JPH0459963A - 傾斜機能を有する板材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は傾斜機能を有する板材の製造方法に関するもの
である。

〈従来の技術〉 次世代の宇宙、航空および核融合炉などでは、厳しい使
用条件、例えば表面温度が２０００　Ｋを超える条件で
使用できる材料が要求されている。

従来、そのような材料として超高温雰囲気に曝露される
側にセラミックスが裏側に熱を急速に逃がすために熱電
導率の良い金属が配された複合材料が開発されつつある
。それらは金属、合金材料の表面にセラミックスをイオ
ンブレーティング法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム
法などによってコーティングやめっきをしているが、繰
り返し生ずる熱応力や経時変化による剥離、脱落破壊、
または亀裂発生による耐食性の悪化等の多くの問題点が
ある。

このような背景から材料の製造段階から材料の微視的構
成を多元的に連続制御する傾斜機能材料が提藁されてい
る。傾斜機能材料は材料の組成を連続的に変化させるこ
とにより、複数の機能を持たせ熱応力を構成要素を制御
することにより緩和したものである。

このような材料は未だ開発中であり、確固とした手法は
ない状態であるが、研究中のプロセスとしては粉末状材
料の配合比を段階的に変化させ、圧縮、焼結する方法や
あらかじめ複合する粉末状の材料を混合したものを加熱
して反応せしめ、反応の度合いにより組成を変化させる
方法などがある。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、前記の圧縮、焼結する方法では、組成を
連続にすることが困難で手間もかかり、寸法も小さいも
のに制限される。

また、後者の反応させる方法は複合させる材料の組合せ
が限られる。またいずれも材料を粉末にすることが必要
であり、その粒度も制約を受けざるを得ない。

よって本発明は、 ＣＤ　原料の形状、種類、組合せの制限を受けず、（２
＞　　組成が連続に変化し、しかも（３ン　　精度良く
得られる萌斜機能 を有する板材の製造方法を提案することを目的とするも
のである。

〈課題を解決するための手段〉 すなわち本発明は、それぞれ個別にるつぼに装入された
金属、合金ある。いは金属酸化物の表面にエネルギービ
ームを照射して溶融蒸発させ、るつぼ上方に設置した基
板上に複合して蒸着させる際に、各るつぼ中の材料の浴
温度を得ようとする蒸着板の厚み方向の組成変化に応じ
て時間とともに制御することを特徴とする傾斜機能を有
する板材の製造方法である。

く作　用〉 本発明では、原料として粒状、棒状、切削くず状など任
意の形状の金属、金属酸化物、合金を利用できる。エネ
ルギービームとしては電子ビームやプラズマビーム等が
利用でき、これら材料を保持して熔融させるるつぼとし
ては水冷銅鋳型が好ましい、るつぼは一種類の原料毎に
それぞれ用意する。溶解雰囲気は一般に高真空とする。

溶解雰囲気が高真空のため、金属酸化物、合金は熔解中
に成分が変動しやすい、そのため蒸発しやすい元素を適
宜熔解中に挿入できる装置を配するのが好ましい。

ビームの位置はコンピュータで制御し、各鋳型内の原料
を照射する時間及びビーム出力を変化させることにより
るつぼ内の浴温度が変化し、蒸着板の組成傾斜を連続的
に自由に変えることができる。

蒸着させるための基板は通常水冷銅板として、るつぼの
直上に配する。そして、それぞれのるつぼから等距離に
あることが望ましいが、やむを得ずずれた場合はそれぞ
れの鋳型中の原料を照射する時間、出力に補正を要する
。

製造し得る板材の寸法は、均一な広さ方向の成分を得る
ために、またそりなどの防止のために制限される０通常
、２００Ｘ２００　ｍ以内で蒸着速度と、１チヤージの
時間との関連と熱応力歪の影響から厚さ１０ｍ以内であ
る。

溶融浴の温度はエネルギービームの照射位置、出力、照
射時間をコンピュータで調整し予め決められた温度変化
に制御する。

本発明に用いる装置の一概念図を第３図に示す。

１は電子銃、２．３は水冷銅るつぼ、４は電子ビーム、
５は蒸気流、６は基板を示している。

ところで、今るつぼ２．３により材料Ａ、Ｂを蒸発させ
て基板６に蒸着させるとき、浴からの構成元素Ａ、Ｂの
蒸発速度ｊｕ、ｊｍは、ｊａ　＝ａ／Ｔ−Ｐａ　　（Ｔ
） Ｌ　＝ｂ／Ｔ　　ｐｇ　　（Ｔ） 但し、 ｐｍ　　（Ｔ）　、ｐｍ　　（Ｔ） ：温度ＴでのＡ及びＢの蒸気圧 ａ、ｂ：定数 で表され、 したがって蒸着速度ｖＡ％　ｖｌも、 ＶＡ　＝Ｍ　　ＨＬ　＝ａ’　／Ｔ−ＰＡ　　（Ｔ）Ｖ
＝　＝Ｍ’　　ＨＬ　＝ｂ’　／Ｔ　　ｐｇ　　（Ｔ）
但し、 Ｍ、Ｍ’　　　：蒸着板と基板との位置に基づく係数 ａ’、ｂ’：定数 で表される。

このように蒸着量は浴の温度に依存するため、浴温度を
目的の蒸着組成に合わせ変化させることにより目的の傾
斜機能材料が得られる。

〈実施例〉 最大出力２４０に−の電子ビーム溶解炉により第１図に
示すＣｕ−Ｔｈｅｚ厚さ７ｍｍの傾斜機能板材を製造し
た。

蒸着板の大きさを１００Ｍ　Ｘ　１００　ｉｎとした。

　Ｃｕ、Ｔｈａｔ装填るつぼのそれぞれの温度パターン
を第２図に示す、ｍ成は厚さ方向一端でＣｕ　１００％
、２（財）、他端でＴｈＯ□１００％、１闘、その間４
ｆｆＩ１１が両者直線的に変化している。水冷銅鋳型は
内面２０＋＋＋ｍφの円筒型で内部に水路（スリット）
を形成し、冷却水の流速はｌｏｍ／ｓｅｅに設定した。

蒸着基板とるつぼとの距離は２ｍとし、るつぼが基板の
中央にくるようにした。

原料はＣｕがメタルで２０〜５０ｍｍφ形状のものを２
０ｋｇ、　Ｔｈｅ、は２００メツシユの粉のものを２〜
４　ｍｍφに焼結したもの２０ｋｇを別々のるつぼにあ
らかじめ装填した。なお炉内真空度は２　Ｘｌ０−’ｔ
ｏｒｒであった。

〈発明の効果〉 本発明により原料の種類によらず、組成が連続して変化
した傾斜機能材料が容易に得ることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法で製造した傾斜機能材料の組成変化を
示すグラフ、第２図はそのときのるつぼ内の浴温度の変
化を示すグラフ、第３図は本発明法で用いられる装置の
概念図である。 １・・・電子銃、 ２・・・水冷銅るつぼ（Ｃｕ装入）、 ３・・・水冷鋼るつぼ（ＴｈＯ□装入）、４・・・電子
ビーム、 ５・・・蒸気流、 ６・・・基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれ個別にるつぼに装入された金属、合金あるいは
   金属酸化物の表面にエネルギービームを照射して溶融蒸
   発させ、るつぼ上方に設置した基板上に複合して蒸着さ
   せる際に、各るつぼ中の材料の浴温度を得ようとする蒸
   着板の厚み方向の組成変化に応じて時間とともに制御す
   ることを特徴とする傾斜機能を有する板材の製造方法。