JPH0563276B2 - - Google Patents
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- JPH0563276B2 JPH0563276B2 JP1600684A JP1600684A JPH0563276B2 JP H0563276 B2 JPH0563276 B2 JP H0563276B2 JP 1600684 A JP1600684 A JP 1600684A JP 1600684 A JP1600684 A JP 1600684A JP H0563276 B2 JPH0563276 B2 JP H0563276B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
- B23K35/005—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces at least one of the workpieces being of a refractory metal
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術的分野〕
本発明は、タングステンＷ部材と銅Cu部材の
間に介在させて両部材を接合するために用いる材
料に関し、更に詳しくは、両部材に大きな熱負荷
が流入しても両部材間に発生する熱歪みを吸収し
て両部材間の剥離等を抑制し、強固な接合状態の
維持を可能にするＷ−Cu接合用の材料に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 Ｘ線発生装置の対陰極、核融合炉のダイバータ
板など高温下で高熱流束負荷を受ける部品は、直
接高熱流束負荷を受ける表面部分の部材と、負荷
された熱を効果的に除去して全体を冷却する冷却
部分の部材とを接合した構造体である。 一般に、表面部分の部材には、耐熱性若しくは
耐スパツタ性の観点からＷもしくはＷ合金が用い
られ、冷却部分の部材には、熱伝導性が良好であ
ることからしてCu若しくはCu合金が用いられて
いる。 このようなＷ−Cu構造体における重要な問題
は、両部材間の接合に関することである。なぜな
らば、Ｗの熱膨張係数は4.3×10-6／℃（20〜600
℃）、Cuの熱膨張係数は14.7×10-6／℃（20〜600
℃）で両者の間には大きな差異があり、熱負荷を
受けて温度上昇したとき両部材の接合部には大き
な熱応力が発生して、両部材の剥離などの現象が
起こるようになる。 一般に、両部材の接合方法としては、両部材
をネジ、ボルトなどの手段で接合する機械的方
法、銅ろう、銀ろう、ニツケルろうなどのろう
材を用いるろう付け法、及びニツケル、ニツケ
ル−銅合金のようなろう材を両部材間に介在させ
てホツトプレスする拡散接合法が試みられてい
る。 の方法の場合、接合部の形状、間隔などを考
慮して両部材間の熱膨張差を逃がして熱応力の発
生を抑制することは可能であるが、しかし両部材
間の密着度が低下するため両部材間における熱伝
達は悪化して効果的な冷却作用が阻害される。そ
のため、流入する熱負荷が大きくなつてＷ部材の
表面温度が異常に上昇すると、表面の溶融などの
部材破損現象がしばしば発生するようになる。 一方、の方法によれば、両部材は密着して接
合されているので当初は有効に熱負荷が除去され
て円滑な冷却作用を示しているが、しかし温度上
昇して両部材の熱膨張差が増大すると接合面には
熱応力が発生する。その結果、ろう材にクラツク
が生じてその部分の熱伝達効率が低下してしま
う。しかも、ろう付け可能な面積には限界があ
り、例えば両部材の接合面積が大きい場合には事
実上の方法が適用することができなくなる。 の方法はの方法と同様に接合面積が制限さ
れ、しかも高価であるという問題がある。 以上のように、Ｗ−Cu構造体の接合に関して
は両部材の熱膨張差に基づく上記した問題があ
り、その解決は強く望まれているところである。 〔発明の目的〕 本発明は、Ｗ部材とCu部材との間に介在させ
て高熱流束負荷を受けたときの両部材間の熱歪み
を吸収することができ、もつて上記問題点を解決
するＷ−Cu接合用の材料の提供を目的とする。 〔発明の概要〕 本発明者らは、上記の問題が両部材間接合部に
おける熱伝達効率の悪化に基づくものであり、そ
してその悪化は両部材間の熱膨張差に起因すると
いう事実に着目した。したがつて、接合部におい
て両部材間の熱膨張差を低減せしめるような一種
の緩衝材を介在せしめれば上記の問題点は解消し
うるとの着想を得、該緩衝材につき鋭意研究を重
ねた結果、本発明の緩衝体を開発するに到つた。 すなわち、本発明の材料は、Ｗをマトリツクス
とし、Cuが20〜50重量％含有され、更に、厚み
が１〜10mmであることを特徴とするＷ−Cu接合
用緩衝体である。 本発明の緩衝体は次のように製造される。ま
ず、Ｗの粉末から粉末冶金法によつて多孔構造の
Ｗ焼結体の板状体を製造する。ついで、この焼結
体の上にCuのブロツクをのせてCuを溶融する。
又はCuの融液にＷ焼結体を浸漬する。融液はＷ
焼結体の空孔に浸透し、該Ｗ焼結体の多孔度に相
当するCuが含有される。これを冷却すれば、Ｗ
をマトリツクスとして空孔内にCuが含有された
Ｗ−Cu緩衝体が得られる。 ここで、Cuの含有量が少なすぎると、熱緩衝
材としての機能が発揮されず、またあまり多くな
りすぎると冷却時に緩衝体にクラツクが発生する
傾向が大になる。本発明にあつてはCuの含有量
は20〜50重量％に設定される。好ましくは30〜40
重量％である。 このCu含有量は、Ｗ焼結体における空孔の大
小、その孔径分布などによつて規定されるが、そ
れはＷ圧粉体成形密度、焼結温度、温度のかけ方
などによつて任意に選定することができる。 また、本発明の緩衝体は、その厚みが薄すぎる
と熱緩衝体としての効果が発揮されず、逆にあり
厚くなると、やはりＷとCu間の熱膨張差が無視
し得ぬ程度にまで大きくなりこの緩衝体自体にク
ラツクが発生する傾向が大になる。本発明にあつ
ては、緩衝体の厚みは１〜10mmの範囲に設定され
る。好ましくは３〜５mmである。 本発明の緩衝体はＷ部材とCu部材との間に介
在させて使用する。両部材と該緩衝体との間は例
えばニツケルろう、フラツクス使用の銀ろうを用
いたろう付け法で接合される。 〔発明の効果〕 本発明の緩衝体は、ＷとCuとが混在して構成
されているもので、Ｗ部材とCu部材間の熱膨張
差による熱応力を吸収することができる。したが
つて、高熱流束負荷を受けても両部材間の接合部
におけるクラツク発生現象を抑制するに効果的で
ある、また、従来のろう付け法の場合よりもその
接合面積が大となり接合部の強度が高くなる、更
には安価である、などの効果を奏し有用である。 〔発明の実施例〕 平均粒径約3μmのＷ粉末を所定の金型に充填し
て約2Ton／cm2の圧力で板状圧粉体を形成した。
ついでこの圧粉体をH2雰囲気中において、約
1200℃、５時間の条件で焼結し厚み５mmの焼結板
を得た。この焼結板の多孔度は約35％であつた。 焼結板をカーボンの型の中に置き、H2雰囲気
中で約1250℃に加熱して、ここにCuの融液を流
下して含浸処理を施した。全体を冷却して本発明
の緩衝体とした。Cuの含有量は30重量％であつ
た。 Ｗ板とCu板の間に緩衝体をはさみ、各板の間
を銀ろう接合してＷ−Cu構造体とした。 Cu板側を水冷（20℃の水と接触）しながら、
Ｗ板の表面に電子ビームにより20Watt／cm2の熱
流束を連続して加える加熱試験及び上記熱流束を
５秒間加えて20秒間休止するという加熱−冷却を
100回反復するサイクル試験を行なつた。 このときの加熱試験時のＷ板表面の温度及び熱
サイクル試験時の接合部での剥離など異常発生を
調べた。 なお比較のために、Ｗ板とCu板を直接従来の
銀ろうで接合した場合についても同様の試験を行
なつた。 以上の結果を表に示した。 【表】
間に介在させて両部材を接合するために用いる材
料に関し、更に詳しくは、両部材に大きな熱負荷
が流入しても両部材間に発生する熱歪みを吸収し
て両部材間の剥離等を抑制し、強固な接合状態の
維持を可能にするＷ−Cu接合用の材料に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 Ｘ線発生装置の対陰極、核融合炉のダイバータ
板など高温下で高熱流束負荷を受ける部品は、直
接高熱流束負荷を受ける表面部分の部材と、負荷
された熱を効果的に除去して全体を冷却する冷却
部分の部材とを接合した構造体である。 一般に、表面部分の部材には、耐熱性若しくは
耐スパツタ性の観点からＷもしくはＷ合金が用い
られ、冷却部分の部材には、熱伝導性が良好であ
ることからしてCu若しくはCu合金が用いられて
いる。 このようなＷ−Cu構造体における重要な問題
は、両部材間の接合に関することである。なぜな
らば、Ｗの熱膨張係数は4.3×10-6／℃（20〜600
℃）、Cuの熱膨張係数は14.7×10-6／℃（20〜600
℃）で両者の間には大きな差異があり、熱負荷を
受けて温度上昇したとき両部材の接合部には大き
な熱応力が発生して、両部材の剥離などの現象が
起こるようになる。 一般に、両部材の接合方法としては、両部材
をネジ、ボルトなどの手段で接合する機械的方
法、銅ろう、銀ろう、ニツケルろうなどのろう
材を用いるろう付け法、及びニツケル、ニツケ
ル−銅合金のようなろう材を両部材間に介在させ
てホツトプレスする拡散接合法が試みられてい
る。 の方法の場合、接合部の形状、間隔などを考
慮して両部材間の熱膨張差を逃がして熱応力の発
生を抑制することは可能であるが、しかし両部材
間の密着度が低下するため両部材間における熱伝
達は悪化して効果的な冷却作用が阻害される。そ
のため、流入する熱負荷が大きくなつてＷ部材の
表面温度が異常に上昇すると、表面の溶融などの
部材破損現象がしばしば発生するようになる。 一方、の方法によれば、両部材は密着して接
合されているので当初は有効に熱負荷が除去され
て円滑な冷却作用を示しているが、しかし温度上
昇して両部材の熱膨張差が増大すると接合面には
熱応力が発生する。その結果、ろう材にクラツク
が生じてその部分の熱伝達効率が低下してしま
う。しかも、ろう付け可能な面積には限界があ
り、例えば両部材の接合面積が大きい場合には事
実上の方法が適用することができなくなる。 の方法はの方法と同様に接合面積が制限さ
れ、しかも高価であるという問題がある。 以上のように、Ｗ−Cu構造体の接合に関して
は両部材の熱膨張差に基づく上記した問題があ
り、その解決は強く望まれているところである。 〔発明の目的〕 本発明は、Ｗ部材とCu部材との間に介在させ
て高熱流束負荷を受けたときの両部材間の熱歪み
を吸収することができ、もつて上記問題点を解決
するＷ−Cu接合用の材料の提供を目的とする。 〔発明の概要〕 本発明者らは、上記の問題が両部材間接合部に
おける熱伝達効率の悪化に基づくものであり、そ
してその悪化は両部材間の熱膨張差に起因すると
いう事実に着目した。したがつて、接合部におい
て両部材間の熱膨張差を低減せしめるような一種
の緩衝材を介在せしめれば上記の問題点は解消し
うるとの着想を得、該緩衝材につき鋭意研究を重
ねた結果、本発明の緩衝体を開発するに到つた。 すなわち、本発明の材料は、Ｗをマトリツクス
とし、Cuが20〜50重量％含有され、更に、厚み
が１〜10mmであることを特徴とするＷ−Cu接合
用緩衝体である。 本発明の緩衝体は次のように製造される。ま
ず、Ｗの粉末から粉末冶金法によつて多孔構造の
Ｗ焼結体の板状体を製造する。ついで、この焼結
体の上にCuのブロツクをのせてCuを溶融する。
又はCuの融液にＷ焼結体を浸漬する。融液はＷ
焼結体の空孔に浸透し、該Ｗ焼結体の多孔度に相
当するCuが含有される。これを冷却すれば、Ｗ
をマトリツクスとして空孔内にCuが含有された
Ｗ−Cu緩衝体が得られる。 ここで、Cuの含有量が少なすぎると、熱緩衝
材としての機能が発揮されず、またあまり多くな
りすぎると冷却時に緩衝体にクラツクが発生する
傾向が大になる。本発明にあつてはCuの含有量
は20〜50重量％に設定される。好ましくは30〜40
重量％である。 このCu含有量は、Ｗ焼結体における空孔の大
小、その孔径分布などによつて規定されるが、そ
れはＷ圧粉体成形密度、焼結温度、温度のかけ方
などによつて任意に選定することができる。 また、本発明の緩衝体は、その厚みが薄すぎる
と熱緩衝体としての効果が発揮されず、逆にあり
厚くなると、やはりＷとCu間の熱膨張差が無視
し得ぬ程度にまで大きくなりこの緩衝体自体にク
ラツクが発生する傾向が大になる。本発明にあつ
ては、緩衝体の厚みは１〜10mmの範囲に設定され
る。好ましくは３〜５mmである。 本発明の緩衝体はＷ部材とCu部材との間に介
在させて使用する。両部材と該緩衝体との間は例
えばニツケルろう、フラツクス使用の銀ろうを用
いたろう付け法で接合される。 〔発明の効果〕 本発明の緩衝体は、ＷとCuとが混在して構成
されているもので、Ｗ部材とCu部材間の熱膨張
差による熱応力を吸収することができる。したが
つて、高熱流束負荷を受けても両部材間の接合部
におけるクラツク発生現象を抑制するに効果的で
ある、また、従来のろう付け法の場合よりもその
接合面積が大となり接合部の強度が高くなる、更
には安価である、などの効果を奏し有用である。 〔発明の実施例〕 平均粒径約3μmのＷ粉末を所定の金型に充填し
て約2Ton／cm2の圧力で板状圧粉体を形成した。
ついでこの圧粉体をH2雰囲気中において、約
1200℃、５時間の条件で焼結し厚み５mmの焼結板
を得た。この焼結板の多孔度は約35％であつた。 焼結板をカーボンの型の中に置き、H2雰囲気
中で約1250℃に加熱して、ここにCuの融液を流
下して含浸処理を施した。全体を冷却して本発明
の緩衝体とした。Cuの含有量は30重量％であつ
た。 Ｗ板とCu板の間に緩衝体をはさみ、各板の間
を銀ろう接合してＷ−Cu構造体とした。 Cu板側を水冷（20℃の水と接触）しながら、
Ｗ板の表面に電子ビームにより20Watt／cm2の熱
流束を連続して加える加熱試験及び上記熱流束を
５秒間加えて20秒間休止するという加熱−冷却を
100回反復するサイクル試験を行なつた。 このときの加熱試験時のＷ板表面の温度及び熱
サイクル試験時の接合部での剥離など異常発生を
調べた。 なお比較のために、Ｗ板とCu板を直接従来の
銀ろうで接合した場合についても同様の試験を行
なつた。 以上の結果を表に示した。 【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ タングステンをマトリツクスとし、銅が20〜
50重量％含有されることを特徴とするタングステ
ン−銅接合用緩衝体。 ２ 厚みが１〜10mmである特許請求の範囲第１項
に記載のタングステン−銅接合用緩衝体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1600684A JPS60162591A (ja) | 1984-02-02 | 1984-02-02 | タングステン−銅接合用緩衝体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1600684A JPS60162591A (ja) | 1984-02-02 | 1984-02-02 | タングステン−銅接合用緩衝体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60162591A JPS60162591A (ja) | 1985-08-24 |
| JPH0563276B2 true JPH0563276B2 (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=11904514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1600684A Granted JPS60162591A (ja) | 1984-02-02 | 1984-02-02 | タングステン−銅接合用緩衝体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60162591A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113523471B (zh) * | 2021-07-06 | 2022-04-15 | 北京科技大学 | 一种减材制备中间层的钨镍铁合金与高强钢扩散焊接方法 |
-
1984
- 1984-02-02 JP JP1600684A patent/JPS60162591A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60162591A (ja) | 1985-08-24 |
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