JPH0547618B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0547618B2 JPH0547618B2 JP15242183A JP15242183A JPH0547618B2 JP H0547618 B2 JPH0547618 B2 JP H0547618B2 JP 15242183 A JP15242183 A JP 15242183A JP 15242183 A JP15242183 A JP 15242183A JP H0547618 B2 JPH0547618 B2 JP H0547618B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- alloy
- high heat
- heat load
- composite structure
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Description
〔発明の技術分野〕
本発明は熱伝導特性が良好で、且つ、高熱流速
負荷下での熱応力、変形などの発生の少ないCu
−Mo合金の複合構造体で構成された耐高熱負荷
部材に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 高温で高熱流速負荷を受ける部品、たとえばプ
ラズマ発生装置の不純物除去板において、耐熱性
あるいは耐スパツタ性の観点から、直接高熱流速
負荷を受ける表層部にはMoが用いられる。しか
しこのMoの再結晶温度は1200℃以下であり、高
熱負荷下で使用中に除々に再結晶化が進行、再結
晶粒が等軸結晶粒となり、粒界破断し易くなるた
め高温強度が大きく低下する。一方負荷される熱
を効果的に冷却、除去するためには冷却部分に
Cu又はCu合金を使用する必要があり、このため
にCu−Moの複合構造体で構成された耐高熱負荷
部材が使用される。CuとMoの接合方法として
は、ボルト締めなどの機械的な結合法か、あるい
は銀ろう、銅ろう付けなどの冶金的な接合法が知
られている。 CuとMoとは熱膨張係数が例えば温度範囲20℃
〜600℃の間でCu：14.7×10-6、Mo：5.4×10-6
（単位deｇ-1）の如く大きな差があり、このため、
Cu−Moの接合体では温度変化により大きな熱応
力が接合部に発生する。 また、この熱応力のために、通常温度をあげて
行なわれる冶金的接合の形成自体が困難である。 機械的な結合法においては、結合部の形状、間
隔などの考慮により、熱膨張差を逃がし、熱応力
の発生をさけることが可能であるが、結合部にお
ける熱伝達の効率は悪く、このため効果的な熱負
荷の除去が困難であり、プラズマ発生装置におい
て、プラズマデイスラプシヨンなどの大きな入熱
が生じた場合には表面温度が上昇し、表面溶融な
との破損を生ずる恐れがある。一方、冶金的接合
法を採用すれば、当初は熱の除去は有効に行なわ
れるが、熱膨張差により熱応力が接合面に発生
し、特に間欠的な運転モードをとるトカマク型プ
ラズマ発生装置などにおいては、熱応力の変動お
よびプラズマからの電磁力も重量され、特に強度
の弱い接合部等に疲労クラツクを生ずるに至る。
そしてこのクラツク発生により熱伝達の効率は劣
化し、同様に表面温度の上昇により、最終的には
表面溶融などの損傷を生ずる。 〔発明の目的〕 本発明は以上の欠点の改良された、熱伝導が良
好で且つ熱応力発生の少ないCu−Mo合金の複合
構造体で構成された耐高熱負荷部材を提供するこ
とを目的とする。 〔発明の概要〕 本発明の耐高熱負荷部材は、第１図の複合構造
体の断面図に示される表層部１がMo合金、他端
がCu４で構成され、その両者の中間層部は表層
部１に近い側２でMoの含有量がCu端４に近い側
３におけるMo含有量よりも多い。いいかえれば
Mo合金からなる表層部に近い側２からCu端に近
い側３までのMo含有比率が100〜０％まで変化
したCu−Mo合金で構成されている。 本発明に係る耐高熱負荷部材を構成するCu−
Mo合金複合構造体はMoの組成範囲を限定して
高温強度を高め、再結晶温度を上昇させ、高熱負
荷下でのMoの結晶粒の成長をおさえ、さらにそ
れによる表面微細クラツクの発生を防止できるこ
と、複合構造体の中間部分をMoおよびCuの中間
の熱膨張係数を有するCu−Mo合金層とし高熱負
荷時の熱膨張係数差による熱応力発生を小さくで
きること、また従来法によるCuとMoとの接合面
における熱伝達効率の劣化を防止できることを究
明してなされたものである。 ここで本発明に係るMo合金の組成限度につい
て説明すると、Ｖは固溶強化により合金の強度を
増加させると共に格子間不純物と反応して結晶粒
界を清浄化する作用を有するが、Moに対し重量
％で0.05％未満では結晶粒界を清浄化して粒界を
強化するに不十分であり、Ｃは脱酸効果による加
工性改善、Mo2CやVCなど炭化物析出による析
出強化と再結晶温度の上昇および結晶粒成長抑制
に必要で、その含有量は少なくとも0.005％以上
でなければいけない。 また複合添加の場合にはＶは重量％で1.0％、
Ｃは重量％で0.15％を越えると結晶粒界あるいは
粒内への巨大炭化物の析出が顕著となり加工性が
劣化するとともに前記の作用効果が顕著に認めら
れず、かつ熱伝導率を低下させることからこの範
囲とする。 〔発明の実施例〕 実施例 １ 平均粒径5μｍのMo粉末、平均粒径2μｍのＣ粉
末および平均粒径5μｍのＶ粉末を第１表に示す
組成割合で配合した。
負荷下での熱応力、変形などの発生の少ないCu
−Mo合金の複合構造体で構成された耐高熱負荷
部材に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 高温で高熱流速負荷を受ける部品、たとえばプ
ラズマ発生装置の不純物除去板において、耐熱性
あるいは耐スパツタ性の観点から、直接高熱流速
負荷を受ける表層部にはMoが用いられる。しか
しこのMoの再結晶温度は1200℃以下であり、高
熱負荷下で使用中に除々に再結晶化が進行、再結
晶粒が等軸結晶粒となり、粒界破断し易くなるた
め高温強度が大きく低下する。一方負荷される熱
を効果的に冷却、除去するためには冷却部分に
Cu又はCu合金を使用する必要があり、このため
にCu−Moの複合構造体で構成された耐高熱負荷
部材が使用される。CuとMoの接合方法として
は、ボルト締めなどの機械的な結合法か、あるい
は銀ろう、銅ろう付けなどの冶金的な接合法が知
られている。 CuとMoとは熱膨張係数が例えば温度範囲20℃
〜600℃の間でCu：14.7×10-6、Mo：5.4×10-6
（単位deｇ-1）の如く大きな差があり、このため、
Cu−Moの接合体では温度変化により大きな熱応
力が接合部に発生する。 また、この熱応力のために、通常温度をあげて
行なわれる冶金的接合の形成自体が困難である。 機械的な結合法においては、結合部の形状、間
隔などの考慮により、熱膨張差を逃がし、熱応力
の発生をさけることが可能であるが、結合部にお
ける熱伝達の効率は悪く、このため効果的な熱負
荷の除去が困難であり、プラズマ発生装置におい
て、プラズマデイスラプシヨンなどの大きな入熱
が生じた場合には表面温度が上昇し、表面溶融な
との破損を生ずる恐れがある。一方、冶金的接合
法を採用すれば、当初は熱の除去は有効に行なわ
れるが、熱膨張差により熱応力が接合面に発生
し、特に間欠的な運転モードをとるトカマク型プ
ラズマ発生装置などにおいては、熱応力の変動お
よびプラズマからの電磁力も重量され、特に強度
の弱い接合部等に疲労クラツクを生ずるに至る。
そしてこのクラツク発生により熱伝達の効率は劣
化し、同様に表面温度の上昇により、最終的には
表面溶融などの損傷を生ずる。 〔発明の目的〕 本発明は以上の欠点の改良された、熱伝導が良
好で且つ熱応力発生の少ないCu−Mo合金の複合
構造体で構成された耐高熱負荷部材を提供するこ
とを目的とする。 〔発明の概要〕 本発明の耐高熱負荷部材は、第１図の複合構造
体の断面図に示される表層部１がMo合金、他端
がCu４で構成され、その両者の中間層部は表層
部１に近い側２でMoの含有量がCu端４に近い側
３におけるMo含有量よりも多い。いいかえれば
Mo合金からなる表層部に近い側２からCu端に近
い側３までのMo含有比率が100〜０％まで変化
したCu−Mo合金で構成されている。 本発明に係る耐高熱負荷部材を構成するCu−
Mo合金複合構造体はMoの組成範囲を限定して
高温強度を高め、再結晶温度を上昇させ、高熱負
荷下でのMoの結晶粒の成長をおさえ、さらにそ
れによる表面微細クラツクの発生を防止できるこ
と、複合構造体の中間部分をMoおよびCuの中間
の熱膨張係数を有するCu−Mo合金層とし高熱負
荷時の熱膨張係数差による熱応力発生を小さくで
きること、また従来法によるCuとMoとの接合面
における熱伝達効率の劣化を防止できることを究
明してなされたものである。 ここで本発明に係るMo合金の組成限度につい
て説明すると、Ｖは固溶強化により合金の強度を
増加させると共に格子間不純物と反応して結晶粒
界を清浄化する作用を有するが、Moに対し重量
％で0.05％未満では結晶粒界を清浄化して粒界を
強化するに不十分であり、Ｃは脱酸効果による加
工性改善、Mo2CやVCなど炭化物析出による析
出強化と再結晶温度の上昇および結晶粒成長抑制
に必要で、その含有量は少なくとも0.005％以上
でなければいけない。 また複合添加の場合にはＶは重量％で1.0％、
Ｃは重量％で0.15％を越えると結晶粒界あるいは
粒内への巨大炭化物の析出が顕著となり加工性が
劣化するとともに前記の作用効果が顕著に認めら
れず、かつ熱伝導率を低下させることからこの範
囲とする。 〔発明の実施例〕 実施例 １ 平均粒径5μｍのMo粉末、平均粒径2μｍのＣ粉
末および平均粒径5μｍのＶ粉末を第１表に示す
組成割合で配合した。
【表】
この第１表に示した組成割合のMo−Ｖ−Ｃ混
合粉末をそれぞれ金型の下面に所定の厚さt1だけ
入れた。そしてこれらの上面に平均粒径25μｍの
Mo粉末を厚さt2だけ入れる。さらにこのt2の上
面に平均粒径50μｍのMo粉末を厚さt3だけ入れ、
1ton／cm2の圧力で成形、厚さ20mmの板状圧粉体を
成形した。 ついで、板状圧粉体のMo−Ｖ−Ｃ混合粉末側
を1850℃、他端を1300℃に保ち、水素気流中にて
5hrの焼結を行なつた。焼結体をついで、カーボ
ンるつぼ中に高温で焼結され、密度の上つた側
（Mo−Ｖ−Ｃ合金側）を下方にして設置し、H2
雰囲気中で1150℃に昇温した後、カーボンるつぼ
上部にCuを装入溶融し、MoおよびMo合金焼結
体中に含浸せしめた。Cuは多めに加え、圧粉焼
結体の上部さらに25mmのCu層を形成せしめ、冷
却固化させた。 得られたCuを含浸させたCu−Mo合金の複合
構成体は第２図に示されるように、Cu部分４中
に水冷用の孔１１をあけて、Cu−Mo合金複合構
造体で形成された耐高熱負荷部材５とした。 なお、Cu−Mo合金の複合構造体のMo焼結体
部分において、表層部１側であるMo−Ｖ−Ｃ合
金側２、すなわち高温焼結側でのMo量は95％低
温焼結側３でのMo量は60％であつた。 比較例 １ 第３図に示す如く、厚さ10mmの粉末冶金法によ
り製造したMo板６の片面に10μｍの厚さにCuメ
ツキ８を行なつた後、冷却水用孔１１を設けた厚
さ30mmのCu板７との間に厚さ25μの銀ろう箔９を
おいて重ね、２Kg／cm2の荷重のもとでH2気流中
で850℃に加熱、徐冷してCu−Mo複合体で形成
された耐高熱負荷部材１０とした。 以上の実施例１の製法による５つの耐高熱負荷
部材および比較例１の製法による１つの耐高熱負
荷部材を冷却水を通しつつ、そのMo表面に電子
ビームにより500W／cm2の熱流束を60秒加え、300
秒休止する加熱サイクル試験を100回行なつた。
そして、加熱の60秒終了時のMo合金表面温度の
測定および加熱サイクル試験後の接合部のはがれ
や割れ等の発生状況を観察した。 これらの試験結果を第２表に示す。
合粉末をそれぞれ金型の下面に所定の厚さt1だけ
入れた。そしてこれらの上面に平均粒径25μｍの
Mo粉末を厚さt2だけ入れる。さらにこのt2の上
面に平均粒径50μｍのMo粉末を厚さt3だけ入れ、
1ton／cm2の圧力で成形、厚さ20mmの板状圧粉体を
成形した。 ついで、板状圧粉体のMo−Ｖ−Ｃ混合粉末側
を1850℃、他端を1300℃に保ち、水素気流中にて
5hrの焼結を行なつた。焼結体をついで、カーボ
ンるつぼ中に高温で焼結され、密度の上つた側
（Mo−Ｖ−Ｃ合金側）を下方にして設置し、H2
雰囲気中で1150℃に昇温した後、カーボンるつぼ
上部にCuを装入溶融し、MoおよびMo合金焼結
体中に含浸せしめた。Cuは多めに加え、圧粉焼
結体の上部さらに25mmのCu層を形成せしめ、冷
却固化させた。 得られたCuを含浸させたCu−Mo合金の複合
構成体は第２図に示されるように、Cu部分４中
に水冷用の孔１１をあけて、Cu−Mo合金複合構
造体で形成された耐高熱負荷部材５とした。 なお、Cu−Mo合金の複合構造体のMo焼結体
部分において、表層部１側であるMo−Ｖ−Ｃ合
金側２、すなわち高温焼結側でのMo量は95％低
温焼結側３でのMo量は60％であつた。 比較例 １ 第３図に示す如く、厚さ10mmの粉末冶金法によ
り製造したMo板６の片面に10μｍの厚さにCuメ
ツキ８を行なつた後、冷却水用孔１１を設けた厚
さ30mmのCu板７との間に厚さ25μの銀ろう箔９を
おいて重ね、２Kg／cm2の荷重のもとでH2気流中
で850℃に加熱、徐冷してCu−Mo複合体で形成
された耐高熱負荷部材１０とした。 以上の実施例１の製法による５つの耐高熱負荷
部材および比較例１の製法による１つの耐高熱負
荷部材を冷却水を通しつつ、そのMo表面に電子
ビームにより500W／cm2の熱流束を60秒加え、300
秒休止する加熱サイクル試験を100回行なつた。
そして、加熱の60秒終了時のMo合金表面温度の
測定および加熱サイクル試験後の接合部のはがれ
や割れ等の発生状況を観察した。 これらの試験結果を第２表に示す。
【表】
以上説明したように本発明に係るCu−Mo合金
複合構造体より成る高耐熱負荷部材は熱膨張係数
の大きく異なるMo合金とCuとの間にその両者の
中間の熱膨張係数を有するCu−Mo合金層を有す
るため、高熱負荷の繰返しにおいても、接合部が
無いため接合部のはがれが起らず、充分な除熱効
果がある。さらに、本発明に係るCu−Mo合金複
合構造体から成る高耐熱負荷部材の表層部のMo
合金材料としてMo−Ｖ−Ｃ合金を使用すること
によつて高耐熱負荷部材の表面は強度が増すため
加熱サイクル中の熱ひずみによる割れ発生を押さ
えることも可能となり、工業上頻る有用である。
複合構造体より成る高耐熱負荷部材は熱膨張係数
の大きく異なるMo合金とCuとの間にその両者の
中間の熱膨張係数を有するCu−Mo合金層を有す
るため、高熱負荷の繰返しにおいても、接合部が
無いため接合部のはがれが起らず、充分な除熱効
果がある。さらに、本発明に係るCu−Mo合金複
合構造体から成る高耐熱負荷部材の表層部のMo
合金材料としてMo−Ｖ−Ｃ合金を使用すること
によつて高耐熱負荷部材の表面は強度が増すため
加熱サイクル中の熱ひずみによる割れ発生を押さ
えることも可能となり、工業上頻る有用である。
第１図は本発明の耐高熱負荷部材の複合構造体
を説明するための断面図、第２図は本発明の耐高
熱負荷部材の断面図、第３図は従来例の耐高熱負
荷部材の断面図。 １……表層部（Mo−Ｖ−Ｃ合金）、２，３…
…中間層部（組成の変化するCu−Mo合金）、４，
７……Cu、５，１０……耐高熱負荷部材。
を説明するための断面図、第２図は本発明の耐高
熱負荷部材の断面図、第３図は従来例の耐高熱負
荷部材の断面図。 １……表層部（Mo−Ｖ−Ｃ合金）、２，３…
…中間層部（組成の変化するCu−Mo合金）、４，
７……Cu、５，１０……耐高熱負荷部材。
Claims (1)
- １ 表層部が重量％でV0.05〜1.0％、C0.005〜
0.15％、残部Moから成るMo合金より成り、他端
部がCuより成り、その中間層部は、Mo合金側か
らCu側までMo含有量が重量％で100〜０％まで
濃度勾配を有するCu−Mo合金より成る複合構造
体で構成されていることを特徴とする耐高熱負荷
部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15242183A JPS6046344A (ja) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | 耐高熱負荷部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15242183A JPS6046344A (ja) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | 耐高熱負荷部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6046344A JPS6046344A (ja) | 1985-03-13 |
| JPH0547618B2 true JPH0547618B2 (ja) | 1993-07-19 |
Family
ID=15540142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15242183A Granted JPS6046344A (ja) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | 耐高熱負荷部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6046344A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60145342A (ja) * | 1984-01-05 | 1985-07-31 | Mitsubishi Electric Corp | 成分濃度勾配を有する合金 |
| CN102950287B (zh) * | 2012-10-30 | 2014-11-12 | 上海瑞钼特金属新材料有限公司 | 一种钼铜合金薄板、超薄板材和箔材及其制备方法 |
-
1983
- 1983-08-23 JP JP15242183A patent/JPS6046344A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6046344A (ja) | 1985-03-13 |
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