JP5295129B2

JP5295129B2 - 炭素材料と銅合金との耐火性アセンブリに関する方法

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Publication number: JP5295129B2
Application number: JP2009549446A
Authority: JP
Inventors: ヴァレリーショーマ; ナディアミルー−アリ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2013-09-18
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Description

本発明は、多孔質炭素系材料から成る少なくとも１つの部材と、銅リッチ（copper-rich）金属材料から成る少なくとも１つの部材とをアセンブルする方法、及び該方法を実施するための合金ペーストに関する。

耐火性アセンブリと称するアセンブリは、５００℃を超える使用温度を有する部材のアセンブリである。

これらのアセンブリは熱工学分野において大変興味深いものである。それらは１０ＭＷ／ｍ^２〜２０ＭＷ／ｍ^２の高エネルギー交換密度を有するため、熱交換器部品の製造において使用することができる。（高耐火性である）「炭素系材料側面」上で非常に高い出力を用いてエネルギーが生成される一方、例えば、冷却剤を循環させることによる冷却等のアクティブ冷却システムによって（低耐火性である）「銅側面」上で熱を回収する。

このため、この種のアセンブリでは、該アセンブリを構成する種々の部材間における非常に良好な熱交換、及び非常に良好な機械的固着の両方を保証することが重要である。

これらのアセンブリは概して、多孔質炭素系材料から成る部材と共に銅リッチ材料から成る部材を備えるアセンブリである。

本発明において、用語「多孔質炭素系材料」とは、少なくとも５０ｗｔ％の炭素、好ましくは８０ｗｔ％を超える炭素を含む材料、及び最も好ましくは１００％の炭素から成る材料を意味すると理解される。

この種の材料は、グラファイト、グラッシーカーボン、炭素系マトリクス中のカーボンファイバから成る複合材等であり得る。

同様に、表現「銅リッチ金属材料」とは、本発明において、少なくとも５０ｗｔ％の銅を含む材料、好ましくは８０ｗｔ％を超える銅を含む材料、及びより好ましくは純粋な銅を意味すると理解される。

最後に、用語「多孔質材料」とは、対象とされる材料の５体積％より大きく５０体積％より小さい開孔率を有する材料を意味すると理解される。

この種のアセンブリを製造するために、有機接着剤を用いて２つの部材を共に結合させるアセンブリ方法が提案されている。しかしながら、このような種類のアセンブリの使用温度は最高でも２００℃を超えることは決してなく、このため、耐火性アセンブリとしては不適切である。

ステープリング、ねじ留め、インターロック又はリベット打ちによる純粋に機械的な方法によってアセンブリを製造することも提案されている。しかしながら、これらのアセンブリは、２つの部材間の部分的で且つランダムな接触により、かなり低い熱伝達しかもたらさない。

また、融接、すなわち高温で２つの部材間の接合面に圧力をかけることにより２つの部材間に原子相互拡散をもたらすことよって、耐火性アセンブリの２つの部材をアセンブルすることが提案されている。この方法では、温度を最も低い耐火性材料の融点未満に常に維持しなければならない。したがって、この系に液相は存在しない。この種のアセンブリは、一方向に加圧される加圧下で（in a press）、又は静圧室内において実行される。２つの合金同士のアセンブリには融接がよく適しているが、耐火性セラミック材料が存在する場合には、セラミックの構成原子が接合部で極めてわずかしか拡散しないため適さない。しかしながら、拡散溶接では、セラミック材料の孔中への部分的な金属浸透も行われないため、２つの部材間における非常に良好な熱交換、及び非常に良好な機械的固着を得ることが不可能である。

それゆえ、アセンブリにおける良好な熱伝達及び良好な機械的接着性を保証するために、接合面において多孔質炭素系化合物から成る部材に部分的に浸透することができる液相を使用した方法しか予見され得ない。

このために、何種類かの方法では、あらゆる場合において、ろう付け、すなわち、空気中の酸素から遮蔽された状態の（それゆえ１０^−４ｍｂａｒ未満の高真空中又はアルゴン等の不活性ガス中のいずれかにおける）ろうの溶融を要する反応性ろう付けが使用されている。

したがって、特許文献１は、銅、銀、ニッケル及びアルミニウムから選択される８６重量％〜９９．５重量％の少なくとも１つの反応性元素と、ろう付け用合金（brazing alloy）としてバナジウム、ニオブ、チタン、ジルコニウム及びケイ素から選択される０．５重量％〜１０重量％の元素とから成るろう付合金（brazing alloy）を使用することにより、炭素系化合物を金属材料に接合させることを提案している。この方法では、炭素複合材から成る部材と、金属材料から成る部材との間の接合面にろう付合金を設け、アセンブリ全体を真空中８５０℃〜９８０℃の温度で１０分間加熱している。

また、チタン又はジルコニウム等の反応性元素をかかる割合で含有することにより、大半のセラミック基材、特にグラファイト又は炭素−炭素複合材等の炭素系セラミックの良好な浸潤を保証する、銀又は銅をベースとした反応性ろう材（brazes）と称されるろう材を使用することが提案されている。

しかしながら、反応性ろう付けの主な欠点は、実際には炭素系材料の孔のランダム性に依存する浸透のランダム性である。言い換えると、一般的には、単一接合面において、ほんのわずかしか含浸されない帯域の傍に、ろう付けにより化合物が高度に浸透する帯域が観測され、これにより接合部における空孔（vacancies）がもたらされる可能性がある。この場合、作業中に生じる「ホットスポット（hot spots）」が見込まれることにより熱伝達は依然低いままである。同様に、熱衝撃の場合には炭素系化合物がその支持体から脱離するか又は剥離するリスクを伴い機械的固定が幾分劣ったものとなる。

結果として、この固定が有用な結果をもたらし得るとしても、工業用途を検討する信頼性には欠ける。

この方法を改良するために、特許文献２は、浸透する多孔質材料の表面を加工して、炭素系材料／ろう付け交換の領域を人工的に増大させることを提案している。これは、レーザー加工によって実行し、直径５０μｍ〜５００μｍの円錐形のホールであり、深さが１００μｍ〜２ｍｍであり且つ穿孔間の間隔が０．２５ｍｍである規則的な穿孔を作製するものである。穿孔のこの配列によって、反応性ろう材の浸透の極めて均質な分布を保証することが可能になる。提案されているろう材は一般的に銀及び銅をベースとしたものであり、これらは数パーセントのチタンによって活性化される。提案されている加工表面処理は、反応性ろう材の信頼性の問題を解決するものの、その大規模な使用には、自動化されたとしてもコスト及び作業の実施時間から、問題が依然として残る。

さらに、非特許文献１は、グラッシーカーボン基材又は炭化ケイ素基材上における４０原子％のケイ素と６０原子％の銅とから成る合金の反応性浸潤を研究している。この論文は、グラッシーカーボン基材上におけるＣｕ−Ｓｉ系による浸潤が良好であることを示している。

しかしながら、この浸潤だけでは、多孔質基材の均質な浸透も、炭素／Ｃｕ−Ｓｉ／銅合金接合部の良好な機械的接着性も保証されない。これは、例えば、ろう材の過度に良好な浸潤が、多孔質炭素系基材によるその完全な吸収を促すリスクを負っているためであり、これにより、結果として得られる、銅合金を有するアセンブリが不可能なものとなる。その上、グラッシーカーボンの浸透可能性に関する情報はなく、また実際に、多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ金属材料から成る部材とのアセンブリに関する情報もない。

米国特許第５，３４０，６５８号明細書米国特許第６，１６０，０９０号明細書

"Mechanisms of reactive wetting: the question of triple line configuration", Acta Mater. Vol. 45, No. 7, p. 3079-3085, 1997

本発明は、工業的に適用可能であると共に、信頼性が高く且つ高価でない方法によって少なくとも２つの部材をアセンブルするために、銅合金を使用することを提案することによって、従来技術分野における方法の欠点を緩和することを目的とする。

このために、本発明は特に、多孔質炭素系材料中に液相形態で部分的に浸透するろう付合金を使用して、得られる最終的なアセンブリにおける機械的固着及び良好な熱伝達の両方を保証にすることを提案する。

本発明で使用されるろう付合金は、２５原子％〜６０原子％の銅及び７５原子％〜４０原子％のケイ素を含有し、これは、約１２．８ｗｔ％〜３９．９ｗｔ％のＳｉ及び８７．２ｗｔ％〜６０．１ｗｔ％のＣｕに相当し、ＳｉとＣｕとの原子比の合計は少なくとも９５％に相当する。

使用されるケイ素が少量である場合には、浸潤が極めて劣り、ろう付けの観点から満足のいくものではない。この理由は、低い浸潤により、ろう材によりろう付けされた接合部の充填が芳しくなくなるか又は接合部にホールが生じるためである。良好な浸潤は、ろう付けが成功する十分な条件ではないが、必須のものである。

反対に、ろう付合金中のケイ素含量が４０ｗｔ％を超えると、多孔質炭素系化合物の浸透があまり制御されずに、低い品質を有することになる。

本発明において使用される特に好ましい１つのろう付合金は、４０原子％のケイ素と６０原子％の銅とを含有するろう付合金である。

この合金は、多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ材料から成る部材とをアセンブルするのに特に適している。

本発明で使用されるろう付合金は、多孔質炭素系材料から成る部材の良好な浸潤をもたらすが、驚くべきことに、ケイ素を多量に含有する系の炭素上における良好な浸潤性にもかかわらず、多孔質炭素系材料中への本発明のろう付合金の浸透が依然として遅いことにより、完全に制御される多孔質炭素系基材中へのろう付合金の浸透が可能となるため、とりわけ、多孔質炭素系化合物中へのろう付合金の（孔に関して部分的となるように制御される）均質な浸透を達成することを可能にする。

ろう付合金の浸透のこの完全な制御は、炭素系基材によるその孔におけるろう付合金の完全な消費を防止し、ろう付合金のいくらかが多孔質炭素系材料の表面上にコーティングを形成することを保証する。

これは、このろう付合金を多孔質炭素系材料上で溶融した後に、多孔質炭素系材料の表面上におけるろう付合金の１００μｍの厚さを維持することが可能であるためである。それゆえ、ろう付合金を引き続き使用して、銅リッチ金属材料と実際にアセンブルすることができる。

また驚くべきことに、反応帯域が非常に薄く、大抵の場合１μｍ未満であることから、多孔質炭素系材料の浸透の際のろう付合金と炭素との適度な反応性が観測された。しかしながら、Ｃｕ−Ｓｉ系は反応性で知られており、ケイ素は炭素と反応して、炭化ケイ素を合成する。例えば、カーボンファイバを組み込む炭素−炭素複合材の場合、繊維の完全性は浸透帯域でも維持され、ろう付合金と炭素との接触が生じても、カーボンファイバはろう付合金による侵食又は損傷を受けない。

本発明で使用されるろう付合金は、アルミナるつぼ内において銅及びケイ素を所望の原子比で溶融することにより調製され得る。混合物は、炉内、１０^−２ｍｂａｒ〜１０^−５ｍｂａｒの真空下又は不活性ガス中で１０分間〜３０分間、１０００℃〜１２００℃の温度で溶融される。得られた溶融した生成物を冷却した後、冷却された生成物を好ましくは粉砕する。

ろう付合金粉末の粒径が１００μｍ〜５００μｍである場合に、本発明のろう付合金を使用したときの良好な結果が得られた。

アセンブルされる部材上におけるより実用的且つ均一な塗布のために、この粉末を有機バインダと混合して、広く散布することを可能にする粘稠度を有する本発明によるろう付け用ペーストを得てもよい。好適なバインダは当業者に既知である。かかるバインダの一例は、１０体積％〜２０体積％の量のＮｉｃｒｏｂｒａｚＣｅｍｅｎｔ（登録商標）６５０である。

また本発明のろう付合金は、所望のＣｕ及びＳｉの原子比を得るように商業用Ｃｕ−Ｓｉ合金と必要量のシリコン粉末とをブレンドすることによって、約９８％の純度を有するシリコン粉末と、約９８％の純度を有する商業用Ｃｕ−Ｓｉ合金とのブレンドから得ることができる。これらの比率は２５原子％〜６０原子％のケイ素及び７５原子％〜４０原子％の銅であることが想起される。

これまでと同様に、次にこのブレンドを炉内で、真空下又は不活性ガス中において上述と同じ温度で同じ時間溶融する。

得られる溶融した生成物を冷却した後、冷却した該生成物を粉砕し、その後、有機バインダとブレンドして、アセンブルする部材の表面上に広く拡げることを可能にする粘稠度を有するペーストを得てもよい。

多孔質炭素系材料から成る少なくとも１つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも１つの部材とをアセンブルする方法は、本発明の金属化合金を使用する少なくとも１つの工程を含む。

より正確には、本発明のろう付合金を、粉末形態又はペースト形態のいずれかで、アセンブルされる多孔質炭素系材料から成る部材の表面に塗布する。この多孔質炭素系材料は予め１３００℃〜１４００℃の温度で高真空中で脱気させておく。好ましくは、アセンブリ面を、１ｃｍ^２当たり５０ｍｇ〜５００ｍｇの合金量で、最も好ましくは１ｃｍ^２当たり１００ｍｇ〜４００ｍｇの合金量でコーティングする。その後、本発明のろう付合金を溶融させ、多孔質炭素系材料中に浸透させる。このために、多孔質炭素系材料から成る部材を、本発明のろう付合金又は本発明のろう付け用ペーストでアセンブリ面上にコーティングし、真空炉に入れ、本発明のろう付合金が溶融することができる温度に加熱する。

かかる温度は概して１０００℃〜１２００℃である。この合金を溶融させるための熱処理時間は３０分間〜９０分間である。使用される真空は、１０^−２ｍｂａｒ〜１０^−５ｍｂａｒの高真空である。しかしながら、５ｐｐｍ未満の酸素含量を有するアルゴン等の不活性ガス流を使用してもよい。

驚くべきことに、この作業後に、ろう付合金は、完全に制御されるように多孔質炭素系材料から成る部材のアセンブリ面全体にかけて均質に浸透した。観測された多孔質炭素系基材中への浸透は、熱処理の温度及び時間に応じて１００μｍ〜２０００μｍの厚さを有する表面上のろう付合金膜と併せて、熱処理の温度及び時間に応じて５００μｍ〜１０００μｍの深さを有する。

したがって、本発明の方法の次の工程は、アセンブリ面が溶融したろう合金で被覆される多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ金属合金から成る部材との実際のアセンブリを実行することである。このために、ろう付合金で被覆される多孔質炭素系材料から成る部材の表面を軽く研磨した後、銅リッチ金属材料から成る部材のアセンブリ面と接触させる。その後アセンブリ全体を、真空中又は不活性ガス中、銅リッチ金属材料の融点未満且つろう付合金が完全に溶融する温度未満でなければならない温度で加熱する。しかしながら、この温度は、液相が一時的に金属と、炭素系化合物の金属化面との間の接触点に生じ得るように、８０２℃、すなわち、銅−ケイ素二成分組成図中の最も低い共晶温度より高くなければならない。この作業は「共晶ろう付け」と称される。この第２の熱サイクルの好ましい作業パラメータは、１０^−２ｍｂａｒ〜１０^−５ｍｂａｒの高真空中、又は５ｐｐｍ未満の酸素含量を有するアルゴン等の不活性ガス流中において８５０℃〜９５０℃の処理温度、及び１０分間〜３０分間の処理時間である。

２つの部材のアセンブルに対応するこの第２の熱サイクル後に、物体を室温にまで冷却すると、アセンブリが効果的なものとなる。その後最終的には、本発明に従って作製したアセンブリを、機械的な（ねじ留め、リベット打ち）方法によって又は溶接若しくは拡散溶接若しくはろう付けによって、熱交換器又は任意の他のユニットに組み入れることができる。

本発明によって得られるアセンブリは、部材同士を接合させる接合面に、溶融させた本発明によるろう付合金を有する、多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ金属材料から成る部材とから成る。本発明のアセンブリ方法は、炭素系基材と銅基材との間に非常に良好な機械的固定及び非常に良好な熱伝達、結果として極限条件下であっても非常に良好な耐熱衝撃性があることを保証する。

本発明のアセンブリ方法の別の特筆すべき特性は、多孔質炭素系材料の当初の不均質性にもかかわらず多孔質炭素系材料への浸透が均質であることである。これは、炭素−炭素複合材が特に不均質であり、例えば、複数のアレイ状（arrays）の編成されたカーボンファイバに多数の孔がランダムに点在するためである。本発明の方法により得られる浸透は、高密度の繊維を含む帯域におけるか、又は反対により多くの孔がある低密度の繊維を含む帯域におけるかにかかわらず浸透深さが同じであることを示している。

また、本発明の方法によれば、多孔質炭素系材料中への銅の浸透は、アセンブリ面を加工することなく成し遂げられ、これにより、アセンブリ作業のコストが著しく下がる。

最終的に、多孔質炭素系複合材を「金属化」させるろう付合金製剤の特筆すべき利点の１つは、アセンブリを実行する化学元素の数が極めて限定されることである。これにより、高温で発生し多数の金属間化合物の形成を伴って最終的に脆性となる多成分金属系を有しない。実際に、本発明のろう付合金において使用される限定的な（only）化学元素は、炭素、銅及びケイ素である。

本発明のろう付け法及びろう付け用ペーストは、熱工学分野において、特に、約２０ＭＷ／ｃｍ^２の高い熱フラックスを取り扱うことができる非常に高性能な熱交換器部品のために特に適用可能である。第１の回路と第２の回路との間の交換の時点で、使用温度に耐性があり且つ非常に高い熱伝導性を有する２つの熱回路環境に適する材料を使用することが必須であり、これは炭素系材料及び銅材料に関する事例である。

このため、炭素系材料が高熱フラックス熱交換器の極限条件に耐性を示すことから、本発明の方法及び合金は、特にプラズマ内のエネルギーを回収するような高熱フラックス熱交換器の製造を特に対象とする。この種の装置の基本原理は、炭素−炭素複合材タイルのパネルから成る防護遮蔽体を用いて熱核反応により得られたプラズマにより放出されるエネルギーを回収することである。一連の銅管を用いて作製される炭素タイル冷却回路を介して熱を回収する。銅管構造体は、金属の温度を適度（１０００℃未満）に維持するように、冷却剤を循環させることにより能動的に冷却するものでなければならない。この種のサーマル装置は、トカマク及びトロイダルプラズマ閉込め装置において非常に広範囲に使用され、これらの装置は、プラズマを研究し且つ核融合原理に基づいて稼動する将来的な熱核融合発電所を開発する設備である。

このため、本発明はまた、本発明による少なくとも１つのアセンブリを備える装置に関する。

単に本発明の例示として挙げられるが、その限定を示唆するものではない以下の例示的な実施形態を読むことで、本発明はより良く理解され、またその特徴の他の利点がさらに明らかになる。

実施例１
炭素−炭素複合材／純銅アセンブリの作製
本実施例は、Ｃ／Ｃ複合材と純銅板とのアセンブリの製造を説明する。

部材の寸法は：
Ｃ／Ｃ複合材：２０×１５×８ｍｍ^３；
銅：２０×１５×２ｍｍ^３
であった。

Ｃ／Ｃ複合材は、カーボンファイバで補強した炭素マトリクス複合材とした（供給業者：SNECMA；材料品番：ＮＢ３１）。

Ｃ／Ｃ複合材を超音波脱脂（有機溶媒）浴内で洗浄した後、乾燥させた。次に複合材を、１４２０℃１時間１０^−２ｍｂａｒ〜１０^−５ｍｂａｒの真空下における真空熱処理中に脱気した。

銅板を超音波脱脂浴中で洗浄した後に、乾燥させた。

第１の工程では、６０原子％Ｃｕ／４０原子％Ｓｉ組成のろう付合金を粉末から製造した。次に合金を有機バインダとブレンドして、ペーストを得た。

第２の工程では、ろう付けされるＣ／Ｃ複合材面をこのろう付け用ペーストで被覆した。ろう付けの量は好ましくは８００ｍｇ〜１０００ｍｇであった。

その後、複合材を炉内の支持体（アルミナ又はグラファイトプレート）上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は：
保持温度：１１６０℃;
保持時間：６０分；
雰囲気：高真空
とした。

保持後、冷却は自然冷却とした。

この処理により：
合金の溶融；
約１．５ｍｍの深さまでの複合材中への合金の浸透；
連続的な合金厚さ（約５００μｍ）による複合材のアセンブリ面のコーティング；及び
炭素と合金との極めて限定的な反応、すなわち、約１μｍである反応帯域
がもたらされた。

第３の工程は、Ｃｕ−Ｓｉ金属化複合材と純銅とをろう付けすることから成った。金属化複合材と銅板とが完全に接触するようにろう付けされる金属化複合材面を軽く研磨した。次に、複合材の金属化面を、ろう付け用ペーストが付与されていない銅板で被覆した。その後、アセンブリ全体を炉内の支持体（アルミナ又はグラファイトプレート）上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は：
保持温度：９００℃;
保持温度：１５分；
雰囲気：高真空
とした。

保持後、冷却は自然冷却とした。炉から取り出した後、Ｃ／Ｃ複合材は純銅板とアセンブルされていた。

実施例２
実施例１で得られるアセンブリと、９８．９７ｗｔ％Ｃｕ／０．８４ｗｔ％Ｃｒ／０．１４ｗｔ％Ｚｒ組成のＣｕＣｒＺｒ合金から成る部材とから成るアセンブリの作製
実施例１で得られたアセンブリをその後ＣｕＣｒＺｒ合金から成る部材とアセンブルさせた。

純銅とアセンブルさせるＣｕＣｒＺｒ部材面にニッケルによる電気めっきを施した。次にそれを純銅部材と対向させるように配置した。アセンブリ全体を真空下の金属容器に入れ、これをＴＩＧ（タングステン不活性溶接）により密封した。密封容器の密封は、ヘリウム試験を用いて確認した。密封したら、容器をＨＩＰ（熱間等静圧圧縮成形）室に配置し、１２０分間の熱処理：温度：５５０℃；圧力：４００ｂａｒにかけた。ＨＩＰサイクル後に、容器を開封した。得られたものは、ＣｕＣｒＺｒと、それ自体がＣ−Ｃ複合材と既に接合している純Ｃｕとのアセンブリであった。

実施例３
炭素−炭素複合材／ＣｕＣｒＺｒ合金アセンブリの作製
本実施例は、炭素−炭素複合材と、９８．９７ｗｔ％Ｃｕ／０．８４ｗｔ％Ｃｒ／０．１４ｗｔ％Ｚｒ組成のＣｕＣｒＺｒ合金のプレートとのアセンブリの製造を説明する。

部材の寸法は：
炭素−炭素複合材：２０×１５×８ｍｍ^３
ＣｕＣｒＺｒ：２０×１５×１０ｍｍ^３
であった。

炭素−炭素複合材は、カーボンファイバで補強した炭素マトリクス複合材とした（供給業者：SNECMA；材料品番：ＮＢ３１）。

炭素−炭素複合材を超音波脱脂（有機溶媒）浴内で洗浄した後、乾燥させた。次に複合材を、１４２０℃１時間１０^−２ｍｂａｒ〜１０^−５ｍｂａｒの真空下における真空熱処理中に脱気した。

ＣｕＣｒＺｒ板を超音波脱脂浴中で洗浄した後、乾燥させた。

第２の工程では、ろう付けされる炭素−炭素複合材面をこのろう付け用ペーストで被覆した。ろう付けの量は好ましくは８００ｍｇ〜１０００ｍｇであった。

保持後、冷却は自然冷却とした。

この処理により：
合金の溶融；
約１．５ｍｍの深さにわたる複合材中への合金の浸透；
連続的な合金厚さ（約５００μｍ）による複合材のアセンブリ面のコーティング；及び
炭素と合金との極めて限定的な反応、すなわち、約１μｍである反応帯域
がもたらされた。

第３の工程は、Ｃｕ−Ｓｉ金属化複合材とＣｕＣｒＺｒとをろう付けすることから成った。金属化複合材と銅板とが完全に接触するようにろう付けされる金属化複合材面を軽く研磨した。次に、複合材の金属化面を、ろう付け用ペーストが付与されていないＣｕＣｒＺｒ板で被覆した。その後、アセンブリ全体を炉内の支持体（アルミナ又はグラファイトプレート）上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は：
保持温度：９００℃;
保持時間：１５分；
雰囲気：高真空
とした。

保持後、冷却は自然冷却とした。炉から取り出した後、炭素−炭素複合材はＣｕＣｒＺｒ板とアセンブルされていた。

実施例４
本発明の方法によって本発明の合金により得られるアセンブリの耐熱衝撃性試験
実施例１及び実施例２に記載されるプロトコルに従って作製されるＣ／Ｃ／Ｃｕ−ＣｒＣｒＺｒ接合部の機械強度を試験するために熱衝撃実験プロトコルを用いた。

このプロトコルは、Ｃ／Ｃ／Ｃｕ−ＣｕＣｒＺｒアセンブリをアルゴン中で２０℃から４５０℃に加熱し、その後、それらを水冷にかける（試験片を入れたバスケットを水中に放ち沈めた）ことから成るものとした。この処理を各試験片に対して３０回繰り返した。１０サイクル後に、外観検査を行った。４つの全く同様に作製された試験片（プロトコル１、さらにプロトコル２）に対する３０回の熱衝撃後に接合部の破裂は観察されなかった。

実施例５
実施例１で得られるアセンブリと、Ａｌ_２Ｏ_３酸化物分散により硬化された、Ｃｕ／０．２５ｗｔ％Ａｌ／０．２ｗｔ％Ｏ／０．０２５ｗｔ％Ｂ組成を有するＯＤＳ（酸化物分散強化型）Ｃｕ合金とから成るアセンブリの作製
実施例１で得られるアセンブリをその後、寸法２０×１５×１０ｍｍ^３を有するＯＤＳＣｕ合金（０．２５ｗｔ％Ａｌ／０．２ｗｔ％Ｏ／０．０２５ｗｔ％Ｂ）から成る部材とアセンブルさせた。この部材は脱脂浴中で洗浄した後、乾燥させた。

実施例１で得られる純Ｃｕ部材面を、６０原子％Ｃｕ／４０原子％Ｓｉ組成を有するろう付け用ペーストで被覆した。ろう付けの量は１００ｍｇとした。ＯＤＳＣｕ部材のアセンブリ面を、Ｃｕ部材のろう材被覆面上に配置した。アセンブリ全体を炉内の支持体（アルミナ又はグラファイトプレート）上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は：
保持温度：９００℃;
保持時間：１５分；
雰囲気：高真空
とした。

保持後、冷却は自然冷却とした。炉から取り出した時点で、ＯＤＳＣｕ部材は、それ自体が既にＣ／Ｃ複合材とアセンブルされている純Ｃｕ部材とアセンブルされていた。すなわち、Ｃ／Ｃ−Ｃｕ−ＯＤＳＣｕアセンブリが得られた。

実施例６
炭素−炭素複合材と、Ａｌ_２Ｏ_３酸化物分散により硬化された、Ｃｕ／０．２５ｗｔ％Ａｌ／０．２ｗｔ％Ｏ／０．０２５ｗｔ％Ｂ組成を有するＯＤＳＣｕ合金部材とのアセンブリの作製
部材の寸法は：
炭素−炭素複合材:２０×１５×８ｍｍ^３；
ＯＤＳＣｕ：２０×１５×１０ｍｍ^３
であった。

炭素−炭素複合材は、カーボンファイバで補強した炭素マトリクス複合材であった（供給業者：SNECMA；材料品番：ＮＢ３１）。

炭素−炭素複合材部材を超音波脱脂（有機溶媒）浴中で洗浄した後、乾燥させた。次に炭素−炭素複合材部材を、１４２０℃１時間１０^−２ｍｂａｒ〜１０^−５ｍｂａｒの真空下における真空熱処理中に脱気した。

ＯＤＳ銅板を超音波脱脂浴中で洗浄した後、乾燥させた。

第２の工程では、ろう付けされる炭素−炭素複合材面をこのろう付け用ペーストで被覆した。ろう付けの量は好ましくは１００ｍｇ／ｃｍ^２〜４００ｍｇ／ｃｍ^２であった。

保持後、冷却は自然冷却とした。

この処理により：
ろう付合金の溶融；
約１．５ｍｍの深さまでの複合材中へのろう付合金の浸透；
連続的なろう付合金厚さ（約５００μｍ）による複合材のアセンブリ面のコーティング；及び
炭素とろう付合金との極めて限定的な反応、すなわち、約１μｍである反応帯域
がもたらされた。

第３の工程は、Ｃｕ−Ｓｉ金属化複合材部材とＯＤＳ銅部材とをろう付けすることから成った。金属化複合材（ろう付合金の層）とＯＤＳ銅板とが完全に接触するように、ろう付けされる金属化複合材面を軽く研磨した。複合材の金属化面を、ろう付け用ペーストが付与されていないＯＤＳ銅板で被覆した。その後、アセンブリ全体を炉内の支持体（アルミナ又はグラファイトプレート）上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は：
保持温度：９００℃;
保持時間：１５分；
雰囲気：高真空
とした。

保持後、冷却は自然冷却とした。炉から取り出した時点で、炭素−炭素複合材部材はＯＤＳ銅板とアセンブルされていた。

実施例７
耐熱衝撃性試験
実施例３、実施例５及び実施例６において作製されるアセンブリに実施例４に記載されている同一のプロトコルを実行した。この試験後に破裂は観察されなかった。

上記実施例には、多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ材料から成る部材とをアセンブルするのに特に適切であるような、本発明の方法、ろう付合金の使用及びろう付け用ペーストの使用が記載されているが、本発明はかかる部材に決して限定されない。

Claims

多孔質炭素系材料から成る少なくとも１つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも１つの部材から成る部材とのアセンブリのための、下記式：
Ｃｕ_xＳｉ_y
（式中、ｘ及びｙは、２５≦ｘ≦６０、４０≦ｙ＜７５及びｘ＋ｙ≧９５％である原子比である）
を有する、銅及びケイ素をベースとした合金の使用。
式中、ｘ＝６０及びｙ＝４０であることを特徴とする、請求項１に記載の合金の使用。
下記式：
Ｃｕ_xＳｉ_y
（式中、ｘ及びｙは、２５≦ｘ≦６０、４０＜ｙ≦７５及びｘ＋ｙ＝９５％である原子比である）
を有する、粉末形態のろう付合金(brazing alloy)と、無機バインダとのブレンドから成ることを特徴とする、ろう付け用ペースト。
多孔質炭素系材料から成る少なくとも１つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも１つの部材とをアセンブルする方法であって、
ａ）ろう付合金の量が５０ｍｇ／ｃｍ²〜５００ｍｇ／ｃｍ²であるような、前記多孔質炭素系材料から成る少なくとも１つの部材のアセンブリ面上における、下記式：
Ｃｕ_xＳｉ_y
（式中、ｘ及びｙは、２５≦ｘ≦６０、４０≦ｙ≦７５及びｘ＋ｙ≧９５％である原子比である）
を有する、銅及びケイ素をベースとした合金の堆積工程、又は請求項３に記載のろう付け用ペーストの堆積工程と、
ｂ）前記合金又は前記ペーストを溶融するような、真空中又は不活性雰囲気中における工程ａ）で得られる前記多孔質炭素系材料から成る少なくとも１つの部材の加熱工程と、
ｃ）工程ｂ）で得られる前記多孔質炭素系材料から成る少なくとも１つの部材の表面と、前記銅リッチ金属材料から成る少なくとも１つの部材のアセンブリ面との接触工程と、
ｄ）前記銅リッチ金属材料から成る少なくとも１つの部材の融点未満且つ前記合金又は前記ペーストの融点未満の温度における、真空中又は不活性雰囲気中における、工程ｃ）で得られるアセンブリ（assembly）全体の加熱工程と、
を含むことを特徴とする、多孔質炭素系材料から成る少なくとも１つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも１つの部材とをアセンブルする方法。
工程ｄ）の加熱温度が８０２℃を超えることを特徴とする、請求項４に記載のアセンブリ方法。
工程ｂ）を、１０００℃〜１２００℃の温度で３０分間〜９０分間、真空中又はアルゴン雰囲気中において実行し、且つ工程ｄ）を、８５０℃〜９５０℃の温度で１０分間〜３０分間、真空中又はアルゴン流中において実行することを特徴とする、請求項５に記載のアセンブリ方法。
アセンブリであって、接合面に、下記式：
Ｃｕ_xＳｉ_y
（式中、ｘ及びｙは、２５≦ｘ≦６０、４０≦ｙ≦７５及びｘ＋ｙ≧９５％である原子比である）
を有する溶融及び固化された銅合金の層を有する、多孔質炭素系材料から成る少なくとも１つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも１つの部材とから成ることを特徴とする、アセンブリ。
請求項７に記載の少なくとも１つのアセンブリを備える装置。