2.6　接合面積の促進法は？

　拡散接合での接合面積の増加策について考えてみましょう。接触（接合）面積が増加する過程については、「3.3 接合面をどこまで細かくするの」でも説明しておりますが、(1)塑性変形、（2）クリープ変形、（3）拡散現象に起因した現象が、併行して進行します。接合面積は、「圧力」と「拡散」現象に起因しますから、これらの観点から、促進策を考えてみます。

1.　塑性変形の促進

　◎インサート金属の適用
　接合母材よりも軟らかい金属を接合界面に挿入することが多いです。インサート金属の塑性変形で接合面積が増加します。一般的に軟らかい材料は融点が低いですから、拡散も促進されて接合面積が増加することになります。

2.　拡散の促進

2.1　加工材

　常温圧接部を熱処理した際の、温度の接合強さへの影響を下図の示しております。圧接部の接合強さの向上は、接合界面での原子が熱的に活性化され、境界原子の移動と再配列が促進されて接合の完全化に起因します。また、同時に再結晶による接合部の軟化現象も進行するので、継手強さの低下を招くようになります。接合部に大きな変形（52%）を与えた接合部では、大きな歪みが蓄積されていますから、その解放で接合界面の原子配列が促進されたと考えられます。

圧接変形度の異なる常温圧接部の熱処理の影響

　ステンレス鋼棒を拡散接合した際、受け入れ材の接合部の強さの方が、焼き鈍し材の接合強さよりも大きくなります。下図はその結果を示しています。焼き鈍しによって接合性は低下しますが、再度焼き鈍し後ブラストピーニィング処理で加工すれば接合性は向上します。拡散接合した接合体へ、新たな部材を接合する場合は接合温度が上昇し、一般に接合し難くなります。一度接合体して焼きなまされた表面へ塑性加工するのが有効です。

表目層の加工度の異なるステンレス鋼の継手性能

2.2　結晶粒の微細化

　原子の拡散のし易さは、拡散係数で表されます。原子の拡散は金属内の原子空孔を仲介して発生します。原子配列の乱れが多いところでは拡散が容易です。粒内よりも、粒界そして表面の方が拡散し易くなります。結晶粒サイズがnmオーダーとなりますと、体積に占める粒界の割合が高くなり、拡散係数が非常に大きくなります。これをうまく利用している接合法が最近報告されています。ウエハー上に微結晶の薄膜をコーティングすると、常温で接合できるようになります。

2.3接合粗さの低下

　先に述べた結晶粒の微細化は、「拡散係数を大きく」しての促進です。拡散による接合界面の空隙の形状を小さくすれば、拡散が促進されます。つまり、形状の制御による方法です。表面粗さを0.5μm程度にしますと、界面に形成される空隙の曲率が小さくなり拡散が加速されます。表面粗さは、「山と谷の距離」に着目した値ですが、「山と山の距離」も粗さ程度に小さくするのも有効です。

 

 

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