JPH078749B2 - ろう付け方法 - Google Patents
ろう付け方法Info
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- JPH078749B2 JPH078749B2 JP31314990A JP31314990A JPH078749B2 JP H078749 B2 JPH078749 B2 JP H078749B2 JP 31314990 A JP31314990 A JP 31314990A JP 31314990 A JP31314990 A JP 31314990A JP H078749 B2 JPH078749 B2 JP H078749B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は金属、セラミックス、ダイヤモンドなどの同種
または異種材料のろう付け方法に関する。さらに詳しく
は、ろう材を溶融する熱源として酸素との結合反応を伴
わない自己燃焼反応(セルフ−プロパゲーティング・ハ
イ・テンパラチャー・シンセシス(Self-Propagating H
igh Temperature Synthesis)またはコンバスション・
シンセシス(Combustion Synthesis))によって発生す
る熱を利用したまったく新規なろう付け方法に関する。
または異種材料のろう付け方法に関する。さらに詳しく
は、ろう材を溶融する熱源として酸素との結合反応を伴
わない自己燃焼反応(セルフ−プロパゲーティング・ハ
イ・テンパラチャー・シンセシス(Self-Propagating H
igh Temperature Synthesis)またはコンバスション・
シンセシス(Combustion Synthesis))によって発生す
る熱を利用したまったく新規なろう付け方法に関する。
[従来の技術] ろう付け(法)とは、母材より低融点のろう材を用い
て、母材を溶融させず、ろう材のみを溶融することによ
り接合する方法である。
て、母材を溶融させず、ろう材のみを溶融することによ
り接合する方法である。
ろう付けの種類としては、 (a) 被ろう付け組合せ体によって分類すると、金属
−金属、金属−セラミックス、セラミックス−セラミッ
クスなどがあげられ、 (b) ろう材によって分類すると、金属分野では、銀
ろう付け、銅ろう付け、黄銅ろう付けなど、セラミック
ス分野では、活性金属法、酸化物法、水素化合物法、高
融点金属法などがあげられ、 (c) 環境によって分類すると、真空ろう付け、雰囲
気ろう付け(ガス中ろう付け)、大気中ろう付けなどが
あげられ、 (d) 加熱源(加熱方法)によって分類すると、炎
(トーチ)ろう付け、炉内ろう付け、抵抗ろう付け、
(高周波)誘導加熱ろう付け、赤外線ろう付けなどがあ
げられる。
−金属、金属−セラミックス、セラミックス−セラミッ
クスなどがあげられ、 (b) ろう材によって分類すると、金属分野では、銀
ろう付け、銅ろう付け、黄銅ろう付けなど、セラミック
ス分野では、活性金属法、酸化物法、水素化合物法、高
融点金属法などがあげられ、 (c) 環境によって分類すると、真空ろう付け、雰囲
気ろう付け(ガス中ろう付け)、大気中ろう付けなどが
あげられ、 (d) 加熱源(加熱方法)によって分類すると、炎
(トーチ)ろう付け、炉内ろう付け、抵抗ろう付け、
(高周波)誘導加熱ろう付け、赤外線ろう付けなどがあ
げられる。
このように、従来より加熱方法として実用に供されてい
るものとしては、炎加熱、炉内加熱、抵抗加熱、誘導加
熱および赤外線加熱があるが、それぞれ問題点を有して
いる。
るものとしては、炎加熱、炉内加熱、抵抗加熱、誘導加
熱および赤外線加熱があるが、それぞれ問題点を有して
いる。
炎加熱は、温度コントロールが困難であり、また、高温
(たとえば1200℃以上)がえられにくく、さらに、水素
ガス、酸素ガス、プロパンガスなどを必要とするため
に、生産効率が低く、経済性がわるい。また、酸素との
結合反応を伴うので、活性金属ろう材を用いるばあいに
は適用できない。
(たとえば1200℃以上)がえられにくく、さらに、水素
ガス、酸素ガス、プロパンガスなどを必要とするため
に、生産効率が低く、経済性がわるい。また、酸素との
結合反応を伴うので、活性金属ろう材を用いるばあいに
は適用できない。
炉内加熱は、局部加熱が困難で、かつ、加熱および冷却
に長時間を要し、また、高温(たとえば1500℃以上)が
えられにくく、さらに、装置が大がかりになる。また、
長時間全体加熱すると、被ろう付け組合せ体の熱膨張率
の相違によって生じた残留内部応力により熱劣化を生じ
やすくなる。
に長時間を要し、また、高温(たとえば1500℃以上)が
えられにくく、さらに、装置が大がかりになる。また、
長時間全体加熱すると、被ろう付け組合せ体の熱膨張率
の相違によって生じた残留内部応力により熱劣化を生じ
やすくなる。
抵抗加熱は温度コントロールが困難で、また、高温(た
とえば1500℃以上)がえられにくい。
とえば1500℃以上)がえられにくい。
誘導加熱は温度コントロールが困難で、とくに材料、形
状などが異なる多品種を取扱うばあいの生産性が低い。
状などが異なる多品種を取扱うばあいの生産性が低い。
赤外線加熱は、加熱および冷却に長時間を要し、また、
高温(たとえば1200℃以上)がえられにくく、さらに、
装置が大がかりになる。
高温(たとえば1200℃以上)がえられにくく、さらに、
装置が大がかりになる。
一方、前記加熱方法のほかに、ガス管の継手のろう付け
などごく一部の用途においては、テルミット反応により
発生する熱を利用したろう付け方法も提案されている
が、以下のような問題点があり、一般的なろう付け方法
とはなっていない。
などごく一部の用途においては、テルミット反応により
発生する熱を利用したろう付け方法も提案されている
が、以下のような問題点があり、一般的なろう付け方法
とはなっていない。
その第1点は、たとえば酸化第二鉄とアルミニウムのば
あいにおける溶融鉄のように、溶融金属が生成するため
に、被ろう付け体と熱源とを接触させることができない
といった制約があることである。そのため溶融金属相を
遊離させないための工夫として、いくつかの酸化・還元
反応を組合せたり、また、空気酸化を併用して化学量論
組成にしないなどの方法が提案されているが、いずれも
熱源組成が複雑で実用的ではないという欠点がある。
あいにおける溶融鉄のように、溶融金属が生成するため
に、被ろう付け体と熱源とを接触させることができない
といった制約があることである。そのため溶融金属相を
遊離させないための工夫として、いくつかの酸化・還元
反応を組合せたり、また、空気酸化を併用して化学量論
組成にしないなどの方法が提案されているが、いずれも
熱源組成が複雑で実用的ではないという欠点がある。
第2点は、テルミット反応が金属酸化物と他の金属との
酸化還元反応であるため、活性金属ろうを使用するばあ
いや、たとえばダイヤモンドなど酸化が好ましくないも
のをろう付けするばあいには、酸化雰囲気がろう付けに
わるい影響を与えるおそれがある。
酸化還元反応であるため、活性金属ろうを使用するばあ
いや、たとえばダイヤモンドなど酸化が好ましくないも
のをろう付けするばあいには、酸化雰囲気がろう付けに
わるい影響を与えるおそれがある。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は従来の各種ろう付け法における問題点に鑑みて
なされたものであり、 ろう付け時間の短縮化およびそれに伴う被ろう付け
体の内部応力や熱劣化の低減、 局所の部分ろう付け、 ろう付け温度のコントロール、 どうような材料にも適応できるような汎用的なろう
付け法、 簡単な装置・設備によるろう付け法、 生産性の向上 などの課題を解決しうるまったく新しいタイプのろう付
け法を提供しようとするものである。
なされたものであり、 ろう付け時間の短縮化およびそれに伴う被ろう付け
体の内部応力や熱劣化の低減、 局所の部分ろう付け、 ろう付け温度のコントロール、 どうような材料にも適応できるような汎用的なろう
付け法、 簡単な装置・設備によるろう付け法、 生産性の向上 などの課題を解決しうるまったく新しいタイプのろう付
け法を提供しようとするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明により酸素との結合反応を伴わない自己燃焼反応
によって発生する熱を利用してろう材料を溶融すること
を特徴とするろう付け方法が提供される。
によって発生する熱を利用してろう材料を溶融すること
を特徴とするろう付け方法が提供される。
[作用] 自己燃焼反応の原料の組合せ、使用量、配置方法などを
変えることにより、発熱量および発熱時間が容易に制御
可能である。したがって、ろう付け時間の短縮化および
ろう付け温度のコントロールが確実に達成できる。
変えることにより、発熱量および発熱時間が容易に制御
可能である。したがって、ろう付け時間の短縮化および
ろう付け温度のコントロールが確実に達成できる。
自己燃焼反応は原料使用量あたりの発熱量が大きく、ま
た、配置が自由であるので、局所的な部分ろう付けもで
き、種々の被ろう付け組合せ体およびろう材に対して適
用しうる。
た、配置が自由であるので、局所的な部分ろう付けもで
き、種々の被ろう付け組合せ体およびろう材に対して適
用しうる。
密閉容器(ただしN2を用いるばあいは圧力容器)と着火
源があれば実施できるため、設備規模が小さく、安価で
あり、生産性も高い。
源があれば実施できるため、設備規模が小さく、安価で
あり、生産性も高い。
[実施例] 本発明の方法においては、熱源として酸素との結合反応
を伴わない自己燃焼反応による熱が用いられる。
を伴わない自己燃焼反応による熱が用いられる。
自己燃焼反応に用いる原料としては少なくとも2種類以
上の元素が使用される。
上の元素が使用される。
かかる元素の組み合わせとしては、以下のふたつのばあ
いがある。
いがある。
(1) 2種類のうち一方は周期律表IVa、VaおよびVIa
族の元素からなる群より選ばれた1種または2種以上の
元素で通常粉末の形で用いられる。もう一方はC、Bお
よびSiからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素
である。
族の元素からなる群より選ばれた1種または2種以上の
元素で通常粉末の形で用いられる。もう一方はC、Bお
よびSiからなる群より選ばれた少なくとも1種類の元素
である。
(2) 2種類のうち一方は周期律表IVaおよびVa族の
元素ならびにSiからなる群より選ばれた1種または2種
以上の元素で通常粉末の形で用いられる。もう一方はチ
ッ素ガスである。
元素ならびにSiからなる群より選ばれた1種または2種
以上の元素で通常粉末の形で用いられる。もう一方はチ
ッ素ガスである。
このような組合せの代表的なものとしては、Ti粉末+C
粉末、Ti粉末+B粉末、Zr粉末+Si粉末などがあげられ
る。とくにTi粉末+C粉末が安価で入手しやすく、取り
扱いやすく、好適である。
粉末、Ti粉末+B粉末、Zr粉末+Si粉末などがあげられ
る。とくにTi粉末+C粉末が安価で入手しやすく、取り
扱いやすく、好適である。
前記元素粉末は適当な粒径のもの(たとえば1〜1000μ
m、好ましくは10〜100μm)を必要に応じて充分混合
したのち、そのままでも使用でき、または適当な圧力で
成形しペレット状としても使用できる。ペレットの形状
にはとくに限定はなく使用目的に合った形状とされる。
m、好ましくは10〜100μm)を必要に応じて充分混合
したのち、そのままでも使用でき、または適当な圧力で
成形しペレット状としても使用できる。ペレットの形状
にはとくに限定はなく使用目的に合った形状とされる。
なお、第2群の元素がチッ素のばあいは、第1群より選
ばれた1種以上の元素粉末を混合したものをそのまま、
または混合・成形したのち、圧力容器を用いて、チッ素
ガス中(通常1〜100 atmで充分である)で着火し燃焼
反応をおこす。
ばれた1種以上の元素粉末を混合したものをそのまま、
または混合・成形したのち、圧力容器を用いて、チッ素
ガス中(通常1〜100 atmで充分である)で着火し燃焼
反応をおこす。
被ろう付け組合せ体と粉末状またはペレット状の自己燃
焼反応による発熱体(自己燃焼反応の原料のうちチッ素
ガス以外のものを示す、以下同じ)との配置にも、とく
に限定はなく、たとえば、組合せ体を混合粉末中に埋め
込む、組合せ体を混合粉末上に載せる、組合せ体をペレ
ット上に載せる、組合せ体を前後左右上下などからペレ
ットでかこむ、組合せ体のろう付け部分近傍にペレット
を置く、などの方法を適宜採用することができる。
焼反応による発熱体(自己燃焼反応の原料のうちチッ素
ガス以外のものを示す、以下同じ)との配置にも、とく
に限定はなく、たとえば、組合せ体を混合粉末中に埋め
込む、組合せ体を混合粉末上に載せる、組合せ体をペレ
ット上に載せる、組合せ体を前後左右上下などからペレ
ットでかこむ、組合せ体のろう付け部分近傍にペレット
を置く、などの方法を適宜採用することができる。
発熱量コントロールは、元素の組合せ、元素粉末の量に
より、また、たとえばTi+C+TiCのごとく、反応しう
る元素粉末に一旦反応した後の生成物、または、自己燃
焼反応を起さない、たとえばAl2O3、ZrO2などの不活性
な粉末(非反応物)を混合することにより発生熱量をコ
ントロールすることができる。
より、また、たとえばTi+C+TiCのごとく、反応しう
る元素粉末に一旦反応した後の生成物、または、自己燃
焼反応を起さない、たとえばAl2O3、ZrO2などの不活性
な粉末(非反応物)を混合することにより発生熱量をコ
ントロールすることができる。
混合される非反応物の量は、一般には原料全体中0〜45
モル%の範囲にあり、割合が大きいほど到達最高温度は
低くなる。また、前記混合量が50モル%をこえると一般
には自己燃焼反応を生じえない。
モル%の範囲にあり、割合が大きいほど到達最高温度は
低くなる。また、前記混合量が50モル%をこえると一般
には自己燃焼反応を生じえない。
たとえば、前記Ti+C+TiCのばあいには、TiとCとの
モル比が1:1の混合物に、全体の20モル%以下となる量
のTiCを加えて(例:Ti/C/TiC=40/40/20(モル比))発
熱量をコントロールすることができ、別な例としてN2雰
囲気中のTi+TiNのばあいには、Tiに全体の25モル%以
下となる量のTiNを加えて(例:Ti/TiN=75/25(モル
比))発熱量をコントロールすることもできる。
モル比が1:1の混合物に、全体の20モル%以下となる量
のTiCを加えて(例:Ti/C/TiC=40/40/20(モル比))発
熱量をコントロールすることができ、別な例としてN2雰
囲気中のTi+TiNのばあいには、Tiに全体の25モル%以
下となる量のTiNを加えて(例:Ti/TiN=75/25(モル
比))発熱量をコントロールすることもできる。
ろう付け温度のコントロールについては、混合粉末また
はペレットの発熱量、混合粉末またはペレットの配置方
法、被ろう付け組合せ体の性質(重量、比熱、熱伝導
度)、雰囲気(圧力、ガスの種類)などによって、組合
せ体の温度、とくにろう材部分の温度が決まる。以上の
条件を適宜組合せることによりろう付け温度をコントロ
ールしてろう付けを行う。
はペレットの発熱量、混合粉末またはペレットの配置方
法、被ろう付け組合せ体の性質(重量、比熱、熱伝導
度)、雰囲気(圧力、ガスの種類)などによって、組合
せ体の温度、とくにろう材部分の温度が決まる。以上の
条件を適宜組合せることによりろう付け温度をコントロ
ールしてろう付けを行う。
ろう付け雰囲気としては、原料の一方がチッ素ガスのば
あいは前述のごとくたとえば1〜100 atmのチッ素ガス
雰囲気中、好ましくは高圧ガス取締法にかからないとい
う点で1〜9.9atmのチッ素ガス雰囲気中で(このばあい
は、チッ素ガスは単なる雰囲気ではなく、自己燃焼反応
原料の一部である)、また、それ以外のばあいは、真空
中またはArなどの不活性ガス中で行う。前記雰囲気条件
は、反応が瞬間的なため厳密なものでなくてもよく、真
空なら10-2Torr以下で充分であり、ガス雰囲気なら10-2
Torr以下に減圧後、大気圧より若干高いガス封入圧で充
分である。
あいは前述のごとくたとえば1〜100 atmのチッ素ガス
雰囲気中、好ましくは高圧ガス取締法にかからないとい
う点で1〜9.9atmのチッ素ガス雰囲気中で(このばあい
は、チッ素ガスは単なる雰囲気ではなく、自己燃焼反応
原料の一部である)、また、それ以外のばあいは、真空
中またはArなどの不活性ガス中で行う。前記雰囲気条件
は、反応が瞬間的なため厳密なものでなくてもよく、真
空なら10-2Torr以下で充分であり、ガス雰囲気なら10-2
Torr以下に減圧後、大気圧より若干高いガス封入圧で充
分である。
本発明の方法を適用しうる被ろう付け組合せ体には、と
くに限定はなく、たとえば、金属−金属であっても、金
属−セラミックスであっても、セラミックス−セラミッ
クスであってもよい。また、一方がダイヤモンドであ
り、他方が金属、セラミックス、グラファイトまたはダ
イヤモンドであってもよい。前記セラミックスは酸化系
のものであっても、非酸化系のものであってもよい。
くに限定はなく、たとえば、金属−金属であっても、金
属−セラミックスであっても、セラミックス−セラミッ
クスであってもよい。また、一方がダイヤモンドであ
り、他方が金属、セラミックス、グラファイトまたはダ
イヤモンドであってもよい。前記セラミックスは酸化系
のものであっても、非酸化系のものであってもよい。
とくに、本発明の方法は従来のろう付け方法に比べてき
わめて短時間にろう付けが行えるため、金属とセラミッ
クスといった熱膨張率の差が大きいものの接合に効果が
ある。これは、各々が充分熱膨張するまえにろう付けが
完了するためと考えられる。
わめて短時間にろう付けが行えるため、金属とセラミッ
クスといった熱膨張率の差が大きいものの接合に効果が
ある。これは、各々が充分熱膨張するまえにろう付けが
完了するためと考えられる。
さらに、本発明の方法はダイヤモンドのように靱性が低
く少しの熱応力でもクラックの生じやすいものを少なく
とも一方に含むろう付けにはとくに好適である。また、
自己燃焼反応は酸素との結合反応を伴わないので、ダイ
ヤモンドのように高温下で表面が酸化されやすい被ろう
付け体にはさらに有利である。
く少しの熱応力でもクラックの生じやすいものを少なく
とも一方に含むろう付けにはとくに好適である。また、
自己燃焼反応は酸素との結合反応を伴わないので、ダイ
ヤモンドのように高温下で表面が酸化されやすい被ろう
付け体にはさらに有利である。
短時間でろう付けできることによる他のメリットは、ダ
イヤモンドのように熱分解性の物のばあいに、短時間加
熱のため、高温においても熱分解を起さないことであ
る。
イヤモンドのように熱分解性の物のばあいに、短時間加
熱のため、高温においても熱分解を起さないことであ
る。
なお、本明細書において、ダイヤモンドとは、すべての
種類のものを含む概念であり、したがって単結晶ダイヤ
モンドも多結晶ダイヤモンドも含むものである。前記単
結晶ダイヤモンドには天然ダイヤモンドおよび合成(人
工)ダイヤモンドが含まれ、前記多結晶ダイヤモンドに
は焼結ダイヤモンドおよび薄膜ダイヤモンドが含まれ
る。
種類のものを含む概念であり、したがって単結晶ダイヤ
モンドも多結晶ダイヤモンドも含むものである。前記単
結晶ダイヤモンドには天然ダイヤモンドおよび合成(人
工)ダイヤモンドが含まれ、前記多結晶ダイヤモンドに
は焼結ダイヤモンドおよび薄膜ダイヤモンドが含まれ
る。
本発明に用いるろう材としては、一般的には、被ろう付
け組合せ体に応じたろう材が使用される。たとえば、金
属同士ならBCu(銅ろう)、BAg(銀ろう)、BAu(金ろ
う)、BCuZu(黄銅ろう)、BNi(ニッケルろう)、BPd
(パラジクムろう)、などが用いられる。セラミックス
−金属、セラミックス−セラミックスならTi、Zr、Ta、
Cr、Vなど活性金属を含んだ銀系、銅系、ニッケル系な
どのろう材が適している。
け組合せ体に応じたろう材が使用される。たとえば、金
属同士ならBCu(銅ろう)、BAg(銀ろう)、BAu(金ろ
う)、BCuZu(黄銅ろう)、BNi(ニッケルろう)、BPd
(パラジクムろう)、などが用いられる。セラミックス
−金属、セラミックス−セラミックスならTi、Zr、Ta、
Cr、Vなど活性金属を含んだ銀系、銅系、ニッケル系な
どのろう材が適している。
ろう材の融点は特殊なものを除き大部分が1500℃以下で
あり、したがって自己燃焼反応の原料や発熱体の配置を
適正に選択すれば充分溶融が可能となる。
あり、したがって自己燃焼反応の原料や発熱体の配置を
適正に選択すれば充分溶融が可能となる。
実施例1 Mo基板(10×10×厚さ1mm)の上にAg-Cu-Tiろう材(Ag:
Cu:Ti=70:28:2、厚さ100μm)を、さらにその上に(1
00)面でカツトした天然ダイヤモンド(約1/3カラッ
ト)を置き、本発明の方法により接合した。第1図に示
すように2本の炭素リボンヒーター(1)の上に発熱源
となるペレット(2)(Ti+C=1:1モル、1.0g)を置
き、その上にMo基板(6)、ろう材(5)およびダイヤ
モンド(4)を設置し、Ar雰囲気の大気圧下で炭素リボ
ンヒータに通電して、着火することにより発熱源ペレッ
トの反応を促した。発熱源の温度を放射温度計で測定し
たところ、最高温度は約2750℃であった。約1分後に取
り出したところ接合状態はきわめて良好で、ダイヤモン
ドのクラック発生もなかった。接合体の破断試験を行っ
たところ、ダイヤモンドでの破壊が観察され、ダイヤモ
ンドと基板との接合界面は、まったく損傷を受けていな
かった。接合体をダイヤモンドバイトに加工し、切削材
料としてAl-Si合金(Si含有量が11.0〜13.0モル%)、
切削条件として主軸回転数800rpm、切込み深さ0.2mm、
刃物送り量0.15mm/revで6.6時間連続で使用しても、ま
ったく問題なかった。ダイヤモンドを再研磨し、同様の
切削をさらに10数回繰り返すことができた。
Cu:Ti=70:28:2、厚さ100μm)を、さらにその上に(1
00)面でカツトした天然ダイヤモンド(約1/3カラッ
ト)を置き、本発明の方法により接合した。第1図に示
すように2本の炭素リボンヒーター(1)の上に発熱源
となるペレット(2)(Ti+C=1:1モル、1.0g)を置
き、その上にMo基板(6)、ろう材(5)およびダイヤ
モンド(4)を設置し、Ar雰囲気の大気圧下で炭素リボ
ンヒータに通電して、着火することにより発熱源ペレッ
トの反応を促した。発熱源の温度を放射温度計で測定し
たところ、最高温度は約2750℃であった。約1分後に取
り出したところ接合状態はきわめて良好で、ダイヤモン
ドのクラック発生もなかった。接合体の破断試験を行っ
たところ、ダイヤモンドでの破壊が観察され、ダイヤモ
ンドと基板との接合界面は、まったく損傷を受けていな
かった。接合体をダイヤモンドバイトに加工し、切削材
料としてAl-Si合金(Si含有量が11.0〜13.0モル%)、
切削条件として主軸回転数800rpm、切込み深さ0.2mm、
刃物送り量0.15mm/revで6.6時間連続で使用しても、ま
ったく問題なかった。ダイヤモンドを再研磨し、同様の
切削をさらに10数回繰り返すことができた。
実施例2〜9および比較例1 第1表に示すろう付け条件のほかは実施例1と同様にし
て、被ろう付け組合せ体の一方がダイヤモンドであり、
他方が金属、セラミックス、グラファイトまたはダイヤ
モンドである実施例2〜9のろう付けを行った。
て、被ろう付け組合せ体の一方がダイヤモンドであり、
他方が金属、セラミックス、グラファイトまたはダイヤ
モンドである実施例2〜9のろう付けを行った。
なお、以下の第1〜4表の「配置」欄に第1図、第2
図、第3図、第4図とあるのは、被ろう付け組合せ体、
ろう材、発熱体および着火源たるヒーターをそれぞれの
図面に示されるごとく配置したことを意味する。
図、第3図、第4図とあるのは、被ろう付け組合せ体、
ろう材、発熱体および着火源たるヒーターをそれぞれの
図面に示されるごとく配置したことを意味する。
第2〜4図において、(1)は炭素リボンヒーター、
(2)は発熱体ペレット、(3)は発熱体混合粉末、
(4)は被ろう付け組合せ体の一方(以下、被ろう付け
体Aという)、(5)はろう材、(6)は被ろう付け組
合せ体の他方(以下、被ろう付け体Bという)である。
(2)は発熱体ペレット、(3)は発熱体混合粉末、
(4)は被ろう付け組合せ体の一方(以下、被ろう付け
体Aという)、(5)はろう材、(6)は被ろう付け組
合せ体の他方(以下、被ろう付け体Bという)である。
比較例1は、反応生成物たるTiCを発熱体中に多量に配
合したほかは実施例8と同様にしたものである。実施例
8におけるTiC配合量が20モル%であったのに対して、
比較例1では60モル%であったので、比較例1のものは
発熱体が自己燃焼を生じえず、ろう付けができなかっ
た。
合したほかは実施例8と同様にしたものである。実施例
8におけるTiC配合量が20モル%であったのに対して、
比較例1では60モル%であったので、比較例1のものは
発熱体が自己燃焼を生じえず、ろう付けができなかっ
た。
実施例2〜9の接合体の破断試験を行ったところ、実施
例2〜5および7〜9については実施例1と同じくいず
れもダイヤモンドでの破壊が確認され、実施例6につい
てはグラファイトでの破壊が確認された。
例2〜5および7〜9については実施例1と同じくいず
れもダイヤモンドでの破壊が確認され、実施例6につい
てはグラファイトでの破壊が確認された。
実施例1〜9のろう付け条件および破断試験結果を第1
表に示す。
表に示す。
実施例10〜13 第2表に示すろう付け条件のほかは実施例1と同様にし
て、被ろう付け組合せ体の一方がセラミックスであり、
他方が金属である実施例10〜13のろう付けを行った。
て、被ろう付け組合せ体の一方がセラミックスであり、
他方が金属である実施例10〜13のろう付けを行った。
ついで、これらの接合体のせん断強度を測るため、ろう
付け面を含む厚さ5mmで5mm×5mmの立方体の試験片ブロ
ックを切り出した。せん断強度の測定はこのブロックの
ろう付け面の両側を別々に把持し、ろう付け面方向に沿
って上・下に荷重をかけて行った。
付け面を含む厚さ5mmで5mm×5mmの立方体の試験片ブロ
ックを切り出した。せん断強度の測定はこのブロックの
ろう付け面の両側を別々に把持し、ろう付け面方向に沿
って上・下に荷重をかけて行った。
実施例10〜13の接合体のろう付け条件および測定された
せん断強度を第2表に示す。
せん断強度を第2表に示す。
実施例14〜17 第3表に示すろう付け条件のほかは実施例1と同様にし
て、被ろう付け組合せ体の双方がセラミックスである実
施例14〜17のろう付けおよびせん断強度測定を行った。
て、被ろう付け組合せ体の双方がセラミックスである実
施例14〜17のろう付けおよびせん断強度測定を行った。
ろう付け条件および測定されたせん断強度を第3表に示
す。
す。
実施例18〜21 第4表に示すろう付け条件のほかは実施例1と同様にし
て、被ろう付け組合せ体の双方が金属である実施例18〜
21のろう付けおよびせん断強度測定を行った。
て、被ろう付け組合せ体の双方が金属である実施例18〜
21のろう付けおよびせん断強度測定を行った。
ろう付け条件および測定されたせん断強度を第4表に示
す。
す。
このように、被ろう付け体が加熱環境にさらされている
時間が秒単位のきわめて短い時間であるため、接合界面
の残留内部応力が少なくクラックの発生もないことが以
上の実施例により実証された。また、ろう付け温度のコ
ントロールについても、容易に制御できることが実施例
8、15および19ならびに比較例1により実証された。
時間が秒単位のきわめて短い時間であるため、接合界面
の残留内部応力が少なくクラックの発生もないことが以
上の実施例により実証された。また、ろう付け温度のコ
ントロールについても、容易に制御できることが実施例
8、15および19ならびに比較例1により実証された。
[発明の効果] 本発明によれば従来の高周波ろう付けや、真空ろう付け
にはない種々の利点がえられる。
にはない種々の利点がえられる。
第1点は自己燃焼反応が秒単位の発熱反応であり、ろう
材の溶融に必要な高温が秒単位のきわめて短い時間内に
えられ、かつ冷却も含めても5〜10分間程度でろう付け
の全工程が完了することである。
材の溶融に必要な高温が秒単位のきわめて短い時間内に
えられ、かつ冷却も含めても5〜10分間程度でろう付け
の全工程が完了することである。
これにより、被ろう付け組合せ体が、完全に熱膨張する
以前にろう付けが行われるため、熱膨張率の差に起因す
る接合部分での残留内部応力が小さくてすむ。したがっ
て、金属とセラミックス、金属とダイヤモンドのように
熱膨張率の差の大きいもの同士でも信頼性の高い接合体
がえられ、とくに有利である。また、天然の単結晶ダイ
ヤモンドの中には産出時点より内部歪みやマイクロクラ
ックといった微小な欠陥をもったものが存在するが、こ
の方法によるとこれらの欠陥を増大(拡大)させること
なくろう付けすることも可能である。
以前にろう付けが行われるため、熱膨張率の差に起因す
る接合部分での残留内部応力が小さくてすむ。したがっ
て、金属とセラミックス、金属とダイヤモンドのように
熱膨張率の差の大きいもの同士でも信頼性の高い接合体
がえられ、とくに有利である。また、天然の単結晶ダイ
ヤモンドの中には産出時点より内部歪みやマイクロクラ
ックといった微小な欠陥をもったものが存在するが、こ
の方法によるとこれらの欠陥を増大(拡大)させること
なくろう付けすることも可能である。
また、ろう付け作業が短時間ですみ生産性が高くなる。
さらに、長時間の加熱を必要とせずランニングコストが
安くなる。
安くなる。
第2点は酸素との結合反応を伴わない反応熱を利用して
いるためダイヤモンドのように酸化されやすいもののろ
う付けや、活性金属ろう材を使用するばあいにも容易に
適用できることである。とくにダイヤモンドのように色
や透明感(クラリティー)が問題となるようなものでも
まったく変色なくろう付けが可能となる。
いるためダイヤモンドのように酸化されやすいもののろ
う付けや、活性金属ろう材を使用するばあいにも容易に
適用できることである。とくにダイヤモンドのように色
や透明感(クラリティー)が問題となるようなものでも
まったく変色なくろう付けが可能となる。
第3点は熱源となる自己燃焼反応の原料を粉末でも、ま
た必要な形状に成形してでも用いることができることで
ある。
た必要な形状に成形してでも用いることができることで
ある。
また、テルミット反応のように溶融金属を生じないた
め、原料粉末中にろう付け体を埋めこんでろう付けする
ことも可能である。
め、原料粉末中にろう付け体を埋めこんでろう付けする
ことも可能である。
さらに、ろう付け部分にのみ発熱体を配置することによ
り局所的な部分ろう付けが可能であり、全体を加熱する
必要がない。
り局所的な部分ろう付けが可能であり、全体を加熱する
必要がない。
また、発熱体、とくに成形したペレットをろう付け体の
下、上、左、右など必要な箇所に適切な距離に配置する
ことができ、自由度が高い。
下、上、左、右など必要な箇所に適切な距離に配置する
ことができ、自由度が高い。
第4点はつぎに示す方法により発熱量、ひいてはろう付
け温度をコントロールできることである。
け温度をコントロールできることである。
(ア) 第1群と第2群の元素の組合せ (イ) 自己燃焼反応の原料の重量 (ウ) 自己燃焼反応の原料に原料全体に対して45モル
%未満の燃焼反応生成物または自己燃焼反応に対して不
活性な物を混合すること(50モル%以上になると燃焼反
応がおこらない)。
%未満の燃焼反応生成物または自己燃焼反応に対して不
活性な物を混合すること(50モル%以上になると燃焼反
応がおこらない)。
その他の効果として、さらにつぎの点があげられる。
(i) 自己燃焼反応は基本的には秒単位でおこる発熱
反応であるが、N2ガスやArガスを使用するばあいには、
ガス圧を調整することにより、発熱時間をコントロール
することもできる。
反応であるが、N2ガスやArガスを使用するばあいには、
ガス圧を調整することにより、発熱時間をコントロール
することもできる。
(ii) 発熱体が数gの量でも2000〜3000℃の最高温度
をうることができるため、ごく一部の高融点ろう材を使
用するばあいを除き、ほぼすべてのろう付けに適用でき
る。
をうることができるため、ごく一部の高融点ろう材を使
用するばあいを除き、ほぼすべてのろう付けに適用でき
る。
(iii) ろう付け作業に特別な技術は不要であり、未
熟練者でも再現性よくろう付けができる。
熟練者でも再現性よくろう付けができる。
(iv) 簡単な耐圧容器と着火源があればよく特殊な装
置を必要としない。
置を必要としない。
(v) 固定式の熱源を使う従来のろう付けに対して、
ろう付けの条件に応じて熱源を自由に設定できるため、
小ロット多品種のろう付けにも適している。
ろう付けの条件に応じて熱源を自由に設定できるため、
小ロット多品種のろう付けにも適している。
第1図は本発明の方法を実施するための材料配置の一例
を示す斜視図、第2図は前記配置の別な例を示す斜視
図、第3図は前記配置のさらに別な例を示す斜視図、第
4図は前記配置のさらに別な例を示す部分断面側面図で
ある。 (図面の主要符号) (1):炭素リボンヒーター (2):発熱体ペレット (3):発熱体混合粉末 (4):被ろう付け体A (5):ろう材 (6):被ろう付け体B
を示す斜視図、第2図は前記配置の別な例を示す斜視
図、第3図は前記配置のさらに別な例を示す斜視図、第
4図は前記配置のさらに別な例を示す部分断面側面図で
ある。 (図面の主要符号) (1):炭素リボンヒーター (2):発熱体ペレット (3):発熱体混合粉末 (4):被ろう付け体A (5):ろう材 (6):被ろう付け体B
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 37/02 A (72)発明者 中村 吉紀 滋賀県草津市若草7丁目4番地の12 (72)発明者 松本 价三良 滋賀県甲賀郡信楽町江田485 (72)発明者 上田 章 滋賀県高島郡今津町大字今津198 (72)発明者 竹谷 芳一 滋賀県高島郡今津町南新保549―37 (56)参考文献 特開 昭59−184776(JP,A) 特開 昭61−31365(JP,A)
Claims (16)
- 【請求項1】酸素との結合反応を伴わない自己燃焼反応
によって発生する熱を利用してろう材料を溶融すること
を特徴とするろう付け方法。 - 【請求項2】自己燃焼反応の原料が、周期律表IVa、Va
およびVIa族の元素からなる第1群より選ばれた1種以
上の元素粉末と、C、BおよびSiからなる第2群より選
ばれた1種以上の元素粉末とからなることを特徴とする
請求項1記載のろう付け方法。 - 【請求項3】被ろう付け組合せ体を自己燃焼反応の原料
を混合した粉末上に載置、または混合原料粉末中に埋め
込んだのち、混合原料の一端に着火し自己燃焼反応を行
わせることを特徴とする請求項1または2記載のろう付
け方法。 - 【請求項4】被ろう付け組合せ体を自己燃焼反応の原料
を混合・成形したペレット上に載置したのち、ペレット
の一端に着火し自己燃焼反応を行わせることを特徴とす
る請求項1または2記載のろう付け方法。 - 【請求項5】自己燃焼反応の原料を混合・成形したペレ
ットを被ろう付け組合せ体の上下、左右、または周囲に
載置したのち、これらに着火し自己燃焼を行わせること
を特徴とする請求項1または2記載のろう付け方法。 - 【請求項6】自己燃焼反応の原料を混合・成形したペレ
ットを被ろう付け組合せ体のろう付けする部分の近傍に
載置したのち、これらに着火し自己燃焼を行わせて、必
要な箇所のみを加熱することによりろう付けすることを
特徴とする請求項1または2記載のろう付け方法。 - 【請求項7】自己燃焼反応の原料に自己燃焼反応によっ
て生成した生成物または自己燃焼反応を起さない不活性
な粉末を混合することにより、ろう付け温度を制御する
ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6記
載のろう付け方法。 - 【請求項8】自己燃焼反応の原料が、周期律表IVaおよ
びVa族の元素ならびにSiからなる第1群より選ばれた1
種以上の元素粉末と、チッ素ガスとからなることを特徴
とする請求項1記載のろう付け方法。 - 【請求項9】被ろう付け組合せ体を第1群より選ばれた
元素粉末の上に載置、または該元素粉末中に埋め込みん
だのち、チッ素ガス雰囲気中で原料に着火し自己燃焼反
応を行わせることを特徴とする請求項8記載のろう付け
方法。 - 【請求項10】被ろう付け組合せ体を第1群より選ばれ
た元素粉末を混合・成形したペレット上に載置したの
ち、チッ素ガス雰囲気中でペレットの一端に着火し自己
燃焼反応を行わせることを特徴とする請求項8記載のろ
う付け方法。 - 【請求項11】第1群より選ばれた元素粉末を混合・成
形したペレットを被ろう付け組合せ体の上下、左右、ま
たは周囲に載置したのち、チッ素ガス雰囲気中でこれら
に着火し自己燃焼を行わせることを特徴とする請求項8
記載のろう付け方法。 - 【請求項12】第1群より選ばれた元素粉末を混合・成
形したペレットを被ろう付け組合せ体のろう付けする部
分の近傍に載置したのち、チッ素ガス雰囲気中でこれら
に着火し自己燃焼を行わせて、必要な箇所のみを加熱す
ることによりろう付けすることを特徴とする請求項8記
載のろう付け方法。 - 【請求項13】第1群より選ばれた元素粉末に自己燃焼
反応によって生成した生成物または自己燃焼反応を起さ
ない不活性な粉末を混合することにより、ろう付け温度
を制御することを特徴とする請求項8、9、10、11また
は12記載のろう付け方法。 - 【請求項14】ろう材料が活性金属のみからなるろう材
または活性金属を一部に含むろう材であることを特徴と
する請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、
11、12または13記載のろう付け方法。 - 【請求項15】被ろう付け組合せ体が金属−金属、金属
−セラミックスまたはセラミックス−セラミックスであ
る請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、1
1、12、13または14記載のろう付け方法。 - 【請求項16】被ろう付け組合せ体の一方がダイヤモン
ドであり、他方が金属、セラミックス、グラファイトま
たはダイヤモンドであることを特徴とする請求項1、
2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13また
は14記載のろう付け方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31314990A JPH078749B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | ろう付け方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31314990A JPH078749B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | ろう付け方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04187573A JPH04187573A (ja) | 1992-07-06 |
| JPH078749B2 true JPH078749B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=18037699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31314990A Expired - Fee Related JPH078749B2 (ja) | 1990-11-19 | 1990-11-19 | ろう付け方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH078749B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6221513B1 (en) * | 1998-05-12 | 2001-04-24 | Pacific Coast Technologies, Inc. | Methods for hermetically sealing ceramic to metallic surfaces and assemblies incorporating such seals |
| CN102085589A (zh) * | 2010-11-03 | 2011-06-08 | 宁波江丰电子材料有限公司 | Led芯片与背板的焊接方法 |
| CN116117258A (zh) * | 2023-02-07 | 2023-05-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种以碳材料中间层为热源的快速电阻钎焊方法 |
-
1990
- 1990-11-19 JP JP31314990A patent/JPH078749B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04187573A (ja) | 1992-07-06 |
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