WELCONの技術
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拡散接合

概要

拡散接合とは

面と面の接合、薄板の積層接合、異なる材質、溶接では難しい材質の接合が可能です。「接合材を加熱・加圧し、原子の拡散を利用して接合する方法」です。
母材自身を溶かすことなく、一体化することができます。

微細な流路を持つ 流体デバイス、複雑な微細三次元構造体などを製作することが可能です。
弊社で実績がない材料や、複雑な形状も実験、試作からご相談承っております。

接合技術と拡散接合の位置づけ

固相接合 - 拡散接合 材料を密着させ、熱を加え一体化する

拡散接合とは

従来は航空宇宙、軍事関連で良く利用されていた技術でした。
近年は、材料並びに業界の努力により量産化技術が発展してきています。
溶接では難しい異種材料の接合ができ、必要なところだけ高価な材料を使うといった
使い方もでき、自動車のシャフトなどでも使用されています。
加速器から、熱電対のような異なった材料の特性を利用する分野でも使用されていま
す。

  • 航空宇宙
  • 情報通信・アンテナ
  • 自動車
  • 食品機械
  • 分析、計測装置
  • 電気、電子部品
  • 半導体製造装置
  • 産業機器自動搬送機
  • 金型
  • その他:新規分野へ続々適用中です。

技術用語

拡散とは

コーヒーに入れたミルクは比較的短時間で均一に混じりあいます。 気体や液体中では、濃度差が失われていく様子を容易に観察できます。 固体の中でも、ずっとゆっくりですが、この現象は起きます。 拡散とは溶媒の中を物質が運動して均一になる現象のことです。 固体中の原子の移動は、その大きさにより異なります。 酸素や炭素のような小さな原子は他の物質に進入しやすく、 ある程度以上の大きさを持つ原子は、隣に原子空孔が無いと移動することができません。 温度が高くなると、原子の持つエネルギーが大きくなり活性化すること、 また原子空孔の存在する確率が大きくなることにより、拡散が進みやすい環境になります。
拡散現象はフィックの2つの法則によって考えられます。
その第一法則は「拡散による溶質の流れは、溶質の濃度が低い方向に起こり、 その濃度の勾配に比例している」というものです。今溶質の濃度を“c” とし、“x”方向に濃度の勾配があるとすれば、単位時間当たりに単位面積を 流れる溶質の量“J”は

とあらわせます。第二法則は濃度が位置だけでなく時間によっても変化することを表し、

となります。
一例として、金属の酸化や浸炭などの雰囲気熱処理は、拡散が一方向に起こり、 時間とともに境界面の濃度が変化しない場合と考えることができます。
このとき(1)、(2)式はそれぞれ、

とおくことができ、溶質の濃度”c”は、”c=Ax+B” と位置の一次式で表せることになります。
また酸化膜や、浸炭層の厚さを”x”とおけば、反応層の成長は反応層への金属イオンの 拡散速度に依存し、成長速度は金属イオンの流れ量に比例します。
この場合、反応層の両境界面における金属イオンの濃度差は一定(c)と考えることができます。

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