JPS6283381A - 異種材料の接合方法 - Google Patents

異種材料の接合方法

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JPS6283381A
JPS6283381A JP60221913A JP22191385A JPS6283381A JP S6283381 A JPS6283381 A JP S6283381A JP 60221913 A JP60221913 A JP 60221913A JP 22191385 A JP22191385 A JP 22191385A JP S6283381 A JPS6283381 A JP S6283381A
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JP
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metal
carbon
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中之瀬 恩
誠二 石本
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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】 し発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、炭素繊維/炭素複合材料または金属繊維・
炭素ia、!/炭素複合材料と耐熱金属材料とを密閉状
態で接合するのに利用される異種材料の接合方法に関す
るものである。
(従来の技術) 従来、セラミックス笠の無機質材料と金属材料とを接合
(結合)する方法としては、例えば、セラミックスの表
面にメタライジングを施し、必要に応じて金属めっきを
行ったのち、金属とろうイ・1けを行う高融点金属法や
、非常に活性な金属と、この金属と比較的低融点の合金
をつくる金属とを共晶組成となる割合でセラミックスと
金属との間に挿入し、真空中または不活性雰囲気中で加
熱する活性金属法や、セラミックスと金属との間に酸化
物ツルターを入れて加熱する方法などがあった。(セラ
ミックス技術集成、セラミックス材料技術編集委員会編
、昭和54年4月lO口発行。
第738頁〜第747頁:ロ木金属学会報第22巻第1
号第3頁〜第7頁)。
(発明が解決しようとする問題点) このような従来のセラミックス材料と金属材料とを接合
する方法では、ろう材や酸化物ツルターを使用している
ため、接合部に例えば酸化物ツルターとしてAl103
  、CaOを主成分とするものを用いたとしてその融
点が約1500℃程度であることから、とくに無機質材
料として、炭素繊維/炭素複合材料や、金属繊維・炭素
繊維/炭素複合材料のように、1耐熱層度が2000 
’C以Fにも及ぶような材料と高融点金属材t′)とを
接合する場合には、上記した従来の接合方法では接合強
度の維持が困難であるという問題点があった。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、接合部における耐熱強度を箸しく高くして高
温の環境fにおいても接合強度を1−分に維持すること
ができ、接合部における密閉度も高いものとすることが
でき、結合性と封着性が著しく良好である複合材料と耐
熱金属材料との接合方法を提供することを目的としてい
る。
[発明の構成] (問題点を解決するための丁段) この発明による複合材料と耐熱金属材料との接合方法は
、炭素繊維/炭素複合材料または金属繊維φ炭素繊維/
炭素複合材料と耐熱金属材料とを接合するに際し、前記
複合材料の前記耐熱金属材料との接合部に溝を設けて、
前記溝内に耐熱金属を溶接肉盛し、前記複合材料と耐熱
金属材料との接合部に前記溶接肉盛した耐熱金属を介在
させた状yルで前記複合材料と耐熱金属材料とを溶接接
合するようにしたことを特徴としている。
この発明が適用される複合材料は、炭素繊維/炭素複合
材料や、これにTi 、Nb、Ta、B等の金属m維や
ウィスカーをさらに複合化させた金属ia雄・炭素繊維
/炭素複合材料などがある。
これらのうち、炭素繊維としては、ピッチ(石油ピッチ
や石炭ピッチ)系のもの、レイヨン系のもの、PAN系
のものなどが使用される。
また、前記炭素繊維、金属繊維のマトリックス(1’J
相)となる炭素としては、カーボンやグラファイトが使
用される。
そして、炭素繊維/炭素複合材料や、金属m維拳炭素t
a維/炭素複合材料を製造する方法は特に限定されない
が、例えば、カーボン繊維/フェノール、グラファイト
mB/フェノールからなるFRPを一次焼成によって炭
化あるいは黒鉛化し、さらに高密度化するためにピッチ
含浸と焼成を繰り返す方法や、カーボン繊維やグラファ
イト繊維で編んだ骨材に炭化水素を熱分解して生成する
炭素を化学的に蒸着(CVD)させる方法などかある。
また、この発明が適用される耐熱金属材料としては、例
えば、ハステロイ、モネル、インコネル、インコロイ、
GMR、\インズ1のNi2!iやCo基の1耐熟・耐
食合金や、耐熱鋼および合金鋼が使用され、そのほか、
例えば、T i 、 M O。
Nb、Ta、Zr、W、Cr、Vなどの中休または合金
を使用することができる。
さらにまた、複合材料の前記耐熱金属材料との接合部に
設けた溝内に溶接肉盛する耐熱金属としては、前述した
耐熱金属材料と同じようなものが使用されるが、溶接肉
盛する耐熱金属と前記耐熱金属材料とは必ずしも同一成
分でなくとも良いものである。
このような耐熱金属を溶接肉盛するにあたっては、アー
ク8源を用いたMIG溶接法、TIG溶接法、メタルア
ーク溶接法、プラズマアーク溶1z法や、レーザ溶接法
、ビーム溶接法などが使用され、より望ましくは供給パ
ワー密度が104W/cm’、さらに必要に応じて1o
5W/cm’以りの高エネルギー密度のものを使用する
ことによって、溶接肉盛した耐熱金属が前記複合材料の
微小空間に浸透して、凝固後に耐熱金属と複合材料との
界面でアンカー効果による機械的な結合を生じるように
なすことも必要に応じて望ましい。
さらにまた、複合材料と耐熱金属材料との接合部に前記
溶接肉盛した耐熱金属を介在させた状態で前記複合材料
と耐熱金属材料とを溶接接合するに際しては、アーク熱
源を用いたMIG溶接法。
TIG溶接法、メタルアーク溶接法、プラズマアーク溶
接法や、レーザ溶接法、ビーム溶接法などが使用され、
この場合にも供給パワー密度が10’ W/cm’以上
、必要に応じて1o5W/Cm7以上の高エネルギー密
度のものを使用することも・tfi況によっては望まし
い。
また、溶接接合する際に用いる溶接材料とじては、前述
の耐熱金属材料や溶接肉盛材料と同じようなものが使用
でき、その他溶接用に適する材料が用いられる。
(実施例1) 第2図に示すように、一端側に開口するスカート部11
aを有し、かつ他端側にスロート部11bを経て開口す
るロケットのノズル11を炭素繊維/炭素複合材料から
製作した0次いで、スカート部11aの外周側に三つの
全円周溝11 、c 、 11 d 、 11 eを形
成したのち、不活性ガス雰囲気(アルゴンガス雰囲気中
においてMIG溶接法によりNi基耐熱合金(ハステロ
イW、5重量%Cr−24,5重量%M o −5、5
重量%Fe−残部Ni)を第3図に示すように前記各溝
11c、lid、lle内に全円周にわたって肉盛溶接
を行って、各々溶接肉盛部12a、12b、12Cを形
成した。このとき、各溶接肉盛部12a、12b、12
cをスカート部11aの外周面よりも若干高くなるよう
に溶接肉盛した。続いて、第4図に示すように溶接肉盛
部12a、12b、12ct−Jl械加工することによ
って、次に示すホルダーリング13の内径にほぼ等しい
外径に仕りげた。
L記のホルダーリング13はNi基耐熱金属材料(ハス
テロイB;28i量%MO−5重祉%Fe−残部Ni)
から製作したものであり、第5図に示すように、リング
状のベース部13aと円錐状のテーパ部ttbとを有し
ているものである。
次いで、ノズル11のスカート部11aの外周側とホル
ダーリング13のテーパ部13bの内周側とを嵌合し、
不活性ガス雰囲気(アルゴンガス雰囲気)内においてM
IGW接法によってNi基耐熱合金(ハステロイW)を
リンク状に二条で全周溶接し、溶接部14a、14bを
形成させ(第1図参照)てノズル11とホルダーリング
13との接合を行った。
ここで、一部の製品において、溶接部14a。
14bの断面を観察したところ、ノズル11を構成する
炭素織m/炭素複合材料内に溶接部14a、14bの溶
接金属が部分的に含浸しており、アンカー効果による機
械的なかみ合い状態が形成されていることが確かめられ
た。
このようにして、複合材料製のノズル11のテーパ部1
1bに耐熱金属材料製のホルダーリング13を接合し、
第1図に示すように相f材(インジェクター等)15と
組み合わせて、多数の耐熱ポルト16により前記ノズル
11をホルダーリング13を介して相f材15に固定し
た。
ところで、使用時において、高温に加熱されたノズル1
1は第6図に示すように矢印A方向に膨張し、溶接肉盛
部12a、12b、12cは第7図に示すように矢印B
方向に膨張する。このとき、ノズル11を構成する複合
材料の熱膨張係数は溶接肉盛金属の熱膨張係数よりも小
さいため、溶接肉盛部12a、12b、12cは第7図
に示すようにスカート部11aの外周面より若干突出し
た状態で膨張する。一方、ホルダーリング13は外気で
冷却されているためノズル11よりは温度上昇が少なく
、したがって矢印C方向にノズル11を拘束する力が生
じる。したがって、このホルタ−リング13による矢印
C方向の拘束力と、スカート部11aの矢印六方向の熱
膨張および溶接肉盛部12a、12b、12cの矢印B
方向の熱膨張とによって、接合部における接合力が著し
く高いものになると同時に、密着力も大きなものとなり
、ノズル11とホルダーリング13との間での結合性お
よび封着性が著しく良好なものとなる。
[発明の効果] 以り説明してきたように、この発明によれば、金属ms
−炭素繊維/炭素複合材料と耐熱金属材料とを接合する
に際し、前記複合材料の前記耐熱金属材料との接合部に
溝を設けて、前記溝内に耐熱金属を溶接肉盛し、前記複
合材料と耐熱金属材料との接合部に前記溶接肉盛した耐
熱金属を介在させた状態で前記複合材料と耐熱金属材料
とを溶接接合するようにしたから、複合材料と金属材料
との接合を著しく良好に行うことが可能であり、接合部
の機械的強度が十分に高く、厳しい高熱環境においても
接合強度を十分高く維持することが可能であるとともに
、接合部分での封着性(シール性、気富性)をも著しく
高いものとすることかり能であるという著大なる効果が
もたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例において複合材料からなるノ
ズルとI耐熱金属材料からなるホルダーリングとを接合
した接合体を相手部材に固定した状態を示す断面図、第
2図はこの発明の実施例において用いた複合材からなる
ノズルの断面図、第3図はノズルのスカート部外周に設
けた溝内に耐熱金属を溶接肉盛した後の状態を示す断面
図、第4図は第3図の溶接肉盛部をホルダーリングの内
径に合わせて加工した後の断面図、第5図は耐熱金属材
料からなるホルダーリングの断面図、第6図は高温時に
おける力の作用を示す断面説明図、第7図は第6図の接
合部の部分拡大断面説明図である。 11・・・炭素繊維/炭素複合材料(ノズル)11 c
 、 11 d 、 11 e −−−溝。 12a、12b、12cm溶接肉盛部、13・・・耐熱
金属材料(ホルダーリング)、14a、14b・・・溶
接部。 特許出願人  日産自動車株式会社 代理人弁理1: 小  塩   豐 第2図 第3図 第4図 \r

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭素繊維/炭素複合材料または金属繊維・炭素繊
    維/炭素複合材料と耐熱金属材料とを接合するに際し、
    前記複合材料の前記耐熱金属材料との接合部に溝を設け
    て、前記溝内に耐熱金属を溶接肉盛し、前記複合材料と
    耐熱金属材料との接合部に前記溶接肉盛した耐熱金属を
    介在させた状態で前記複合材料と耐熱金属材料とを溶接
    接合することを特徴とする異種材料の接合方法。
JP60221913A 1985-10-07 1985-10-07 異種材料の接合方法 Expired - Lifetime JPH0633183B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011056583A (ja) * 2010-09-21 2011-03-24 Muneharu Kutsuna 複合材料のレーザ加工法
JP2023526520A (ja) * 2020-05-20 2023-06-21 アリアーヌグループ ソシエテ パ アクシオンス シンプリフィエ 第1の金属部品と有機マトリックス複合材料製の第2の部品を組み立てる方法、及び、該組立で作られる部品
CN116652310A (zh) * 2023-05-24 2023-08-29 北京科技大学 一种Cf/SiC复合材料的激光填丝焊接方法

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