JPH03221276A

JPH03221276A - 固相接合方法

Info

Publication number: JPH03221276A
Application number: JP1267590A
Authority: JP
Inventors: Sumiichi Shibuya; 渋谷　純市; Toshiaki Fuse; 俊明布施
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-01-24
Filing date: 1990-01-24
Publication date: 1991-09-30

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】［発明の口約〕（産業上の利用分野）本光明は拡散接合および液相拡散接合を用いた固１１１
接合方法に関するしのである。

（従来の技術）銅および銅合金の接合には、ろう付法、電子ビーム溶接
法あるいは拡散接合法などが知られている。

ろう付法は、ろう材として銀ろう、銅ろうあるいは錫ろ
うを用いて、真空中あるいは大気中で接合を行う方法で
ある。

電子ビーム溶接法は、真空中でエネルギー密度の高い電
子ビームを用いて接合面を溶融させ、接合を行なう方法
である。

そして、拡散接合法は固相の状態で接合する固相拡散接
合と液相を介する液相拡散接合とに分けられ、固相拡散
接合は、接合面を所定の表面粗さと、清浄度に加工した
後、真空中で加熱、加圧し、接合面の相互拡散を利用し
て接合を行ない、液相拡散接合は、被接合材である母材
の接合面に特定の成分組成をもったインサート金属を介
在させ、接合温度まで加熱し、この加熱により母材とイ
ンサート金属が反応し、溶融した金属を液相として接合
面のすき間に満たし、母材と液相を順次反応させて液相
を拡げていく。そして、この状態で接合面を相互拡散に
より一体化し、引き続き加熱することで液相の成分組成
を変化し、母材の成分組成に近づかせることにより等温
凝固を起させ、接合部の液相を固相とし、さらに拡散を
進行させることにより接合部と母材を同等にするように
している。このように接合方法は、固相拡散接合法と同
様に接合面が母材の組織と同様の組織となるので変質層
のない接合面が得られる。

（発明が解決しようとする課題）ところが、ろう付法、電子ビーム溶接法および拡散接合
法の各接合方法については、例えば銅および銅合金から
なる冷却水の通水路を有する冷却板あるいは真空容器等
、接合後に後加工が出来ない構造あるいは、未接合部分
のコールドリークによる機能低下が予想される接合体の
接合に対して以下、述べるような問題点がある。

ろう付法では、銀ろうや銅ろう等のろう材を用いるので
、通水路を有する冷却板の場合は、溶融したろう材が冷
却水の通水路まで流れ出し、通水路を封じてしまうこと
がある。

電子ビーム溶接法では、真空中で作業を行うために接合
体の大きさに制約があり、したがって溶接姿勢、開先形
状が限定され、また、溶接が可能であっても、銅および
銅合金の溶接は、表ビードあるいは裏ビードを平坦なビ
ードに成形することが難しく、特に、後加工が困難な接
合体や裏ビードの不揃いあるいは裏側の溶込み不足など
によりコールドリークが生じる接合体の接合には不向き
である。

拡散接合は、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で、接
合面を加熱、加圧することで相互拡散を促進させ接合さ
せることから、接合面を均一に加熱、加圧する必要があ
る。このため、加熱、加圧が不均一になると、接合面の
密着性が悪くその部分が未接合になり、特に、接合面が
大きくなると接合面を均一に加熱、加圧する接合治具を
接合に必要な寸法精度に維持することも難しくなる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、極めて精
密な接合が得られるとともに、接合部に極めて高い品質
を維持出来る固相接合性を提供することにある。

［発明の構成コ（課題をＭ決するための手段）本発明は、第１の金属部材と第２の金属部材の接合面を
真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で加熱、加圧するこ
とにより一体化する固相接合方法であって、第１の金属
部材および第２の金属部材の接合面の少なくとも一方に
凹部を形威し、最初に、Ｉｌｎ部を除く接合面を固相拡
散接合し、その後に、インサート材を用いて凹部の接合
面を液相拡散接合するようにしている。

（作用）この結果、先ず接合面の一部のみが接合されるので、接
合に必要な接合加圧力が小さくできると共に、均一な加
圧力が得られる。さらに残りの未接合部についても接合
に必要な加圧力を小さなものにして、確実な液相拡散接
合を行うことができるので接合面全体を気密性にすぐれ
た健全なものにできる。

（実施例）以下、本発明の第１の実施例を図面にしたがい説明する
。この場合、第１図に示すように筒状本体１の両開口端
に端板２．３を接合するような接合体について説明する
。第２図は筒状本体１に端板２，３を接合する前の状態
を示しており、筒状本体１は両開口端の端板２，３との
接合面４を機械加工により切削し凹部４１を形成してい
る。

第３図を用いて接合面４の形状を説明すると、銅からな
る端板２．３を同じく銅からなる筒状本体１に接合する
場合、例えば、筒状本体１の外径（φＡ）２００ｍｍ、
肉厚（Ｗ）４０ｍｍ、厚さ（Ｈ）１００μａのものを考
えると、接合面４の形状は、ｗ　　、ｗ　　、ｗ　　、
ｗ　　が５ｍｍ、凹部４１のＷ３゜ｌ　　２　４　５Ｗ　が３０ｍｍ、ｈ　　、ｂ２が２　ｍｍに加工される
。

１そして、筒状本体１の接合面４に端板２．３を接合する
には、第４図に示すように凹部４１に厚さ５ｍ■のチタ
ン箔をインサート材５として挿入し、同図のように組合
せた後に真空炉に収容し、真空雰囲気中で加熱、加圧し
て接合を行なう。

第５図は、真空炉の一例を示すもので、真空容器１１、
排気装置１２、加熱ヒータ１３、リフレフタ−１４、下
部支持台１５、加圧シリンダー１６、上部加圧板１７お
よび断熱材１８から構成されている。

この場合、真空容器１１内部の真空度を１×１０−’Ｔ
ｏｒｒ以下に：ＸＪ整し、加熱ヒータ１３を通電して真
空容器１１の内部温度を筒状本体１と端板２．３の間の
拡散接合が可能な温度、例えば８００℃程度に設定する
。

そして、加熱後は、上部加圧板１７および加圧シリンダ
ー１６を作動させて筒状本体１と端板２゜３の接合部を
０．５〜３ｋｇｆ／ｍｉ”の加圧力で抑圧する。

この場合、熱電対１９により接合部の温度を監視してい
る。また、この哨の加圧保持時間は１０分〜６０分の範
囲である。

このようにすると、筒状本体１と端板２，３の接触面は
変形を伴ないながら金属原子の相互拡散作用で接合する
。

ここでの接合条件としては、接合面の清浄度、加熱、加
圧および真空度のそれぞれが所定の範囲あるいは値を満
足させることが必要である。

この場合、インサート材５を挿入した凹部４１は、隙間
はないものの、接合されない未接合部分である。

そこで、この状態から、残りの凹部４１内を接合するた
めに、さらに加熱温度を９００℃に設定し、加熱する。

そして、接合部の温度が９００℃前後になると、予めイ
ンサート材５として挿入していたチタン箔と銅が反応し
、筒状本体１と端板２，３はチタンと銅のある組成の溶
融金属が晶出し、ある時間、例えば３０分間保持すると
晶出した溶融金属が等温凝固し接合するようになる。こ
の場合、共晶反応に必要な接合部状態は、固相の状態で
拡散接合する面粗度３３以下に対して比較的加工が容易
な面粗度１２８以下でも接合可能である。

第６図（ａ）〜（ｄ）は、共晶反応を利用した液相拡散
接合の接合過程のモデルを示すもので、同図（ａ）の筒
状本体１と端板２，３の間にインサート材５が押入され
た状態で、同図（ｂ）に示すようにチタン箔と銅の反応
により溶融金属が晶出し、所定１１，１間の後、同図（
ｃ）に示すように等温凝固して同図（ｄ）に示すように
接合するようになる。

したがって、このようにすれば、（１）比較的大型の接合体でも、接合に必要な加圧力を
小さくすることができる。

（２）比較的大型の接合体を素材間等の成分で接合する
ことができる。

（３）接合面の加工精度、面粗度など加工が容易である
。

（４）接合後の後加工が省略出来る。

次に、本発明の第２の実施例を第７図にしたがい説明す
る。

この場合、第７図に示すように、接合体をなす筒状本体
２１と端板２２，２３のそれぞれの接合部２４．２５に
凹部２４１，２５１を形成する。

これら凹部２４１，２５１は、はめ合いになっており、
第８図に示すＷｔｏとＷ１３”ｌ□とＷ１□およびＷ１
□とＷ１４の寸法は、それぞれ相対する寸法のいずれか
一方が０．２〜０．５關程度小さくなっている。

また、凹部２４１の深さ寸法ｈ４と凹部２５１の深さ寸
法ｈ　の関係はｈ４〉ｈ３になっており、上述した第１
の実施例と同様に凹部２４１に挿入されているインサー
ト材が加圧接合の後に液相拡散接合可能な寸法になって
いる。

このように構成することて、筒状本体２１と端板２２，
２３を接合する際のセツティングが容易となり、精度の
高い接合体が期待できる。

この場合も、第１の実施例と同様に、まず第８図に示す
Ｗ　とＷ　、Ｗ　とＷ　の接合面を真空１０　　１３　
　１１　　１４中で加熱、加圧し接合する。

次に、凹部２４１に挿入したインサート材のチタン箔（
５μｍ）を用いて液相拡散接合を行うべく、真空中でさ
らに加熱し、約９００℃まで上昇させる。約９００℃ま
で上昇させると、上述した第６図に示すようにチタン箔
と素材の銅が反応して融液が生じ、その融液を介して接
合が行なわれるようになる（第９図）。

したがって、このようにすれば（１）接合体の位置合わせおよびセツティングが容易に
なり、高精度な接合が出来る。

（２）具晶反応による融液が外部へ流出しない接合面で
あるため、接合後の後加工、仕上げ加工を不要にできる
。

本発明は固相の状態でまず接合し、その後インサート材
を用いてｌ＆柑拡故接合する方法である。

同様な方性として、液相拡散接合の代替にろう材を用い
たろう付方性でもろう付層の残存が接合体の仕様上問題
がなければ、同様の効果が得られる。

また、接合面の突起形状は、実施例に示す形状に限定さ
れることなく、山形、円弧形あるいは複雑な凹凸形およ
びこれらと角似の突起形状を有する接合面でも本実施例
と同様の効果が期待できる。

［発明の効果］本発明によれば接合に必要な圧力を局部的に与えること
で接合を行うことができるので、比較的大面積の接合体
でも、接合面全体を均質にしかも未接合部がない優れた
接合が得られる。

また、凹部の接合面で液相拡散接合を行なうようにして
いるので、汚れや融液などの流出を防ぐことができ、接
合後の接合面の２次加工を必要としない優れた接合方法
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による接合体を説明する
ための断面図、第２図は同接合体の接合前の状態を示す
断面図、第３図は接合面の形状を示す断面図、第４図は
接合部の詳細な断面図、第５図は固相接合に用いられる
真空炉を示す構成図、第６図は液相拡散接合の接合過程
を示す原理図、第７図は本発明の第２の実施例による接
合体を説明するための断面図、第８図は接合面の形状を
示１．２１・・・筒状、２，２２．２３・・・端体、４
゜２４．２５・・・接合面、４１，２４１，２５１・・
・凹部、５・・・インサート材、１１・・・真空容器、
１２・・・排気装置、１３・・・加熱ヒータ、１４・・
・リフレクタ１５・・・下部支持台、１６・・・加圧シ
リンダー７・・・上部加圧板、・断熱材、９　・・熱電対。

Claims

【特許請求の範囲】

第１の金属部材と第２の金属部材の接合面を真空中ある
いは不活性ガス雰囲気中で加熱、加圧することにより一
体化する固相接合方法において、上記第１の金属部材お
よび第２の金属部材の接合面の少なくとも一方に凹部を
形成し、最初に、上記凹部を除く接合面を固相拡散接合
し、次いで、インサート材を用いて凹部の接合面を液相
拡散接合するようにしたことを特徴とする固相接合方法
。