短
時間の間、加える。即ち、この第一工程は、これらの処
理を真空雰囲気中においておこない、図示のように真空
容器３内で、接合部材Ａ，Ｂを加圧用の治具１，２の間
に挟み、所定時間、たとえば６００Ｓで、接合温度、た
とえば６００ｋ〜８２０ｋに昇温したあと、所定圧力、
たとえば１ＭＰａの圧力で、所定時間、たとえば６００
Ｓ時間の間加圧する。すなわち、この処理によって接合
面を仮接合し、その後に続く、第二工程において、その
接合面が酸化しないようにしておく。

【０００７】次に第二工程では、処理を大気中において
おこなう。たとえば図４に示すように、内部が加熱室２
０となっているケース２１を設け、第一工程で仮接合し
た状態のままの仮接合部材ＡＢを、引続いて、このケー
ス２１内に収容し、これを所定圧力と温度のもとで所定
時間加圧し、本接合をおこなう。図の実施例では加熱室
２０内に棚２２を設けて、複数の仮接合部材ＡＢを収容
し、それぞれをウェイト２３による圧力Ｐによって加圧
した場合を示す。なお、ケース２１は大気又はガス置換
式オーブンのようなものでよい。このようにして、たと
えば大気中において７８ｋ〜８２０ｋの温度において、
７ｋｓ〜１５ｋｓの時間をかけて、１ＰＭａの圧力Ｐに
よって加圧する。また、第二工程における接合は、大気
雰囲気で十分であるが、Ａｒ，Ｎ₂，Ｈ₂などの非酸化
性ガス雰囲気でおこなってもよい。第二工程における大
気中での加熱は、真空中での加熱より管理も易しく、処
理部材の取扱いが容易となる。したがって接合完了後に
続く次工程で溶体化処理を兼ねた急冷処理（たとえば冷
却水中へ水焼入をする）を簡単に行なうことができる。

【０００８】ここで第一工程において、急速に昇温して
接合温度に到るまでの時間を１０〜６００Ｓとする。こ
の昇温に要する時間は短い程よく、それによって全工程
時間が短縮でき効率がよくなるからである。よって６０
０Ｓが限度である。また、この場合温度は、接合部材に
よって異なるため、部材の種類に応じて仮接合に必要な
温度を採用すればよい。また、昇温後の仮接合に必要な
加圧時間についても接合部材の種類と加圧温度によって
異なるが、概ね６００Ｓ以下であり、あまり長時間で
は、仮接合の意味がなくなる。さらに昇温後の加圧圧力
は０．１〜１００ＭＰａであり、好ましくは１〜１０Ｍ
Ｐａとする。０．１ＭＰａ以下では不充分であり、１０
０ＭＰａ以上の加圧は必要がなく変形のおそれがある。
次に第二工程において、その加圧温度は第一工程の加圧
温度と同温度でよく、多少、高低差があってもよい。ま
た加圧時間は、第一工程と同様に、接合部材の種類と加
圧温度によって異なるが、仮接合後の本接合に必要な時
間であり、概ね１．５〜１５ｋｓが必要である。１．５
ｋｓ以下では接合が不完全であり、１５ｋｓ以上は必要
がない。また、加圧圧力についても第一工程と同様であ
る。

【０００９】

【実施例】

実施例１）ＪＩＳＡＣ８Ａ合金に、径が５μｍのＳｉＣ粒子を５
ｍａｓｓ％添加してなる複合材料同士を、それぞれφ２
０×３０ｍｍのピースに加工し、接合面を６００番のエ
メリー紙で研いて仕上げた。これらをヘキサンで脱脂
後、約１×１０^-2Ｐａの真空雰囲気中で、約８１８Ｋの
温度に約６００ｓで昇温し、その温度で６００ｓ間約１
ＭＰａの圧力を接合面に加えた。この後大気中で、８１
８Ｋの温度と約１ＭＰａの圧力を、約１４．４ｋｓ間接
合面に加えた。このことにより両者は接合できた。接合
部付近の金属組織を図１に示す。実施例２）ＪＩＳＡＣ８Ａ合金に、径が５μｍのＳｉＣ粒子を５
ｍａｓｓ％添加してなる複合材料同士を、それぞれφ２
０×３０ｍｍのピースに加工し、接合面を６００番のエ
メリー紙で研いて仕上げた。これらをヘキサンで脱脂
後、インサート材料として厚さ１００μｍの純Ｚｎ箔を
挟み、約１×１０^-2Ｐａの真空雰囲気中で、約６８３Ｋ
の温度に約６００ｓで昇温し、その温度で６００ｓ間約
１ＭＰａの圧力を接合面に加えた。この後大気中で、８
１８Ｋの温度と約１ＭＰａの圧力を、約７．２ｋｓ間接
合面に加えた。このことにより両者は接合できた。接合
部付近の金属組織を図２に示す。Ｚｎインサートは全て
被接合部材やそのマトリックス中へ拡散吸収されてい
る。実施例３）ＪＩＳＡＣ８Ａ合金に、径が５μｍのＳｉＣ粒子を５
ｍａｓｓ％添加してなる複合材料同士を、それぞれφ２
０×３０ｍｍのピースに加工し、接合面を６００番のエ
メリー紙で研いて仕上げた。これらをヘキサンで脱脂
後、インサート材料として厚さ１００μｍの純Ｚｎ箔を
挟み、約１×１０^-2Ｐａの真空雰囲気中で、約７８３Ｋ
の温度に約６００ｓで昇温し、その温度で６００ｓ間約
１ＭＰａの圧力を接合面に加えた。この後大気中で、７
８８Ｋの温度と約１ＭＰａの圧力を、約７．２ｋｓ間接
合面に加えた。このことにより両者は接合できた。接合
部付近の金属組織を図３に示す。Ｚｎインサートは全て
被接合部材やそのマトリックス中へ拡散吸収されてい
る。

【００１０】

【発明の効果】本発明に係る固相拡散接合法によれば、
接合を第一、第二の２つの工程に分け、第一工程でのみ
真空雰囲気で仮接合をおこなったあと、続行して第二工
程で大気又は不活性ガス雰囲気で接合するようにしたの
で、真空雰囲気を適用しないだけ、処理時間の短縮とコ
ストダウンができる。また、第二工程では大気又は不活
性ガス雰囲気で処理するため、接合部材の取扱いが簡単
で、加熱中や加熱後におこなう種々の操作が迅速に行な
える。さらに大量処理が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方法で接合した接合部材の接合部
付近断面の金属組織を示す図面に代わる写真である。

【図２】本発明に係る方法で接合した他の接合部材の接
合部付近断面の金属組織を示す図面に代わる写真であ
る。

【図３】本発明に係る方法で接合した更に他の接合部材
の接合部付近断面の金属組織を示す図面に代わる写真で
ある。

【図４】本発明に係る方法のうちの第二工程の実施要領
を説明する図である。

【図５】固相拡散接合の要領を説明する図である。

【図６】インサート材を用いる固相拡散接合法の要領を
説明する図である。

【符号の説明】

１治具２治具３真空容器１０インサート材Ａ接合部材Ｂ接合部材２０加熱室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接合部材を当接しておこなう固相拡散接
合法において、該接合法を、真空雰囲気でおこなう第一
工程と、大気またはガス雰囲気中でおこなう第二工程と
で構成したことを特徴とする固相拡散接合法。
【請求項２】接合部材を当接して固相拡散接合をおこ
なう場合に、真空雰囲気において接合温度まで急速に昇
温し、その温度で短時間の間、加圧して仮接合したあ
と、引続いて大気又はガス雰囲気中で本接合をおこなう
ことを特徴とする固相拡散接合法。
【請求項３】前記仮接合を、接合温度に昇温したあと
６００Ｓの間に、おこなうことを特徴とする請求項２に
記載の固相拡散接合法。
【請求項４】前記仮接合の接合温度まで１０〜６００
Ｓで昇温することを特徴とする請求項２に記載の固相拡
散接合法。
【請求項５】前記本接合を、接合温度で、１．５〜１
５ｋｓの間、おこなうことを特徴とする請求項２に記載
の固相拡散接合法。
【請求項６】前記本接合部材に粒子分散型複合材料を
用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の固相拡
散接合法。