高性能複合材料を対象とした無損傷切断接合加工とそのシステム化

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03402047
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 松山 欽一 大阪大学, 工学部, 助手 (80029305)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西口 公之 阿南工業高等専門学校, 校長 (50028940) ; 高橋 康夫 大阪大学, 溶接工学研究所, 助教授 (80144434)
• Keywords: 複合材料 / ウォータジェット加工 / 低温固相接合 / 表面蒸着 / 熱変質

Research Abstract

本研究は,セラミックスと金属の接合体を熱歪と熱変質無しに加工・接合し,高機能な複合構造体を信頼性をもって作成するための加工接合プロセスの確立とそのシステム化を目的としたものである。熱影響をほとんど起こさない切断加工方法として高圧水で切断を行うウォータジェット切断方法を採用し,熱による材質変化の少ない接合方法として低温固相接合方法を選んで研究を進めている。
この研究の最終年となった平成5年度は,昨年までの研究成果を踏まえて,砥粒を混入して金属材料やセラミックスを高能率に切断加工できるアブレシブウォータジェット切断の加工機構と切断噴流構造の調査をさらに進め,このアブレシブウォータジェット加工面の高品質化・高平坦化の可能性を探った。また,低温固相接合に関しては,接合面粗さと接合特性の関係を調査し,接合の律則機構を吟味した。
結果として,アブレシブウォータジェット加工面の平坦化・高品質化を進めるためには市販切断機に採用されているよりも大幅にスロート長を長くしたアブレシブノズルを採用し,砥粒混入量を少なくし,より高圧水条件で切断を行うとよいことを明らかにした。また,このときの噴流中の砥粒分布状況や高圧水のモーメンタム分布の正確な計測結果も世界で始めて求めている。低温固相接合機構に関しては,接合過程を密着過程と拡散反応過程に分けて,普通完全平面にはならない粗さの多少残った現実の加工面を密着させるために必要となるクリープ変形過程を数値計算モデルを併用しながら吟味し,空孔(ボイド)の拡散・消失過程に対する接合部の温度と応力,接合時間,および表面のミクロ的な凹凸形状の影響を明らかにし,接合条件の最適化指針を示している。