JPS61123485A - 拡散接合方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、被接合母材間に、金属超微粉を介在させて溶
融、拡散させる拡散接合方法に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、各種機械類、電子部品等の複雑化、高集積化に伴
ない、高い精度が要求されるようになシ、そのため各種
部品の高度な接合技術の開発が進められている。

従来の接合技術のうち、特にろう接法は、溶接のように
、外部から直接施工することが不可能である内部の接合
も可能であることから、複雑な部品の接合に広く適用さ
れている。このろう接法は、被接合母材の間に、該母材
よυ低融点で、一般には該母材と材料組成の異なるろう
材を介在させて、接合部を所定の温度に加熱し、ろう材
を溶融、流動化せしめ、接合界面に充分に行きわたらせ
た後、凝固させて接合する方法である。

従りて、この方法で接合された部材は、当然その使用温
度がろう材の融点以下になり、しかも接合部の機械的強
度も、ろう材の強度によって規定されてしまうという本
質的な制約を受けることになる。

このようなろう材による接合部材の温度的な使用条件の
制約がなく、接合部が母材と同程度となる接合方法とし
て、従来、拡散接合法が知られている。この拡散接合法
としては０部材を直接、あるいは固相の金属薄板を母材
の接合界面に介在させ、加圧、加熱して、固相拡散接合
する方法と、■特別なろう材を接合界面に介在させ、該
ろう材を溶融させて母材に拡散させる液相拡散接合とが
ある。

何れの拡散接合方法とも、接合部にろう材が残留しない
ため、使用状態における温度上の制約がなく、また溶融
溶接法の如く母材を溶融しないことから、難溶液材料の
接合にも適用でき、更に高精度の面接合が行なえるなど
の特徴を有し、極めて有効な接合方法である。

しかるに前者の固相拡散接合法は、接合部の継手強度を
母材と同等にするためには、その接　・金回にディトや
クラックを生じないように均一に密着させる必要がある
。そのため、接合界面に存在する凹凸を変形させるに必
要な充分な圧力を付加させなければならず、変形を避け
る母材の接合には適用できない上、複雑形状の母材に対
して接合界面全体に均一な圧力を付加することは工業的
に困難であった。

また後者の液相拡散接合法は、ろう接と、拡散接合の両
者の利点を生かした接合方法で、接合時にろう材が一時
的に液相になり、母材の接合界面に存在する凹凸を満た
して母材を密着した状態にするので、接合時に母材間に
圧力を付加する必要がなく、接合界面の状態に左右され
ない利点がある。

しかしながら、仁の方法で用いるろう材は、融点低下元
素として、Ｂ、Ｓｌ、Ｐ等を含むため、これらが母材に
拡散して、等温凝固し、接合部の融点が母材並となって
も、拡散した添加元素により、接合部は高温耐食性を含
めた高温強度を損う欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、接合が極めて
容易で、接合部の組成は、何ら融点低下元素を含まず母
材と同等で、機械的な接合強度が高く、接合部の高温強
度の低下もない拡散接合方法を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、金属が超微粉状態において、／Ｊルク状態よ
りも融点が低く、一旦溶融凝固した後は、バルク状態と
向−になる特性に着目してなされたものである。

即ち本発明は、少なくとも一方が金属である被接合母材
間に、金属超微粉あるいは非金属超微粉を含む金属超微
粉を介在させ、母材の融点以下に加熱して、金属超微粉
を溶融し、両母材を接合することを特徴とするものであ
る。

本発明において用いる金属超微粉としては、被接合母材
の組合せ、例えば同種金属母材、異種金属母材、あるい
は一方が金属母材で他方がセラミックなどの非金属母材
との組合せ状態によって異なるが、少なくとも一方の金
属母材と、同等成分のものが良い。なお母材に金属以外
の材料が含まれている場合、例えば酸化物分散強化合金
などの場合には、酸化物など非金属の超微粉と、マトリ
ックスとなる金属の超微粉との混合物を用いても良い。

なお本発明において用いる金属超微粉の粒径は、２０〜
１０００１’のものが好ましい。粒径が小さい方が融点
も大きく低下するたり、接合に有利であるが、製造、が
難しく、また粒径が１０００１を超えると、融点の低下
が少なく、安定した接合作業が行えない。

また金属超微粉の製造方法としては、例えばがス中蒸発
法、プラズマ蒸発法、活性水素−溶融金属反応法など、
何れの方法でも良い。また被接合母材の接合界面に金属
超微粉を介在させる方法としては、金属超微粉を有機溶
剤と混合して、接合界面に塗布する方法でも良く、また
金属超微粉の製造装置内に、被接合母材を保持し、接合
界面に直接、堆積させる方法でも良い。

また被接合母材の接合方法としては、上記の如く製造し
た金属超微粉を、ｉ接１合母材間に介在させて、不活性
雰囲気中で、金属超微粉の融点以上、被接合母材の融点
以下に加熱して接合を行う。この場合、加圧は原理的に
は不要であるが、接合界面をなじませるためＯ〜１０に
９／ｃＪｒ程度の低荷重を加えても良い。また加熱時間
は被接合母材の種類や金属超微粉の形態によっても異な
るが、１分〜１０時間程度が良く、加熱終了後、酸化を
防ぎながら冷却することにより接合が完了する。

本発明方法においては、金属超微粉が、その粒径によっ
て、融点がバルク状態に比べて低くなり、溶融、凝固後
はバルク状態と同一になる特性を利用したもので、例え
ばＡｕの超微粉の場合、図面のグラフに示すようにバル
ク状態の融点（１３３６Ｋ　）に比べ、粒径が小さくな
る程、融点が低下し、１０００Ｘから２０Ｘの間で数十
度から数百度の範囲で低下している。これは金属超微粉
の比表面積の大きさに起因しているもので、一旦溶融後
、凝固してバルク状態になると、その融点や機械的特性
もバルク状態のものと同一になる。

従って被接合母材の間に金属超微粉を介在させ、母材よ
シ低融点で加熱することによυ、金属超微粉は溶融して
液相となり、被接合面の凹凸を満たして密着状態となる
ため、ディトやクラックの発生がなく、また接合時の母
材間の加圧は不要であシ、しかも一旦溶融、凝固したも
のはバルク状態と同一の性質となるため、被接合母材と
同等になる。このため継手強度も従来の接合面に比べて
向上すると共に、Ｂ、Ｓｔ、Ｐ等の融点低下元素を含ま
ないため、高温耐食性の低下の問題もない。

〔発明の実施例〕

直径１５■、厚さ１■のＡｕ円、板を２個用意し、これ
を被接合母材として、その接合界面をφ６００エメリー
紙で研摩した後、順に１５μｍ１５μｍ−％０．０５μ
ｍのアルミナ研摩材を用いて仕上げ研摩した。

次に上記Ａｕ円板をトリクレンとア七トンで脱脂洗浄し
た後、ガス蒸発法による金属微粉製造装置内に保持した
。この場合、２個のＡｕ円板を蒸発源から２０饋離れた
位置に設置すると共に、両Ａｕ円板を、液体窒素で冷却
された冷却板に密着させて、両Ａｕ円板の接合界面を十
分冷却した。

この状態で装置内に３　Ｑ　ＴｏｒｒのＨｅガスを導入
し、１５００℃でＡｕを蒸発させ、接合界面にＡｕ超微
粉を堆積した。

またこれらＡｕ超微粉の平均粒径を測定するため、前記
Ａｕ円板に隣接して、コロジオン膜を張りたＣｕメツシ
ュを設置し、膜上に堆積したＡｕ超微粉の粒径を透過電
子顕微鏡で観察したところ、平均粒径は約８０Ｘであっ
た。

次いで接合界間にＡｕ超微粒子を堆積した２個のＡｕ円
板を、密着させ、これを真空ホットプレス中に保持し、
装置内を３　Ｘ　１０　　Ｔｏｒｒの真空にして、高周
波加熱によ）接合部、を９５０℃で２０分間加熱した。

その後、Ａｒガスで冷却してＡｕ円板接合体を得た。

得られた接合体の断面を光学顕微鏡で観察したところ、
接合部にディトやクラックは認められず、良好な接合状
態であることが確認された。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発ｖＡＫ係る拡散接合方法によれ
ば、接合が極めて容易で、接合部の組成は何ら融点低下
元素を含まず同等で機械的な接合強度も高く、シかも接
合部の高温耐食性など高温強度の低下も防止できるなど
顕著な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面はＡｕ超微粉の粒径と融点との関係を示すグラフで
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方が金属である被接合母材間に、金
   属超微粉あるいは非金属超微粉を含む金属超微粉を介在
   させ、母材の融点以下に加熱して、金属超微粉を溶融し
   、両母材を接合することを特徴とする拡散接合方法。
2. （２）金属超微粉の粒径が２０〜１０００Åであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の拡散接合方法
   。
3. （３）金属超微粉の組成が、少なくとも一方の被接合金
   属母材と同等である特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の拡散接合方法。