拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法
【課題】剥離材を薄くすることができ、接合性に優れた拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法を提供する。
【解決手段】平板状の母材11を積層にすると共に、それら母材11，11間に所定間隔でアルミニウム箔３を配置し、窒素ガス雰囲気中で、積層にした母材11，11を加圧状態で加熱することにより、アルミニウム箔３，３間で母材11，11を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、母材11をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセル21を有するハニカムコアを形成する。窒素ガス雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３中のアルミニウムとにより、母材11の表面にアルミニウム窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、アルミニウム箔３を上下に挟んだ位置で母材11と母材11とを分離することができる。
【解決手段】平板状の母材11を積層にすると共に、それら母材11，11間に所定間隔でアルミニウム箔３を配置し、窒素ガス雰囲気中で、積層にした母材11，11を加圧状態で加熱することにより、アルミニウム箔３，３間で母材11，11を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、母材11をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセル21を有するハニカムコアを形成する。窒素ガス雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３中のアルミニウムとにより、母材11の表面にアルミニウム窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、アルミニウム箔３を上下に挟んだ位置で母材11と母材11とを分離することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物を利用して母材間で部分的な剥離を可能とした拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製のハニカムは、航空機器外装，航空機器内装備品，装備品，宇宙関連機器等，軽量で強度を必要とする箇所に多数使用されている。また、金属製のハニカムは、排気ガス浄化用として大量に使用されている。
【０００３】
従来のハニカムの製造方法としては、箔状のステンレスや、マグネシウムを含有した箔状のアルミニウム合金を、母材とし、該母材に離型剤を条線状に地肌を残しつつ塗布した後、複数枚の該母材を、該離型剤間に条線状に残されて露出した地肌が半ピッチずつずれた位置関係で、重積してから、加圧，加熱することにより、該母材間を、接触した該地肌間にて条線状に拡散接合させた後、重積方向に引張力を加えて展張することにより、該母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルの平面的集合体たるハニカムコアを得る、金属ハニカムの製造方法において、該離型剤として、５重量％以上で６０重量％以下であると共に粒径が５μｍ以下のセラミックス粉末と、バインダーと、を含有してなるものが用いられている製造方法（特許文献１）などが知られている。
【特許文献１】特開２００１−１１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の製造方法のように、バインダーとセラミック粉末の混合物を塗布する方法では、塗布混合物の厚さが２０μｍ以上となり、その結果、母材同士が剥離材としての塗布混合物の厚さ分だけ離れるため、接合領域の接合性が阻害される。また、前記塗布混合物の厚さの制限から、径の小さなハニカムコアの製造が不可能であった。
【０００５】
そこで、本発明は、剥離材を薄くすることができ、接合性に優れた拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、薄肉金属板製からなる平板状の母材を積層にすると共に、それら母材間に所定間隔で剥離材を配置し、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することにより、前記剥離材間で母材を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、前記母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルを有する金属ハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、前記剥離材が窒化物を形成する元素を含有し、窒素ガス雰囲気中で、前記積層にした母材を加圧状態で加熱する方法である。
【０００７】
また、請求項２の発明は、薄肉金属板製からなる平板状の母材を積層にすると共に、それら母材間に所定間隔で剥離材を配置し、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することにより、前記剥離材間で母材を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、前記母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルを有するハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、前記母材が窒素を含有し、前記剥離材が窒化物を形成する元素を含有する方法である。
【０００８】
また、請求項３の発明は、前記窒化物を形成する元素は、アルミニウム、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムのいずれかである方法である。
【０００９】
また、請求項４の発明は、前記剥離材がアルミニウム箔である方法である。
【００１０】
また、請求項５の発明は、前記剥離材が前記母材に形成したアルミニウム薄膜である方法である。
【００１１】
また、請求項６の発明は、前記母材が窒素を含有しない方法である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、雰囲気中の窒素ガスと剥離材中の元素とにより、剥離材の表面に窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、剥離材を上下に挟んだ位置で母材と母材とを分離することができる。
【００１３】
また、請求項２の構成によれば、加熱により母材から窒素ガスが発生し、この窒素ガスと剥離材中の元素とにより、剥離材の表面に窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、剥離材を上下に挟んだ位置で母材と母材とを分離することができる。
【００１４】
また、請求項３の構成によれば、窒化物を形成する元素としては、アルミニウム、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムなどがある。
【００１５】
また、請求項４の構成によれば、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔とにより、アルミニウム窒化物が形成され、剥離材を上下に挟んだ位置で母材と母材とを分離することができる。
【００１６】
また、アルミニウム箔は、数μｍの薄いものを用いることができるため、アルミニウム箔のない接合領域において、積層した母材同士を密着させることができ、接合性を向上することができ、さらに、径の小さいハニカムの製造も可能となる。さらに、アルミニウム箔は、その入手が比較的容易であるから、コスト削減が可能となる。
【００１７】
また、請求項５の構成によれば、スパッタリング法，イオンプレーティング法，プラズマ溶射法，メッキ法（溶融金属槽に浸漬）や蒸着法などを用いて、剥離材となるアルミニウム薄膜を簡便に形成することができる。また、薄膜を用いることにより、アルミニウム箔のない接合領域において、積層した母材同士を密着させることができ、接合性を向上することができ、さらに、径の小さいハニカムの製造も可能となる。
【００１８】
また、請求項６の構成によれば、材料自体が窒素を放出する必要がなく、多くの鉄鋼材料並びに窒素ガスに対して不活性な銅合金やニッケル合金などを母材に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法を採用することにより、従来にない拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法が得られ、その拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法を夫々記述する。
【００２０】
表面に形成する表面皮膜の種類は、金属材料の組成によって異なる。例えば、鉄鋼材料にアルミニウムを添加した合金では、アルミニウムの添加量の増加に伴って変化する。アルミニウム量が少ないときには、鉄鋼材料中にアルミニウムは固溶し、材料内に均一にアルミニウムは分布している。材料中のアルミニウム量が２質量％以上になると、窒素雰囲気中での加熱でアルミニウムは窒素と反応し易いことから、アルミニウム窒化物が合金表面に形成されることを見出した。このアルミニウム窒化物材料は、拡散接合時、剥離材としてよく使用される。
【００２１】
窒化物を形成しやすい元素として、アルミニウムの他，ボロン，バナジウム，シリコン，タンタル，チタン，ジルコニウムがある。これら元素を含有する合金は、その表面に添加元素の窒化物を生成することになる。これら元素を含有する合金、あるいはこれら元素の膜は、窒素と容易に反応して、その表面に合金元素との窒化物を形成し、剥離材として作用する。
【００２２】
一般的に、鉄鋼材料を拡散接合する際は、真空中で加熱することが多く、鉄鋼材料を、真空中で加熱すると、加熱した材料から、窒素ガスが放出される。
【００２３】
鉄鋼材料は主に大気中で溶解され、鉄鋼中に窒素が固溶出来る。従って、鉄鋼材料中の窒素の溶解量は作製時の窒素分圧に依存する。この材料を、溶解時よりも低い窒素分圧中での加熱時に、材料に固溶した窒素が放出される。鉄鋼材料を拡散接合する際には、真空中または不活性ガス中で800℃〜1300℃に加熱する。この温度領域で、材料から窒素が放出される。
【００２４】
鉄鋼材料とアルミニウム含有鉄鋼材料とを接触させて、加熱した際、鉄鋼材料から放出された窒素ガスが原因で、鉄鋼材料とアルミニウム含有鉄鋼材料との界面に、アルミニウム窒化物が形成される。アルミニウム窒化物が界面に形成されると、セラミックスで脆いこともあり、その界面の接合強さは極端に低くなる。
【００２５】
一方、鉄鋼材料と鉄鋼材料の接合界面に未接合部の空隙が形成されることがある。この空隙には窒素ガスが満たされる。しかし、この窒素ガスは、材料に固溶でき、また、空隙の収縮等の接合過程を阻害しない。
【００２６】
真空中で加熱した際、窒素を放出する鉄鋼材料は窒素を固溶する。その結果、引張試験の際、降伏点を発現する理由として、転位の回りに固溶した窒素原子が集まり、転位の移動を阻害するコットレル雰囲気を形成することが、原因としてよく知られている。
【００２７】
降伏現象の発現を阻止するには、鉄鋼材料中に、微量のAl、Tiを添加する。この微量の添加によって、鉄鋼材料中の窒素はAlN、TiN等の化合物として、鉄鋼材料中に存在し、固溶した窒素はなくなる。鉄鋼材料中に、Ti、Alを添加した材料では、真空中加熱した際、その材料から窒素放出はない。
【００２８】
発明者は鋭意研究の結果、上記の知見を得て、本発明に至った。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例に使用した材料の組成を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
「予備実験」
上記表１に示したSUS304ステンレス鋼を加熱した場合の放出ガスについて確認を行った。図１に示すように、接合材たるSUS304ステンレス鋼棒１は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。尚、加熱前の接合材１の窒素量は、0.05質量％であった。
【００３２】
そして、拡散接合時と同じ真空度（３×10-3Pa以下）で加熱し、加熱雰囲気中のガスを質量ガス分析器でガス分析することで、残留ガスの組成を知ることができる。放出ガスを測定した結果、SUS304ステンレス鋼棒１では、放出されるガスの大半は、水蒸気と水素であり、800℃未満までは窒素の量は極微量であったが、800℃を超えてから、窒素ガスが放出され、高温になるほど窒素の放出が多くなることが確認された。また、加熱を停止し、冷却すると同時に、窒素量は減少する。
【００３３】
尚、拡散接合装置を分子ターボポンプで排気することにより、上記真空度（３×10-3Pa）とした。
【００３４】
同様にして、上記表１に示したSUS321ステンレス鋼を加熱した場合の放出ガスについて確認を行った。図１に示すように、接合材たるSUS321ステンレス鋼棒９は、直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。接合材たるSUS321ステンレス鋼棒９を真空加熱し、放出ガスを測定した結果、接合材たるSUS321ステンレス鋼棒９では、窒素ガスの放出はなかった。このように、接合材２のような微量のチタン添加鉄鋼材料では、窒素がTiNとして材料中に存在し、材料に固溶した窒素はなく、その結果、真空加熱しても、窒素が放出されない。
「実施例１」
［ステンレス鋼の接合（窒素ガス雰囲気中）］
図１に示したように、SUS304ステンレス鋼棒１は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。尚、加熱前のステンレス鋼棒１の窒素量は、0.05質量％であった。
【００３５】
図２に示すように、接合対は、前記ステンレス鋼棒１，１の間に、母材として厚さ0.1ｍｍのSUS304のステンレス鋼箔２を１枚配置してなる。前記ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２の間に、剥離材として厚さ１μｍのアルミニウム箔３を局部的に配置する。具体的には、ステンレス鋼箔２の上下のアルミニウム箔３，３を部分的に重ね合わせた位置に配置し、アルミニウム箔３のない部分は、ステンレス鋼棒１の接合面１Ｍとステンレス鋼箔２の接合面とが突き合わされている。
【００３６】
SUS304ステンレス鋼棒１の接合面１Ｍ，１Ｍ及びステンレス鋼箔２の両面は、研磨処理を行った。この研磨処理により、その表面粗さは、最大表面粗さを、2〜4μｍとした。
【００３７】
また、接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、１気圧（105Pa）の窒素を導入して前記真空容器内を窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、1100℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００３８】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２とは接合しなかった。
【００３９】
また、接合領域以外の接合面１Ｍ及びステンレス鋼箔２の表面を電子顕微鏡で観察した結果、アルミニウムの窒化物が検出された。
【００４０】
このように、接合中に、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３のアルミニウムとにより、ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２の接合界面にアルミニウム窒化物８が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためである。
【００４１】
そして、ステンレス鋼棒１，１同士を離すと、アルミニウム箔３の縁でステンレス鋼箔２が屈曲し、図２（Ｂ）に示すように、離間した接合面１Ｍ，１Ｍ間にステンレス箔２が連続することが確認できた。
「実施例２」
［ステンレス鋼の接合（真空雰囲気中）］
図２に示したように、実施例１の接合対を用い、接合条件を変えて拡散接合を行った。
【００４２】
その接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、窒素を導入することなく、その真空雰囲気中において、高周波誘導加熱法で、1100℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００４３】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、ステンレス鋼棒1とステンレス鋼箔２とは接合しなかった。
【００４４】
この例では、減圧下である真空雰囲気中において、接合中に、窒素を含有するステンレス鋼棒１の窒素がアルミニウム箔３に供給されて、アルミニウム窒化物が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためである。このように真空中加熱により窒素を出す母材を、真空中雰囲気中で拡散接合してもよい。
【００４５】
尚、拡散接合に用いるアルミニウム含有鉄合金材料がアルミニウムをほぼ２質量％以上含む場合、真空加熱により窒素ガスを放出する材料との接合により、接合界面にアルミニウムの窒化物が生じ、接合箇所が脆くなる。一方、アルミニウム量が少ないときには、鉄鋼材料中にアルミニウムは固溶し、材料内に均一にアルミニウムは分布しているため、接合界面に窒化物が形成されない。
「実施例３」
［ニッケルの接合（窒素ガス雰囲気中）］
図１に示すように、ニッケル棒４は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。
【００４６】
同図に示すように、接合対は、前記ニッケル棒４，４の間に、母材として厚さ0.1ｍｍのニッケル箔５を１枚配置してなる。前記ニッケル棒４とニッケル箔５の間に、厚さ１μｍのアルミニウム箔３を局部的に配置する。具体的には、ニッケル箔４の上下のアルミニウム箔３，３を部分的に重ね合わせた位置に配置し、アルミニウム箔３のない部分は、ニッケル棒４の接合面４Ｍとニッケル箔５の接合面とが突き合わされている。
【００４７】
ニッケル棒４の接合面４Ｍ，４Ｍ及びニッケル箔５の両面は、研磨処理を行った。この研磨処理により、その表面粗さは、最大表面粗さを、2〜4μｍとした。
【００４８】
また、接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、１気圧（105Pa）の窒素を導入して前記真空容器内を窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、900℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００４９】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、ニッケル棒４とニッケル箔５とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、ニッケル棒４とニッケル箔５とは接合しなかった。
【００５０】
また、接合領域以外の接合面４Ｍ及びアルミニウム箔５の表面を電子顕微鏡で観察した結果、アルミニウムの窒化物が検出された。
【００５１】
このように、接合中に、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３のアルミニウムとにより、アルミニウム窒化物が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためである。
「実施例４」
［銅の接合（窒素ガス雰囲気中）］
図１に示すように、銅棒６は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。
【００５２】
同図に示すように、接合対は、前記銅棒６，６の間に、厚さ0.1ｍｍの銅箔７を１枚配置してなる。前記銅棒６と銅箔７の間に、厚さ１μｍのアルミニウム箔３を局部的に配置する。具体的には、銅箔７の上下のアルミニウム箔３，３を部分的に重ね合わせた位置に配置し、アルミニウム箔３のない部分は、銅棒６の接合面６Ｍと銅箔７の接合面とが突き合わされている。
【００５３】
銅棒６の接合面６Ｍ，６Ｍ及び銅箔７の両面は、研磨処理を行った。この研磨処理により、その表面粗さは、最大表面粗さを、2〜4μｍとした。
【００５４】
また、接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、１気圧（105Pa）の窒素を導入して前記真空容器内を窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、900℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００５５】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、銅棒６と銅箔７とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、銅棒６と銅箔７とは接合しなかった。
【００５６】
また、接合領域以外の接合面６Ｍ及び銅箔７の表面を電子顕微鏡で観察した結果、アルミニウムの窒化物が検出された。
【００５７】
このように、接合中に、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３のアルミニウムとにより、アルミニウム窒化物が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためである。
「実施例５」
図１に示すように、SUS321ステンレス鋼棒９は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。
【００５８】
同図に示すように、接合対は、前記ステンレス鋼棒９，９の間に、母材として厚さ0.1ｍｍのSUS321のステンレス鋼箔10を１枚配置してなる。前記ステンレス鋼棒９とステンレス鋼箔10の間に、厚さ１μｍのアルミニウム箔３を局部的に配置する。具体的には、ステンレス鋼箔10の上下のアルミニウム箔３，３を部分的に重ね合わせた位置に配置し、アルミニウム箔３のない部分は、ステンレス鋼棒９の接合面９Ｍとステンレス鋼箔10の接合面とが突き合わされている。
【００５９】
ステンレス鋼棒９の接合面９Ｍ，９Ｍ及びステンレス鋼箔10の両面は、研磨処理を行った。この研磨処理により、その表面粗さは、最大表面粗さを、2〜4μｍとした。
【００６０】
また、接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３Pa以下）に排気した後、窒素を導入して前記真空容器内を減圧下（３Pa）の窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、1100℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００６１】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、ステンレス鋼棒９とステンレス鋼箔10とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、ステンレス鋼棒９とステンレス鋼箔10とは接合しなかった。
【００６２】
また、接合領域以外の接合面９Ｍ及びステンレス鋼箔10の表面を電子顕微鏡で観察した結果、アルミニウムの窒化物が検出された。
【００６３】
このように、接合中に、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３のアルミニウムとにより、アルミニウム窒化物が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためであり、窒素を放出しないSUS321ステンレス鋼などの場合、減圧窒素ガス雰囲気中でも、雰囲気中の窒素が境界面に供給され、アルミニウム箔３との接合境界面にアルミニウムの窒化物が生じ、接合箇所が脆くなることが分かった。
「実施例６」
［ハニカムの製造］
上記実施例１〜５の結果を踏まえて実際にハニカムの製造を行った。まず、実施例１に倣った例として、図３（Ａ）に示すように、SUS304ステンレス鋼を薄肉金属板製の母材11として用い、この母材11は平板状をなす。複数の前記母材11，11・・・を積層し、それら母材11，11の間にアルミニウム箔12を介在させ、このアルミニウム箔12は母材11の長さ方向に所定間隔で配置され、且つ上下で半ピッチずつずれた位置関係で母材11と積層し、これによりアルミニウムを介在して積層した母材11，11・・・からなる積層体13を形成する。
【００６４】
尚、この例では、母材11の表面にアルミニウム箔12を配置することにより、母材11，11間にアルミニウムを介在したが、他の方法によりアルミニウムを介在してもよい。例えば、スパッタリング法やイオンプレーティング法により母材11にアルミニウムの薄膜を形成したり、プラズマ溶射法，メッキ法及び蒸着法などにより母材11にアルミニウムの薄膜を形成したりしてもよい。そして、アルミニウムのプラズマ溶射法において、母材11上に型版などを配置してマスキングを行い、複数の母材11に順次プラズマ溶射を行うことにより、効率的に製造することができる。
【００６５】
次に、前記積層体13の拡散接合を行う。接合条件は、真空容器内に積層した母材11，11・・・を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、１気圧（105Pa）の窒素を導入して前記真空容器内を窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、1100℃に加熱し、この加熱状態で、母材11，11間に接合圧力10MPaを加え、20分間以上保持して拡散接合した。
【００６６】
尚、母材11がニッケル，銅の場合は、900℃に加熱した。また、母材11がSUS321ステンレス鋼の場合は、該真空容器内を真空（３×10-3Pa）に排気した後、窒素を導入して前記真空容器内を減圧下（３Pa以下）の窒素ガス雰囲気中で拡散接合を行った。
【００６７】
これにより、アルミニウム箔12を介在しない接合領域14で、上下で直接接した母材11，11同士が接合し、アルミニウム箔12の部分は非接合領域となり、この非接合領域では、アルミニウム窒化物が生成し、母材11，11同士が接合しない。
【００６８】
このようにして接合領域14で母材11，11同士を拡散接合した後、積層体13の展張作業を行う。積層体13を所定の幅に分割した後、分割した積層体13に厚さ方向の引張力を加えて展張する。これにより接合領域14の縁において母材11が屈曲し、非接合領域において母材11，11同士が離れ、離間される。尚、図３（Ｂ）では、アルミニウム窒化物を図示省略している。
【００６９】
これにより、母材11をセル壁とし、セル壁により区画形成された中空柱状の多数のセル21を有するハニカムコアが得られる。尚、図３（Ｂ）では、セル21の断面形状を六角形としたが、台形状，四角形状やその他各種形状のものを製造可能である。
【００７０】
また、同様にして、上記実施例２〜４で説明した部材を用いて金属ハニカムを製造することができる。
【００７１】
次に、本発明に好適な母材11について考察する。本接合材は、窒素ガスと反応せず、窒化物を形成しない金属材料、すなわち、アルミニウム，ボロン，チタン，タンタル，バナジウム，シリコン，ジルコニウム，及びそれらを添加元素として含有しない合金である。実施例で示した鉄鋼材料は窒化物を形成せず、窒素を固溶する。銅，ニッケルは窒素ガスに対して不活性である。好適な接合材として，窒素ガスを固溶する各種鉄鋼材料，不活性な銅，ニッケル合金などがあげられる。
【００７２】
もちろん、真空雰囲気中で加熱により、窒素ガスを放出する接合材の拡散接合にも、本発明は適用可能である。
【００７３】
従来のアルミナ等のセラミックスを剥離材として使用した時には、接合対に通電できず、接合対への直接通電による加熱は不可能であった。本方法では、剥離材12は窒化物を形成する材料で、アルミニウム，ボロン，チタン，タンタル，バナジウム，シリコン，ジルコニウム及びそれらを添加した合金であり、導電性を有する金属であるから、直接通電して拡散接合体を直接加熱でき、拡散接合体をヒータ加熱法よりも効率的に加熱することができる。
【００７４】
また、真空容器内を真空に排気した後、窒素ガスを導入して窒素ガス雰囲気とすることにより、真空容器内の酸素分圧が著しく小さくなり、これにより接合材の表面に酸化物膜が生成することを防止することが容易となり、結局、拡散接合を効率よく進行させることができるようになる。その結果、接合部位の接合強度が確保される。しかも、この場合、真空容器内を高真空にする必要がないので、高価な拡散ポンプやターボ分子ポンプ等、高真空が得られる排気機構を付設する必要は特にない。従って、設備投資が低廉化する。
【００７５】
そして、剥離材12は、アルミニウム（Al）以外でも、窒化物を形成する元素を含有する金属材料を用いることができ、それらの窒化物により剥離材を構成することも可能であり、例えば、ボロン（B）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、バナジウム（V）、シリコン（Si）及びジルコニウム（Zr）やその合金を用いることができる。特に、同一温度及び同一圧力条件では、ボロン，シリコン，タンタル，アルミニウム，チタン，ジルコニウムの順に熱力学的に窒化物を形成しやすく、拡散接合条件下で、雰囲気中より供給された窒素ガスにより、剥離材12の境界面に窒化物を形成する。
【００７６】
このように本実施例では、請求項１に対応して、薄肉金属板製からなる平板状の母材11を積層にすると共に、それら母材11，11間に所定間隔で剥離材たるアルミニウム箔３を配置し、積層にした母材11，11を加圧状態で加熱することにより、間隔を置いて隣合うアルミニウム箔３，３間で母材11，11を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、母材11をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセル21を有するハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、アルミニウム箔３が窒化物を形成する元素であるアルミニウムを含有し、窒素ガス雰囲気中で、積層にした母材11，11を加圧状態で加熱するから、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３中のアルミニウムとにより、アルミニウム箔３の表面にアルミニウム窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、剥離材を上下に挟んだ位置で母材11と母材11とを分離することができる。
【００７７】
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、薄肉金属板製からなる平板状の母材11を積層にすると共に、それら母材11，11間に所定間隔で剥離材たるアルミニウム箔３を配置し、積層にした母材11，11を加圧状態で加熱することにより、間隔を置いて隣合うアルミニウム箔３，３間で母材11，11を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、母材11をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセル21を有するハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、母材11が窒素を含有し、アルミニウム箔３が窒化物を形成する元素であるアルミニウムを含有するから、減圧加熱により母材11から窒素ガスが発生し、この窒素ガスとアルミニウム箔３中のアルミニウムとにより、アルミニウム箔３の表面にアルミニウム窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、アルミニウム箔３を上下に挟んだ位置で母材11と母材11とを分離することができる。尚、窒化物を形成する元素を含んだ剥離材を用いる場合でも、窒素ガス雰囲気中において、拡散接合を行っても良い。
【００７８】
また、このように本実施例では、請求項３に対応して、前記窒化物を形成する元素は、アルミニウム、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムのいずれかであるから、窒化物を形成することができる。
【００７９】
また、このように本実施例では、請求項４に対応して、剥離材がアルミニウム箔３であるから、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３とにより、アルミニウム窒化物が形成され、アルミニウム箔３を上下に挟んだ位置で母材11と母材11とを分離することができる。また、アルミニウム箔は、数μｍ（１０μｍ未満）の薄いものを用いることができるため、接合領域14において、積層した母材11，11同士を密着させることができ、接合性を向上することができ、さらに、径の小さいハニカムの製造が可能となる。また、アルミニウム箔３は、その入手が比較的容易であるから、コスト削減が可能となる。
【００８０】
また、このように本実施例では、請求項５に対応して、剥離材たるアルミニウム箔３が母材11に形成したアルミニウム薄膜であるから、スパッタリング法，イオンプレーティング法，プラズマ溶射法，メッキ法（溶融金属槽に浸漬）や蒸着法などを用いて、剥離材となるアルミニウム薄膜を簡便に形成することができる。また、薄膜を用いることにより、アルミニウム箔３のない接合領域において、積層した母材同士を密着させることができ、接合性を向上することができ、さらに、径の小さいハニカムの製造も可能となる。
【００８１】
また、このように本実施例では、請求項６に対応して、母材11が窒素を含有しないから、材料自体が窒素を放出する必要がなく、全ての鉄鋼材料並びに窒素ガスに対して不活性な銅合金やニッケル合金などを母材に用いることができる。
「実施例７」
［剥離材として金属細線を使用］
図４に示すように、この例では、剥離材として、窒化物を形成する元素を含有する金属細線たるアルミニウム細線31を用いる。これ以外でも、金属細線には、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムやその合金を用いることができ、アルミニウム細線31を例にして説明する。また、金属細線の直径は、10〜30μｍが好ましい。
【００８２】
アルミニウム細線31を、前記非接合領域に対応して、前記母材11，11間に配置する。この場合、図４に示したように、非接合領域にアルミニウム細線31，31・・・を並べて配置する。また、それらアルミニウム細線31，31・・・の両端を、図示しない固定具により固定し、それらアルミニウム細線31，31・・・に所定の張力を付与した状態で位置決めする。
【００８３】
また、図４では、アルミニウム細線31，31を隙間なく配置しているが、アルミニウムは660℃で溶融して接合界面が広がるため、細線31，31間に間隔をおいて配置してもよく、アルミニウムが溶融して広がった膜は細線31の直径より薄くなる。
【００８４】
そして、上記実施例５と同様に拡散接合と展張作業を行い、金属ハニカムを得る。
【００８５】
このように本実施例においては、剥離材が窒化物を形成する元素を有するアルミニウム細線31であり、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００８６】
また、細線31を用いるから、その本数や直径により所定幅の部分に剥離材を配置することができ、取り扱いが容易となる。
【００８７】
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、拡散接合における加熱は、拡散接合装置中で、高周波誘導加熱装置を用いて行ったが、これ以外でも、拡散接合では、モリブデン、タングステンヒータを用いたヒータ加熱や、接合材料に直接電流を通電して、接合部（接合面）を加熱する方法を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施例を示す材料の斜視図である。
【図２】同上、接合箇所の断面図であり、図２（Ａ）は接合前の状態、図２（Ｂ）は接合後、丸棒を離した状態の断面図である。
【図３】同上、積層体の断面図であり、図３（Ａ）は積層状態を説明する断面図であり、図３（Ｂ）は展張した状態の正面図である。
【図４】同上、剥離材に細線を用いた積層体の要部の断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ SUS304ステンレス鋼棒
１Ｍ 接合面
２ SUS304ステンレス鋼箔
３ アルミニウム箔
４ ニッケル棒
４Ｍ 接合面
５ ニッケル箔
６ 銅棒
６Ｍ 接合面
７ 銅箔
８ アルミニウム窒化物
９ SUS321ステンレス鋼棒
10 SUS321ステンレス鋼箔
11 母材
12 アルミニウム箔（剥離材）
21 セル
31 細線（剥離材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物を利用して母材間で部分的な剥離を可能とした拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製のハニカムは、航空機器外装，航空機器内装備品，装備品，宇宙関連機器等，軽量で強度を必要とする箇所に多数使用されている。また、金属製のハニカムは、排気ガス浄化用として大量に使用されている。
【０００３】
従来のハニカムの製造方法としては、箔状のステンレスや、マグネシウムを含有した箔状のアルミニウム合金を、母材とし、該母材に離型剤を条線状に地肌を残しつつ塗布した後、複数枚の該母材を、該離型剤間に条線状に残されて露出した地肌が半ピッチずつずれた位置関係で、重積してから、加圧，加熱することにより、該母材間を、接触した該地肌間にて条線状に拡散接合させた後、重積方向に引張力を加えて展張することにより、該母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルの平面的集合体たるハニカムコアを得る、金属ハニカムの製造方法において、該離型剤として、５重量％以上で６０重量％以下であると共に粒径が５μｍ以下のセラミックス粉末と、バインダーと、を含有してなるものが用いられている製造方法（特許文献１）などが知られている。
【特許文献１】特開２００１−１１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の製造方法のように、バインダーとセラミック粉末の混合物を塗布する方法では、塗布混合物の厚さが２０μｍ以上となり、その結果、母材同士が剥離材としての塗布混合物の厚さ分だけ離れるため、接合領域の接合性が阻害される。また、前記塗布混合物の厚さの制限から、径の小さなハニカムコアの製造が不可能であった。
【０００５】
そこで、本発明は、剥離材を薄くすることができ、接合性に優れた拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、薄肉金属板製からなる平板状の母材を積層にすると共に、それら母材間に所定間隔で剥離材を配置し、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することにより、前記剥離材間で母材を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、前記母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルを有する金属ハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、前記剥離材が窒化物を形成する元素を含有し、窒素ガス雰囲気中で、前記積層にした母材を加圧状態で加熱する方法である。
【０００７】
また、請求項２の発明は、薄肉金属板製からなる平板状の母材を積層にすると共に、それら母材間に所定間隔で剥離材を配置し、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することにより、前記剥離材間で母材を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、前記母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルを有するハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、前記母材が窒素を含有し、前記剥離材が窒化物を形成する元素を含有する方法である。
【０００８】
また、請求項３の発明は、前記窒化物を形成する元素は、アルミニウム、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムのいずれかである方法である。
【０００９】
また、請求項４の発明は、前記剥離材がアルミニウム箔である方法である。
【００１０】
また、請求項５の発明は、前記剥離材が前記母材に形成したアルミニウム薄膜である方法である。
【００１１】
また、請求項６の発明は、前記母材が窒素を含有しない方法である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の構成によれば、雰囲気中の窒素ガスと剥離材中の元素とにより、剥離材の表面に窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、剥離材を上下に挟んだ位置で母材と母材とを分離することができる。
【００１３】
また、請求項２の構成によれば、加熱により母材から窒素ガスが発生し、この窒素ガスと剥離材中の元素とにより、剥離材の表面に窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、剥離材を上下に挟んだ位置で母材と母材とを分離することができる。
【００１４】
また、請求項３の構成によれば、窒化物を形成する元素としては、アルミニウム、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムなどがある。
【００１５】
また、請求項４の構成によれば、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔とにより、アルミニウム窒化物が形成され、剥離材を上下に挟んだ位置で母材と母材とを分離することができる。
【００１６】
また、アルミニウム箔は、数μｍの薄いものを用いることができるため、アルミニウム箔のない接合領域において、積層した母材同士を密着させることができ、接合性を向上することができ、さらに、径の小さいハニカムの製造も可能となる。さらに、アルミニウム箔は、その入手が比較的容易であるから、コスト削減が可能となる。
【００１７】
また、請求項５の構成によれば、スパッタリング法，イオンプレーティング法，プラズマ溶射法，メッキ法（溶融金属槽に浸漬）や蒸着法などを用いて、剥離材となるアルミニウム薄膜を簡便に形成することができる。また、薄膜を用いることにより、アルミニウム箔のない接合領域において、積層した母材同士を密着させることができ、接合性を向上することができ、さらに、径の小さいハニカムの製造も可能となる。
【００１８】
また、請求項６の構成によれば、材料自体が窒素を放出する必要がなく、多くの鉄鋼材料並びに窒素ガスに対して不活性な銅合金やニッケル合金などを母材に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法を採用することにより、従来にない拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法が得られ、その拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法を夫々記述する。
【００２０】
表面に形成する表面皮膜の種類は、金属材料の組成によって異なる。例えば、鉄鋼材料にアルミニウムを添加した合金では、アルミニウムの添加量の増加に伴って変化する。アルミニウム量が少ないときには、鉄鋼材料中にアルミニウムは固溶し、材料内に均一にアルミニウムは分布している。材料中のアルミニウム量が２質量％以上になると、窒素雰囲気中での加熱でアルミニウムは窒素と反応し易いことから、アルミニウム窒化物が合金表面に形成されることを見出した。このアルミニウム窒化物材料は、拡散接合時、剥離材としてよく使用される。
【００２１】
窒化物を形成しやすい元素として、アルミニウムの他，ボロン，バナジウム，シリコン，タンタル，チタン，ジルコニウムがある。これら元素を含有する合金は、その表面に添加元素の窒化物を生成することになる。これら元素を含有する合金、あるいはこれら元素の膜は、窒素と容易に反応して、その表面に合金元素との窒化物を形成し、剥離材として作用する。
【００２２】
一般的に、鉄鋼材料を拡散接合する際は、真空中で加熱することが多く、鉄鋼材料を、真空中で加熱すると、加熱した材料から、窒素ガスが放出される。
【００２３】
鉄鋼材料は主に大気中で溶解され、鉄鋼中に窒素が固溶出来る。従って、鉄鋼材料中の窒素の溶解量は作製時の窒素分圧に依存する。この材料を、溶解時よりも低い窒素分圧中での加熱時に、材料に固溶した窒素が放出される。鉄鋼材料を拡散接合する際には、真空中または不活性ガス中で800℃〜1300℃に加熱する。この温度領域で、材料から窒素が放出される。
【００２４】
鉄鋼材料とアルミニウム含有鉄鋼材料とを接触させて、加熱した際、鉄鋼材料から放出された窒素ガスが原因で、鉄鋼材料とアルミニウム含有鉄鋼材料との界面に、アルミニウム窒化物が形成される。アルミニウム窒化物が界面に形成されると、セラミックスで脆いこともあり、その界面の接合強さは極端に低くなる。
【００２５】
一方、鉄鋼材料と鉄鋼材料の接合界面に未接合部の空隙が形成されることがある。この空隙には窒素ガスが満たされる。しかし、この窒素ガスは、材料に固溶でき、また、空隙の収縮等の接合過程を阻害しない。
【００２６】
真空中で加熱した際、窒素を放出する鉄鋼材料は窒素を固溶する。その結果、引張試験の際、降伏点を発現する理由として、転位の回りに固溶した窒素原子が集まり、転位の移動を阻害するコットレル雰囲気を形成することが、原因としてよく知られている。
【００２７】
降伏現象の発現を阻止するには、鉄鋼材料中に、微量のAl、Tiを添加する。この微量の添加によって、鉄鋼材料中の窒素はAlN、TiN等の化合物として、鉄鋼材料中に存在し、固溶した窒素はなくなる。鉄鋼材料中に、Ti、Alを添加した材料では、真空中加熱した際、その材料から窒素放出はない。
【００２８】
発明者は鋭意研究の結果、上記の知見を得て、本発明に至った。
【実施例】
【００２９】
本発明の実施例に使用した材料の組成を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
「予備実験」
上記表１に示したSUS304ステンレス鋼を加熱した場合の放出ガスについて確認を行った。図１に示すように、接合材たるSUS304ステンレス鋼棒１は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。尚、加熱前の接合材１の窒素量は、0.05質量％であった。
【００３２】
そして、拡散接合時と同じ真空度（３×10-3Pa以下）で加熱し、加熱雰囲気中のガスを質量ガス分析器でガス分析することで、残留ガスの組成を知ることができる。放出ガスを測定した結果、SUS304ステンレス鋼棒１では、放出されるガスの大半は、水蒸気と水素であり、800℃未満までは窒素の量は極微量であったが、800℃を超えてから、窒素ガスが放出され、高温になるほど窒素の放出が多くなることが確認された。また、加熱を停止し、冷却すると同時に、窒素量は減少する。
【００３３】
尚、拡散接合装置を分子ターボポンプで排気することにより、上記真空度（３×10-3Pa）とした。
【００３４】
同様にして、上記表１に示したSUS321ステンレス鋼を加熱した場合の放出ガスについて確認を行った。図１に示すように、接合材たるSUS321ステンレス鋼棒９は、直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。接合材たるSUS321ステンレス鋼棒９を真空加熱し、放出ガスを測定した結果、接合材たるSUS321ステンレス鋼棒９では、窒素ガスの放出はなかった。このように、接合材２のような微量のチタン添加鉄鋼材料では、窒素がTiNとして材料中に存在し、材料に固溶した窒素はなく、その結果、真空加熱しても、窒素が放出されない。
「実施例１」
［ステンレス鋼の接合（窒素ガス雰囲気中）］
図１に示したように、SUS304ステンレス鋼棒１は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。尚、加熱前のステンレス鋼棒１の窒素量は、0.05質量％であった。
【００３５】
図２に示すように、接合対は、前記ステンレス鋼棒１，１の間に、母材として厚さ0.1ｍｍのSUS304のステンレス鋼箔２を１枚配置してなる。前記ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２の間に、剥離材として厚さ１μｍのアルミニウム箔３を局部的に配置する。具体的には、ステンレス鋼箔２の上下のアルミニウム箔３，３を部分的に重ね合わせた位置に配置し、アルミニウム箔３のない部分は、ステンレス鋼棒１の接合面１Ｍとステンレス鋼箔２の接合面とが突き合わされている。
【００３６】
SUS304ステンレス鋼棒１の接合面１Ｍ，１Ｍ及びステンレス鋼箔２の両面は、研磨処理を行った。この研磨処理により、その表面粗さは、最大表面粗さを、2〜4μｍとした。
【００３７】
また、接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、１気圧（105Pa）の窒素を導入して前記真空容器内を窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、1100℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００３８】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２とは接合しなかった。
【００３９】
また、接合領域以外の接合面１Ｍ及びステンレス鋼箔２の表面を電子顕微鏡で観察した結果、アルミニウムの窒化物が検出された。
【００４０】
このように、接合中に、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３のアルミニウムとにより、ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２の接合界面にアルミニウム窒化物８が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためである。
【００４１】
そして、ステンレス鋼棒１，１同士を離すと、アルミニウム箔３の縁でステンレス鋼箔２が屈曲し、図２（Ｂ）に示すように、離間した接合面１Ｍ，１Ｍ間にステンレス箔２が連続することが確認できた。
「実施例２」
［ステンレス鋼の接合（真空雰囲気中）］
図２に示したように、実施例１の接合対を用い、接合条件を変えて拡散接合を行った。
【００４２】
その接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、窒素を導入することなく、その真空雰囲気中において、高周波誘導加熱法で、1100℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００４３】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、ステンレス鋼棒１とステンレス鋼箔２とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、ステンレス鋼棒1とステンレス鋼箔２とは接合しなかった。
【００４４】
この例では、減圧下である真空雰囲気中において、接合中に、窒素を含有するステンレス鋼棒１の窒素がアルミニウム箔３に供給されて、アルミニウム窒化物が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためである。このように真空中加熱により窒素を出す母材を、真空中雰囲気中で拡散接合してもよい。
【００４５】
尚、拡散接合に用いるアルミニウム含有鉄合金材料がアルミニウムをほぼ２質量％以上含む場合、真空加熱により窒素ガスを放出する材料との接合により、接合界面にアルミニウムの窒化物が生じ、接合箇所が脆くなる。一方、アルミニウム量が少ないときには、鉄鋼材料中にアルミニウムは固溶し、材料内に均一にアルミニウムは分布しているため、接合界面に窒化物が形成されない。
「実施例３」
［ニッケルの接合（窒素ガス雰囲気中）］
図１に示すように、ニッケル棒４は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。
【００４６】
同図に示すように、接合対は、前記ニッケル棒４，４の間に、母材として厚さ0.1ｍｍのニッケル箔５を１枚配置してなる。前記ニッケル棒４とニッケル箔５の間に、厚さ１μｍのアルミニウム箔３を局部的に配置する。具体的には、ニッケル箔４の上下のアルミニウム箔３，３を部分的に重ね合わせた位置に配置し、アルミニウム箔３のない部分は、ニッケル棒４の接合面４Ｍとニッケル箔５の接合面とが突き合わされている。
【００４７】
ニッケル棒４の接合面４Ｍ，４Ｍ及びニッケル箔５の両面は、研磨処理を行った。この研磨処理により、その表面粗さは、最大表面粗さを、2〜4μｍとした。
【００４８】
また、接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、１気圧（105Pa）の窒素を導入して前記真空容器内を窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、900℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００４９】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、ニッケル棒４とニッケル箔５とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、ニッケル棒４とニッケル箔５とは接合しなかった。
【００５０】
また、接合領域以外の接合面４Ｍ及びアルミニウム箔５の表面を電子顕微鏡で観察した結果、アルミニウムの窒化物が検出された。
【００５１】
このように、接合中に、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３のアルミニウムとにより、アルミニウム窒化物が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためである。
「実施例４」
［銅の接合（窒素ガス雰囲気中）］
図１に示すように、銅棒６は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。
【００５２】
同図に示すように、接合対は、前記銅棒６，６の間に、厚さ0.1ｍｍの銅箔７を１枚配置してなる。前記銅棒６と銅箔７の間に、厚さ１μｍのアルミニウム箔３を局部的に配置する。具体的には、銅箔７の上下のアルミニウム箔３，３を部分的に重ね合わせた位置に配置し、アルミニウム箔３のない部分は、銅棒６の接合面６Ｍと銅箔７の接合面とが突き合わされている。
【００５３】
銅棒６の接合面６Ｍ，６Ｍ及び銅箔７の両面は、研磨処理を行った。この研磨処理により、その表面粗さは、最大表面粗さを、2〜4μｍとした。
【００５４】
また、接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、１気圧（105Pa）の窒素を導入して前記真空容器内を窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、900℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００５５】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、銅棒６と銅箔７とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、銅棒６と銅箔７とは接合しなかった。
【００５６】
また、接合領域以外の接合面６Ｍ及び銅箔７の表面を電子顕微鏡で観察した結果、アルミニウムの窒化物が検出された。
【００５７】
このように、接合中に、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３のアルミニウムとにより、アルミニウム窒化物が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためである。
「実施例５」
図１に示すように、SUS321ステンレス鋼棒９は、長さ30ｍｍで直径12ｍｍの円柱状のものを用いた。
【００５８】
同図に示すように、接合対は、前記ステンレス鋼棒９，９の間に、母材として厚さ0.1ｍｍのSUS321のステンレス鋼箔10を１枚配置してなる。前記ステンレス鋼棒９とステンレス鋼箔10の間に、厚さ１μｍのアルミニウム箔３を局部的に配置する。具体的には、ステンレス鋼箔10の上下のアルミニウム箔３，３を部分的に重ね合わせた位置に配置し、アルミニウム箔３のない部分は、ステンレス鋼棒９の接合面９Ｍとステンレス鋼箔10の接合面とが突き合わされている。
【００５９】
ステンレス鋼棒９の接合面９Ｍ，９Ｍ及びステンレス鋼箔10の両面は、研磨処理を行った。この研磨処理により、その表面粗さは、最大表面粗さを、2〜4μｍとした。
【００６０】
また、接合条件は、真空容器内に前記接合対を収納し、該真空容器内を真空（３Pa以下）に排気した後、窒素を導入して前記真空容器内を減圧下（３Pa）の窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、1100℃に加熱し、この加熱状態で、接合面に接合圧力10MPaを加え、20分間保持して拡散接合した。
【００６１】
その結果、アルミニウム箔３を挟まずに同種金属同士が直接接触する領域では、ステンレス鋼棒９とステンレス鋼箔10とが接合し、アルミニウム箔３が介在する領域では、ステンレス鋼棒９とステンレス鋼箔10とは接合しなかった。
【００６２】
また、接合領域以外の接合面９Ｍ及びステンレス鋼箔10の表面を電子顕微鏡で観察した結果、アルミニウムの窒化物が検出された。
【００６３】
このように、接合中に、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３のアルミニウムとにより、アルミニウム窒化物が形成され、このアルミニウム窒化物は脆いため、その形成箇所で破断されるためであり、窒素を放出しないSUS321ステンレス鋼などの場合、減圧窒素ガス雰囲気中でも、雰囲気中の窒素が境界面に供給され、アルミニウム箔３との接合境界面にアルミニウムの窒化物が生じ、接合箇所が脆くなることが分かった。
「実施例６」
［ハニカムの製造］
上記実施例１〜５の結果を踏まえて実際にハニカムの製造を行った。まず、実施例１に倣った例として、図３（Ａ）に示すように、SUS304ステンレス鋼を薄肉金属板製の母材11として用い、この母材11は平板状をなす。複数の前記母材11，11・・・を積層し、それら母材11，11の間にアルミニウム箔12を介在させ、このアルミニウム箔12は母材11の長さ方向に所定間隔で配置され、且つ上下で半ピッチずつずれた位置関係で母材11と積層し、これによりアルミニウムを介在して積層した母材11，11・・・からなる積層体13を形成する。
【００６４】
尚、この例では、母材11の表面にアルミニウム箔12を配置することにより、母材11，11間にアルミニウムを介在したが、他の方法によりアルミニウムを介在してもよい。例えば、スパッタリング法やイオンプレーティング法により母材11にアルミニウムの薄膜を形成したり、プラズマ溶射法，メッキ法及び蒸着法などにより母材11にアルミニウムの薄膜を形成したりしてもよい。そして、アルミニウムのプラズマ溶射法において、母材11上に型版などを配置してマスキングを行い、複数の母材11に順次プラズマ溶射を行うことにより、効率的に製造することができる。
【００６５】
次に、前記積層体13の拡散接合を行う。接合条件は、真空容器内に積層した母材11，11・・・を収納し、該真空容器内を真空（３×10-3Pa以下）に排気した後、１気圧（105Pa）の窒素を導入して前記真空容器内を窒素ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱法で、1100℃に加熱し、この加熱状態で、母材11，11間に接合圧力10MPaを加え、20分間以上保持して拡散接合した。
【００６６】
尚、母材11がニッケル，銅の場合は、900℃に加熱した。また、母材11がSUS321ステンレス鋼の場合は、該真空容器内を真空（３×10-3Pa）に排気した後、窒素を導入して前記真空容器内を減圧下（３Pa以下）の窒素ガス雰囲気中で拡散接合を行った。
【００６７】
これにより、アルミニウム箔12を介在しない接合領域14で、上下で直接接した母材11，11同士が接合し、アルミニウム箔12の部分は非接合領域となり、この非接合領域では、アルミニウム窒化物が生成し、母材11，11同士が接合しない。
【００６８】
このようにして接合領域14で母材11，11同士を拡散接合した後、積層体13の展張作業を行う。積層体13を所定の幅に分割した後、分割した積層体13に厚さ方向の引張力を加えて展張する。これにより接合領域14の縁において母材11が屈曲し、非接合領域において母材11，11同士が離れ、離間される。尚、図３（Ｂ）では、アルミニウム窒化物を図示省略している。
【００６９】
これにより、母材11をセル壁とし、セル壁により区画形成された中空柱状の多数のセル21を有するハニカムコアが得られる。尚、図３（Ｂ）では、セル21の断面形状を六角形としたが、台形状，四角形状やその他各種形状のものを製造可能である。
【００７０】
また、同様にして、上記実施例２〜４で説明した部材を用いて金属ハニカムを製造することができる。
【００７１】
次に、本発明に好適な母材11について考察する。本接合材は、窒素ガスと反応せず、窒化物を形成しない金属材料、すなわち、アルミニウム，ボロン，チタン，タンタル，バナジウム，シリコン，ジルコニウム，及びそれらを添加元素として含有しない合金である。実施例で示した鉄鋼材料は窒化物を形成せず、窒素を固溶する。銅，ニッケルは窒素ガスに対して不活性である。好適な接合材として，窒素ガスを固溶する各種鉄鋼材料，不活性な銅，ニッケル合金などがあげられる。
【００７２】
もちろん、真空雰囲気中で加熱により、窒素ガスを放出する接合材の拡散接合にも、本発明は適用可能である。
【００７３】
従来のアルミナ等のセラミックスを剥離材として使用した時には、接合対に通電できず、接合対への直接通電による加熱は不可能であった。本方法では、剥離材12は窒化物を形成する材料で、アルミニウム，ボロン，チタン，タンタル，バナジウム，シリコン，ジルコニウム及びそれらを添加した合金であり、導電性を有する金属であるから、直接通電して拡散接合体を直接加熱でき、拡散接合体をヒータ加熱法よりも効率的に加熱することができる。
【００７４】
また、真空容器内を真空に排気した後、窒素ガスを導入して窒素ガス雰囲気とすることにより、真空容器内の酸素分圧が著しく小さくなり、これにより接合材の表面に酸化物膜が生成することを防止することが容易となり、結局、拡散接合を効率よく進行させることができるようになる。その結果、接合部位の接合強度が確保される。しかも、この場合、真空容器内を高真空にする必要がないので、高価な拡散ポンプやターボ分子ポンプ等、高真空が得られる排気機構を付設する必要は特にない。従って、設備投資が低廉化する。
【００７５】
そして、剥離材12は、アルミニウム（Al）以外でも、窒化物を形成する元素を含有する金属材料を用いることができ、それらの窒化物により剥離材を構成することも可能であり、例えば、ボロン（B）、チタン（Ti）、タンタル（Ta）、バナジウム（V）、シリコン（Si）及びジルコニウム（Zr）やその合金を用いることができる。特に、同一温度及び同一圧力条件では、ボロン，シリコン，タンタル，アルミニウム，チタン，ジルコニウムの順に熱力学的に窒化物を形成しやすく、拡散接合条件下で、雰囲気中より供給された窒素ガスにより、剥離材12の境界面に窒化物を形成する。
【００７６】
このように本実施例では、請求項１に対応して、薄肉金属板製からなる平板状の母材11を積層にすると共に、それら母材11，11間に所定間隔で剥離材たるアルミニウム箔３を配置し、積層にした母材11，11を加圧状態で加熱することにより、間隔を置いて隣合うアルミニウム箔３，３間で母材11，11を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、母材11をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセル21を有するハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、アルミニウム箔３が窒化物を形成する元素であるアルミニウムを含有し、窒素ガス雰囲気中で、積層にした母材11，11を加圧状態で加熱するから、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３中のアルミニウムとにより、アルミニウム箔３の表面にアルミニウム窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、剥離材を上下に挟んだ位置で母材11と母材11とを分離することができる。
【００７７】
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、薄肉金属板製からなる平板状の母材11を積層にすると共に、それら母材11，11間に所定間隔で剥離材たるアルミニウム箔３を配置し、積層にした母材11，11を加圧状態で加熱することにより、間隔を置いて隣合うアルミニウム箔３，３間で母材11，11を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、母材11をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセル21を有するハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、母材11が窒素を含有し、アルミニウム箔３が窒化物を形成する元素であるアルミニウムを含有するから、減圧加熱により母材11から窒素ガスが発生し、この窒素ガスとアルミニウム箔３中のアルミニウムとにより、アルミニウム箔３の表面にアルミニウム窒化物が形成され、この窒化物は脆いため、アルミニウム箔３を上下に挟んだ位置で母材11と母材11とを分離することができる。尚、窒化物を形成する元素を含んだ剥離材を用いる場合でも、窒素ガス雰囲気中において、拡散接合を行っても良い。
【００７８】
また、このように本実施例では、請求項３に対応して、前記窒化物を形成する元素は、アルミニウム、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムのいずれかであるから、窒化物を形成することができる。
【００７９】
また、このように本実施例では、請求項４に対応して、剥離材がアルミニウム箔３であるから、雰囲気中の窒素ガスとアルミニウム箔３とにより、アルミニウム窒化物が形成され、アルミニウム箔３を上下に挟んだ位置で母材11と母材11とを分離することができる。また、アルミニウム箔は、数μｍ（１０μｍ未満）の薄いものを用いることができるため、接合領域14において、積層した母材11，11同士を密着させることができ、接合性を向上することができ、さらに、径の小さいハニカムの製造が可能となる。また、アルミニウム箔３は、その入手が比較的容易であるから、コスト削減が可能となる。
【００８０】
また、このように本実施例では、請求項５に対応して、剥離材たるアルミニウム箔３が母材11に形成したアルミニウム薄膜であるから、スパッタリング法，イオンプレーティング法，プラズマ溶射法，メッキ法（溶融金属槽に浸漬）や蒸着法などを用いて、剥離材となるアルミニウム薄膜を簡便に形成することができる。また、薄膜を用いることにより、アルミニウム箔３のない接合領域において、積層した母材同士を密着させることができ、接合性を向上することができ、さらに、径の小さいハニカムの製造も可能となる。
【００８１】
また、このように本実施例では、請求項６に対応して、母材11が窒素を含有しないから、材料自体が窒素を放出する必要がなく、全ての鉄鋼材料並びに窒素ガスに対して不活性な銅合金やニッケル合金などを母材に用いることができる。
「実施例７」
［剥離材として金属細線を使用］
図４に示すように、この例では、剥離材として、窒化物を形成する元素を含有する金属細線たるアルミニウム細線31を用いる。これ以外でも、金属細線には、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムやその合金を用いることができ、アルミニウム細線31を例にして説明する。また、金属細線の直径は、10〜30μｍが好ましい。
【００８２】
アルミニウム細線31を、前記非接合領域に対応して、前記母材11，11間に配置する。この場合、図４に示したように、非接合領域にアルミニウム細線31，31・・・を並べて配置する。また、それらアルミニウム細線31，31・・・の両端を、図示しない固定具により固定し、それらアルミニウム細線31，31・・・に所定の張力を付与した状態で位置決めする。
【００８３】
また、図４では、アルミニウム細線31，31を隙間なく配置しているが、アルミニウムは660℃で溶融して接合界面が広がるため、細線31，31間に間隔をおいて配置してもよく、アルミニウムが溶融して広がった膜は細線31の直径より薄くなる。
【００８４】
そして、上記実施例５と同様に拡散接合と展張作業を行い、金属ハニカムを得る。
【００８５】
このように本実施例においては、剥離材が窒化物を形成する元素を有するアルミニウム細線31であり、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００８６】
また、細線31を用いるから、その本数や直径により所定幅の部分に剥離材を配置することができ、取り扱いが容易となる。
【００８７】
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、拡散接合における加熱は、拡散接合装置中で、高周波誘導加熱装置を用いて行ったが、これ以外でも、拡散接合では、モリブデン、タングステンヒータを用いたヒータ加熱や、接合材料に直接電流を通電して、接合部（接合面）を加熱する方法を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施例を示す材料の斜視図である。
【図２】同上、接合箇所の断面図であり、図２（Ａ）は接合前の状態、図２（Ｂ）は接合後、丸棒を離した状態の断面図である。
【図３】同上、積層体の断面図であり、図３（Ａ）は積層状態を説明する断面図であり、図３（Ｂ）は展張した状態の正面図である。
【図４】同上、剥離材に細線を用いた積層体の要部の断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ SUS304ステンレス鋼棒
１Ｍ 接合面
２ SUS304ステンレス鋼箔
３ アルミニウム箔
４ ニッケル棒
４Ｍ 接合面
５ ニッケル箔
６ 銅棒
６Ｍ 接合面
７ 銅箔
８ アルミニウム窒化物
９ SUS321ステンレス鋼棒
10 SUS321ステンレス鋼箔
11 母材
12 アルミニウム箔（剥離材）
21 セル
31 細線（剥離材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉金属板製からなる平板状の母材を積層にすると共に、それら母材間に所定間隔で剥離材を配置し、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することにより、前記剥離材間で母材を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、前記母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルを有する金属ハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、
前記剥離材が窒化物を形成する元素を含有し、窒素ガス雰囲気中で、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することを特徴とする拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項２】
薄肉金属板製からなる平板状の母材を積層にすると共に、それら母材間に所定間隔で剥離材を配置し、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することにより、前記剥離材間で母材を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、前記母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルを有するハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、
前記母材が窒素を含有し、前記剥離材が窒化物を形成する元素を含有することを特徴とする拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項３】
前記窒化物を形成する元素は、アルミニウム、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムのいずれかであることが特徴である請求項１記載の拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項４】
前記剥離材がアルミニウム箔であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項５】
前記剥離材が前記母材に形成したアルミニウム薄膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項６】
前記母材が窒素を含有しないことを特徴とする請求項１，３，４又は５記載の拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項１】
薄肉金属板製からなる平板状の母材を積層にすると共に、それら母材間に所定間隔で剥離材を配置し、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することにより、前記剥離材間で母材を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、前記母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルを有する金属ハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、
前記剥離材が窒化物を形成する元素を含有し、窒素ガス雰囲気中で、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することを特徴とする拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項２】
薄肉金属板製からなる平板状の母材を積層にすると共に、それら母材間に所定間隔で剥離材を配置し、前記積層にした母材を加圧状態で加熱することにより、前記剥離材間で母材を拡散接合した後、前記積層方向に引張力を加えて展張することにより、前記母材をセル壁とし、該セル壁にて区画形成された中空柱状の多数のセルを有するハニカムコアを形成する拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法において、
前記母材が窒素を含有し、前記剥離材が窒化物を形成する元素を含有することを特徴とする拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項３】
前記窒化物を形成する元素は、アルミニウム、ボロン、チタン、タンタル、バナジウム、シリコン及びジルコニウムのいずれかであることが特徴である請求項１記載の拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項４】
前記剥離材がアルミニウム箔であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項５】
前記剥離材が前記母材に形成したアルミニウム薄膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【請求項６】
前記母材が窒素を含有しないことを特徴とする請求項１，３，４又は５記載の拡散接合を用いた金属ハニカムの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１７２６７３（Ｐ２００９−１７２６７３Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６８３４（Ｐ２００８−１６８３４）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（３０４０２７２７９）国立大学法人 新潟大学 (310)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（３０４０２７２７９）国立大学法人 新潟大学 (310)
【Ｆターム（参考）】
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