JPH0474314B2

JPH0474314B2 -

Info

Publication number: JPH0474314B2
Application number: JP15953388A
Authority: JP
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1992-11-25
Also published as: JPH029786A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明はタングステンまたはモリブデン多重層
結晶に関するものである。［従来の技術］タングステン及びモリブデンは周期律表ａ族
に属し、第３及び第２長周期に位置する原子番号
がそれぞれ74及び42の体心立方格子の遷移金属で
ある。タングステンは金属元素中最も高い融点
3380℃を有し、一方、モリブデンは2615℃の融点
を有し、それぞれ高融点希金属の代表である。又、タングステン及びモリブデンの金属学的性
質として、第１に挙げられる性質は、非酸化性の
雰囲気中で、2000℃以上の高温に耐えられる性質
即ち、優れた高温強度を示す超耐熱金属材料とし
て知られている。しかしながら、両金属共に現時点では線材を除
いて有効な用途開発及び実用化が十分に成されて
いない典型的な金属材料である。その原因はタン
グステン及びモリブデンが多結晶の状態では、室
温以下で成形加工性が極めて悪く、また、
DBTT（延性、脆性遷移温度）以上でそれぞれ３
％、20％以下の伸びを示すことに起因する。更に、高温での使用時において、多結晶のタン
グステン及びモリブデンは結晶粒の粗大化及び再
結晶脆性を引き起こすため上に述べた超耐熱材料
としての特性を十分に発揮することができないこ
とも、用途が制限される一因となつている。［発明が解決しようとする課題］一般にモリブデン及びタングステン材料は、高
温で長時間の苛酷な条件下で使用されているた
め、一旦、破壊亀裂が発生した場合、多結晶状態
では、再結晶脆性により結晶粒界で急激に破壊す
る。一方、上記した多結晶モリブデン及びタングス
テンの欠点を除去するために、再結晶法により、
結晶を粗大化したタングステン（特開昭61−6197
号公報）および単結晶化したモリブデン（特許第
1420928号）が知られている。この様に、単結晶
化さされたタングステン及びモリブデンでは、へ
き開破壊が、一度に生じることがあり、このため
に、材料としての信頼性の面で十分とはいい難
い。そこで、本発明の技術課題は、高温における再
結晶脆性を生ずることなく強度、特に耐垂下性及
び信頼性を有するタングステン及びモリブデン材
料を提供することにある。ここで、これらモリブ
デン及びタングステン材料を多層化した、多重層
結晶の場合、破壊切裂が、結晶表面に生じても各
層の結晶粒間に結晶粒界を有し、結晶方位を異に
するための破壊が、各層結晶で拘束を生じ急激な
破壊につながるとことなく、材料の強度と信頼性
を高める結果となる。このため、結晶粒界を板に
平行に存在する多重結晶を提供することができれ
ば、高温強度と信頼性を必要とする原子路材料を
初めとする一般炉材に使用が可能となり、利用分
野が、著しく拡大される。従つて、本発明の他の技術課題は、上記タング
ステンまたはモリブデン多重結晶を容易にして製
造できるタングステンまたはモリブデン多重結晶
の製造方法を提供することにある。［課題を解決するための手段］本発明によれば、板面に平行な結晶粒界を有す
る２層以上の多重層から構成され、これら多重層
の中で互いに重なる各層は互いに結晶学的方位を
異にした単結晶状態を有することを特徴とするタ
ングステン又はモリブデン多重層結晶が得られ
る。本発明によれば、タングステン又はモリブデン
多結晶体を積層成形して成形体を形成し、この成
形体を焼鈍して隣接する層に互いに結晶方位をこ
とにした結晶状態を呈する多重層結晶の製造方法
が得られる。具体的に言えば、タングステン又はモリブデン
多重層結晶の製造する場合、CaO又はMgOを重
量で0.03〜1.55wt％含む酸化タングステン又は酸
化モリブデン粉末を還元雰囲気中にて、粉末冶金
法により、直接的に多結晶の金属粉末を生成する
方法又は粉末冶金法により焼結体を生成し、この
焼結体を粉砕して多結晶の金属粉末を生成する方
法等により作製する。次に、この多結晶の金属粉
末を加圧成形して、圧粉体とする。この様な圧粉
体を重ね合わせて、水素等の還元雰囲気中にて、
焼結して各層が互いに結晶学的方位を異にした焼
結体を得る。続いて、この焼結体を、熱間及び温
間等で圧延加工を施して、板状の複合体を水素等
の還元雰囲気中で1800〜2300℃の範囲内の温度
で、好ましくは１〜３時間焼鈍して、互いに重な
る各層が結晶学的方位を異にした単結晶状態を持
つ多層結晶体を得ることが確認された。更に、本発明においては、モリブデン又はタグ
ステンへの金属粉末への添加量が0.003wt％以下
の場合には、多重層結晶体には粒界は存在しな
い。更に、添加量が0.232wt％以上の場合には、
単結晶層及び多結晶層の複合体が得られるので、
添加量が0.003〜0.115wt％の範囲内であることが
好ましい。［実施例］以下本発明を実施例に基づいて説明する。本発明は、タングステン、モリブデンの双方に
同様に適用できるから、以下の実施例では、いず
れかに限定しないで、説明する。先ず、タングス
テン酸化物あるいはモリブデン酸化物の粉末に、
カルシウム酸化物及びマグネシウム酸化物を種々
の割合いで湿式法によつて添加し、複数種類の原
料粉末を用意した。次に、この原料粉末を粉末冶
金法を用いて、多結晶の金属粉末とした。この添
加量の異なる金属粉末を、板状に成形した後、積
層し、圧力3ton／cm²でプレス成形し第１図に示す
ような、多層構造の成形体を得た。この図のよう
な成形体の各層は、カルシウム酸化物及びマグネ
シウム酸化物の添加濃度が互いに等しく、各層
２，４は、層１，３及び５と異なる添加物濃度を
有し、且つ相互に等しい添加物濃度を有してい
る。この様にして、多層構造を有する複合圧粉体
が得られた。次に、1800〜2300℃にて水素雰囲気中で、この
複合圧粉体を焼結して、多層構造の焼結体を得
た。更に、この焼結体に1200〜1600℃の範囲内の
温度にて熱間加工を施し、続いて、500〜1000℃
の温度にて、温間加工を施し、最終圧延率が、70
％以上となるようにして、厚さが２〜５mm、幅が
20mm、長さが150mmの圧延品を得た。この圧延品
を、1800〜2300℃の範囲内の温度にて水素雰囲気
中で、１〜３時間焼鈍を行つた。その時の結晶状
態及び温度を第１表に示す。第１表において、C₀は各層１，３，５のCaO
及びMgOの金属粉末への添加量を示し、重量％
0.003wt％と一定である。一方、C₁は各層２，４
のCaO及びMgOの金属粉末への添加量を示し、
0.012〜0.155wt％の範囲で変化されている。第１
表では比較のために、C1が0.05〜0.08wt％（比較
例１）、及び0.232〜0.310wt％（比較例２）の試
料も同様に示されている。その結果、比較例１に
示すように、C₁が0.005〜0.008wt％である場合、
積層体の結晶状態は、結晶粒界のない単結晶とな
り、所望の多重層結晶とすることが、難しいこと
が、判明した。

【表】これは、カルシウム酸化物、マグネシウム酸化
物の含有量が0.008wt％以下の場合にはC₀層とC₁
層の結晶粒成長に対するピンニング効果の差が小
さいために層境界で粒成長を抑制できないためで
ある。更に、比較例２として、C₀が0.03wt％でC₁が
0.232wt％以上の層は、単結晶層及び多結晶層の
複合体が形成された。このように、カルシウム酸化物及びマグネシウ
ム酸化物の添加量が0.232wt％以上の場合には、
カルシウム酸化物、マグネシウム酸化物の添加量
が多いので、結晶粒成長に対するピンニング効果
が強力となり、粒成長を抑制するためであると推
測できる。一方、実施例として上げられているC₀が
0.03wt％及びC₁が0.012〜0.155wt％の範囲内にお
いては、５重層の各層が単結晶であり、しかも、
各層内には、結晶粒界が、存在することが、確認
された。この様な実施例に係る試料は高温におい
ても再結晶脆性を引き起こすことなく、耐垂下性
を有し、また破壊時にも急激な破壊伝播を引き起
こすことなく高い信頼性を有することが判明し
た。［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、カルシ
ウム酸化物又はマグネシウム酸化物の少くとも一
方を総量で0.003〜0.115wt％を含むタングステン
又はモリブデン多重層結晶は、耐垂下性及び急激
な破壊伝播を持たず、原子炉、核融合炉材、及び
一般炉材等の超高温耐熱材料としての用途は実に
幅広い。更に、本発明によれば、カルシウム酸化物又は
マグネシウム酸化物の少くとも一方を総量で
0.003〜0.115wt％含むタングステン又はモリブデ
ン圧粉体を積層成形させた後焼鈍させることによ
り、板面な平行な１つ以上の結晶粒界を有するタ
ングステンまたはモリブデン多重層結晶材料を得
るタングステン又はモリブデン多重層結晶の製造
方法を提供することである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るモリブデン又は
タングステン多結晶を示す斜視図である。図中、１，３，５はC₀層、２及び４はC₁層で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１板面に平行な結晶粒界を有する２層以上の多
重層から構成され、該多重層のうちで互いに隣接
する各層は互いに結晶学的方位を異にした単結晶
状態を有することを特徴とするタングステン又は
モリブデン多重層結晶。２互いに異なる両の添加物を含むタングステン
及びモリブデンのいずれか一方の多結晶体を複数
層積層して成形し、次に互いに隣接する層が互い
に結晶学的方位の異なる単結晶状態を形成するよ
うに、焼鈍することを特徴とするタングステンま
たはモリブデンの多重層結晶の製造方法。３タングステン又はモリブデンに、添加物とし
て酸化カルシウム及び酸化マグネシウムの少くと
も１種を重量で0.03〜0.155wt％含む多結晶の金
属粉末を生成する原料準備工程と、上記金属粉末
を加圧成形して多層構造の複合圧粉体を成形する
積層工程と、上記複合圧粉体を還元雰囲気中で焼
結して多層構造の焼結体を得る焼結工程と、上記
焼結体を加工の後、還元雰囲気中で1800〜2300℃
の範囲内の温度で、焼鈍を行う焼鈍工程を有する
ことを特徴とするタングステン又はモリブデン多
重層結晶の製造方法。