JPH06144965A - 高熱伝導性ｂ／ｃ複合材及びその製造法 - Google Patents
高熱伝導性ｂ／ｃ複合材及びその製造法Info
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- JPH06144965A JPH06144965A JP4295012A JP29501292A JPH06144965A JP H06144965 A JPH06144965 A JP H06144965A JP 4295012 A JP4295012 A JP 4295012A JP 29501292 A JP29501292 A JP 29501292A JP H06144965 A JPH06144965 A JP H06144965A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 核融合プラズマ対向材として、熱伝導率の高
いＢ／Ｃ複合材及びその製造法を提供する。 【構成】 黒鉛材又はＣ／Ｃ複合材の気孔に硼素又はＢ
4Ｃを充填したＢ／Ｃ複合材、及び黒鉛材又はＣ／Ｃ複
合材の気孔にＣＶＤ法により硼素又はＢ4Ｃを充填する
Ｂ／Ｃ複合材の製造法。
いＢ／Ｃ複合材及びその製造法を提供する。 【構成】 黒鉛材又はＣ／Ｃ複合材の気孔に硼素又はＢ
4Ｃを充填したＢ／Ｃ複合材、及び黒鉛材又はＣ／Ｃ複
合材の気孔にＣＶＤ法により硼素又はＢ4Ｃを充填する
Ｂ／Ｃ複合材の製造法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主に核融合プラズマ対
向材に用いられる硼素／炭素（Ｂ／Ｃ）複合材及びその
製造法に関する。
向材に用いられる硼素／炭素（Ｂ／Ｃ）複合材及びその
製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】核融合プラズマ対向材には、熱伝導率の
良い黒鉛材やＣ／Ｃ複合材が使用されている。また、最
近は化学エロージョン（黒鉛がプラズマ中の水素と反応
することによりメタンを生成し、損耗すること）防止や
酸素ゲッターとしてＢ／Ｃ複合材が検討されている。Ｂ
／Ｃ複合材としては、黒鉛材やＣ／Ｃ複合材の表面を酸
化硼素と反応させて炭化硼素（Ｂ4Ｃ）の層を形成した
材料（以下、Ｂ4Ｃ転化材と呼ぶ）、黒鉛材やＣ／Ｃ複
合材中にＢ4Ｃ粉を混合した材料（以下、Ｂ4Ｃ粉混合材
と呼ぶ）、黒鉛材やＣ／Ｃ複合材の表面にＣＶＤ法や溶
射法で硼素（Ｂ）やＢ4Ｃを形成した材料（以下、ＣＶ
Ｄ材、溶射材と呼ぶ）などがある。このうちＢ4Ｃ転化
材やＢ4Ｃ粉混合材が多く実験に使用されている。
良い黒鉛材やＣ／Ｃ複合材が使用されている。また、最
近は化学エロージョン（黒鉛がプラズマ中の水素と反応
することによりメタンを生成し、損耗すること）防止や
酸素ゲッターとしてＢ／Ｃ複合材が検討されている。Ｂ
／Ｃ複合材としては、黒鉛材やＣ／Ｃ複合材の表面を酸
化硼素と反応させて炭化硼素（Ｂ4Ｃ）の層を形成した
材料（以下、Ｂ4Ｃ転化材と呼ぶ）、黒鉛材やＣ／Ｃ複
合材中にＢ4Ｃ粉を混合した材料（以下、Ｂ4Ｃ粉混合材
と呼ぶ）、黒鉛材やＣ／Ｃ複合材の表面にＣＶＤ法や溶
射法で硼素（Ｂ）やＢ4Ｃを形成した材料（以下、ＣＶ
Ｄ材、溶射材と呼ぶ）などがある。このうちＢ4Ｃ転化
材やＢ4Ｃ粉混合材が多く実験に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来法で得られるＢ／
Ｃ複合材は、５００℃前後の温度で起こる化学エロージ
ョンや酸素ゲッターとしての特性は改善されるが、熱伝
導性が悪いため、高熱負荷の条件では溶融、分解又は蒸
発による損耗が大きい問題がある。特にＣＶＤ材や溶射
材はＢ4Ｃ層が剥離する問題もある。核融合プラズマ対
向材、特にダイバータ部分には高熱伝導性が要求され
る。本発明は、熱伝導性に優れるＢ／Ｃ複合材及びその
製造法を提供するものである。
Ｃ複合材は、５００℃前後の温度で起こる化学エロージ
ョンや酸素ゲッターとしての特性は改善されるが、熱伝
導性が悪いため、高熱負荷の条件では溶融、分解又は蒸
発による損耗が大きい問題がある。特にＣＶＤ材や溶射
材はＢ4Ｃ層が剥離する問題もある。核融合プラズマ対
向材、特にダイバータ部分には高熱伝導性が要求され
る。本発明は、熱伝導性に優れるＢ／Ｃ複合材及びその
製造法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】Ｂ4Ｃ転化材、ＣＶＤ材
及び溶射材の熱伝導性が悪いのは、高熱伝導率の黒鉛材
やＣ／Ｃ複合材を基材としているが、その表面に基材よ
り熱伝導率が一桁小さいＢ4Ｃ層があることが原因にな
っている。Ｂ4Ｃ層は０．１〜２．０mmと厚さに範囲は
あるが、高温のプラズマが瞬時に当ったときには、たと
え薄い膜でも熱伝導率が小さいと、基材に熱が伝わる前
に溶融、分解又は蒸発により損耗する。一方Ｂ4Ｃ粉混
合材は、コークス粉や黒鉛粉にＢ4Ｃ粉を１０重量％程
度添加し、通常の黒鉛材と同様にピッチをバインダーと
して製造される。通常の黒鉛材の熱伝導率は黒鉛化温度
を上げるほど大きくなり、高熱伝導性の材料は３０００
℃程度の温度で黒鉛化して得られる。しかし、Ｂ4Ｃの
融点は２３５０〜２４７０℃であるため、Ｂ4Ｃ粉混合
材の黒鉛化温度は２３００℃程度が上限になり、黒鉛化
温度が低いことがＢ4Ｃ粉混合材の熱伝導率が低い原因
になっている。
及び溶射材の熱伝導性が悪いのは、高熱伝導率の黒鉛材
やＣ／Ｃ複合材を基材としているが、その表面に基材よ
り熱伝導率が一桁小さいＢ4Ｃ層があることが原因にな
っている。Ｂ4Ｃ層は０．１〜２．０mmと厚さに範囲は
あるが、高温のプラズマが瞬時に当ったときには、たと
え薄い膜でも熱伝導率が小さいと、基材に熱が伝わる前
に溶融、分解又は蒸発により損耗する。一方Ｂ4Ｃ粉混
合材は、コークス粉や黒鉛粉にＢ4Ｃ粉を１０重量％程
度添加し、通常の黒鉛材と同様にピッチをバインダーと
して製造される。通常の黒鉛材の熱伝導率は黒鉛化温度
を上げるほど大きくなり、高熱伝導性の材料は３０００
℃程度の温度で黒鉛化して得られる。しかし、Ｂ4Ｃの
融点は２３５０〜２４７０℃であるため、Ｂ4Ｃ粉混合
材の黒鉛化温度は２３００℃程度が上限になり、黒鉛化
温度が低いことがＢ4Ｃ粉混合材の熱伝導率が低い原因
になっている。
【０００５】本発明者は、上記した従来のＢ／Ｃ複合材
についての検討結果から、熱伝導率の高い黒鉛材やＣ／
Ｃ複合材の気孔に硼素やＢ4Ｃを充填することに着目
し、本発明に到達した。本発明は、黒鉛材又はＣ／Ｃ複
合材の気孔に硼素又はＢ4Ｃを充填してなるＢ／Ｃ複合
材及び黒鉛材又はＣ／Ｃ複合材の気孔にＣＶＤ法により
硼素又はＢ4Ｃを充填するＢ／Ｃ複合材の製造法に関す
る。
についての検討結果から、熱伝導率の高い黒鉛材やＣ／
Ｃ複合材の気孔に硼素やＢ4Ｃを充填することに着目
し、本発明に到達した。本発明は、黒鉛材又はＣ／Ｃ複
合材の気孔に硼素又はＢ4Ｃを充填してなるＢ／Ｃ複合
材及び黒鉛材又はＣ／Ｃ複合材の気孔にＣＶＤ法により
硼素又はＢ4Ｃを充填するＢ／Ｃ複合材の製造法に関す
る。
【０００６】本発明は、熱伝導率の機能と化学エロージ
ョン及び酸素ゲッターの機能とを分離したものである。
即ち本発明では、熱伝導率の機能は骨格となっている黒
鉛材やＣ／Ｃ複合材が分担し、化学スパッタリング低減
及び酸素ゲッターの機能は気孔中の硼素やＢ4Ｃが分担
することで達成出来る。気孔中への硼素又はＢ4Ｃの充
填は、通常ＣＶＤ法の一種であるＣＶＩ(Ｃhemical Ｖa
per Ｉnfiltration)法で行うことができる。硼素源は塩
化物(ＢＣl3)、水素化物(Ｂ2Ｈ6等)、有機金属化合物
{ＨＢ(ＯＣＨ3)2等}など、炭素源は炭化水素(ＣＨ4、Ｃ
3Ｈ8その他）など通常使用できるもので良く、特に制限
はない。ＣＶＤ条件も特に制限はないが、低温、低圧が
良く、プラズマＣＶＤも可能である。また、硼素又はＢ
4Ｃの含有量は、表面の気孔だけでも良く、全体に１〜
１０重量％充填しても良く、制限はない。また、本発明
では表面に低熱伝導率の膜を設けないのが主旨である
が、損耗を覚悟で酸素ゲッターとしての働きを増す目的
で硼素やＢ4Ｃを被覆したり、硼素やＢ4Ｃの空気中での
酸化や窒化を防止する目的で熱分解炭素やダイヤモンド
を被覆することは更に効果的である。
ョン及び酸素ゲッターの機能とを分離したものである。
即ち本発明では、熱伝導率の機能は骨格となっている黒
鉛材やＣ／Ｃ複合材が分担し、化学スパッタリング低減
及び酸素ゲッターの機能は気孔中の硼素やＢ4Ｃが分担
することで達成出来る。気孔中への硼素又はＢ4Ｃの充
填は、通常ＣＶＤ法の一種であるＣＶＩ(Ｃhemical Ｖa
per Ｉnfiltration)法で行うことができる。硼素源は塩
化物(ＢＣl3)、水素化物(Ｂ2Ｈ6等)、有機金属化合物
{ＨＢ(ＯＣＨ3)2等}など、炭素源は炭化水素(ＣＨ4、Ｃ
3Ｈ8その他）など通常使用できるもので良く、特に制限
はない。ＣＶＤ条件も特に制限はないが、低温、低圧が
良く、プラズマＣＶＤも可能である。また、硼素又はＢ
4Ｃの含有量は、表面の気孔だけでも良く、全体に１〜
１０重量％充填しても良く、制限はない。また、本発明
では表面に低熱伝導率の膜を設けないのが主旨である
が、損耗を覚悟で酸素ゲッターとしての働きを増す目的
で硼素やＢ4Ｃを被覆したり、硼素やＢ4Ｃの空気中での
酸化や窒化を防止する目的で熱分解炭素やダイヤモンド
を被覆することは更に効果的である。
【０００７】
【作用】上記したように、熱伝導率の良い黒鉛材やＣ／
Ｃ複合材の気孔に硼素又はＢ4Ｃを充填することによ
り、５００℃前後で起こる化学エロージョン防止や、プ
ラズマ中で酸素ゲッターとして作用すると共に、従来材
のように基材の熱伝導率を低下させないために、プラズ
マ対向材として表面温度の上昇を防止し、硼素又はＢ4
Ｃ更には基材の損耗を低減する作用を有する。
Ｃ複合材の気孔に硼素又はＢ4Ｃを充填することによ
り、５００℃前後で起こる化学エロージョン防止や、プ
ラズマ中で酸素ゲッターとして作用すると共に、従来材
のように基材の熱伝導率を低下させないために、プラズ
マ対向材として表面温度の上昇を防止し、硼素又はＢ4
Ｃ更には基材の損耗を低減する作用を有する。
【０００８】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 実施例１ 日立化成工業製等方性黒鉛材ＰＤ−３３０Ｓ(径４０mm
×厚さ１５mmの円板、かさ密度１．８０ｇ／cm3、開気
孔率約１０％）を石英管の中に、外周を膨張黒鉛でシー
ルして入れ、１２００℃で片方を低圧（５Ｔorr）に
し、反対方向からＢＣl3５容積％を含むＨ2ガスを目詰
まりする迄流し、気孔に硼素を充填した。重量増加は約
１．３％であった。特に表面１mm程度の気孔に充填され
ていた。
×厚さ１５mmの円板、かさ密度１．８０ｇ／cm3、開気
孔率約１０％）を石英管の中に、外周を膨張黒鉛でシー
ルして入れ、１２００℃で片方を低圧（５Ｔorr）に
し、反対方向からＢＣl3５容積％を含むＨ2ガスを目詰
まりする迄流し、気孔に硼素を充填した。重量増加は約
１．３％であった。特に表面１mm程度の気孔に充填され
ていた。
【０００９】実施例２ 日立化成工業製Ｃ／Ｃ複合材ＰＣＣ−２Ｓ(径４０mm×
厚さ１５mmの円板、かさ密度１．８１ｇ／cm3、開気孔
率約１０％)を石英管の中に、外周を膨張黒鉛でシール
して入れ、１２００℃で片方を低圧(５Ｔorr)にし、反
対方向からＢＣl3を４容積％、ＣＨ4１容積％を含むＨ2
ガスを目詰まりする迄流し、気孔にＢ4Ｃを充填した。
重量増加は約１．５％であった。
厚さ１５mmの円板、かさ密度１．８１ｇ／cm3、開気孔
率約１０％)を石英管の中に、外周を膨張黒鉛でシール
して入れ、１２００℃で片方を低圧(５Ｔorr)にし、反
対方向からＢＣl3を４容積％、ＣＨ4１容積％を含むＨ2
ガスを目詰まりする迄流し、気孔にＢ4Ｃを充填した。
重量増加は約１．５％であった。
【００１０】実施例３ 日立化成工業製一方向強化Ｃ／Ｃ複合材(ピッチ系高弾
性炭素繊維使用、直径４０mm×厚さ１５mmの円板、かさ
密度１．６０ｇ／cm3、開気孔率約２５％)を石英管の中
に入れ、１２００℃で１秒おきに大気圧と０．１Ｔorr
とを１万回繰り返すように、ＢＣl3の４容積％、ＣＨ4
の１容積％を含むＨ2ガスを流した。完全に気孔を埋め
るには至っていないが、全体に均一にＢ4Ｃが充填され
ていた。重量増加は約１０％であった。更に真空加圧含
浸法によるピッチ含浸及び焼成を２回行い、緻密化し
た。
性炭素繊維使用、直径４０mm×厚さ１５mmの円板、かさ
密度１．６０ｇ／cm3、開気孔率約２５％)を石英管の中
に入れ、１２００℃で１秒おきに大気圧と０．１Ｔorr
とを１万回繰り返すように、ＢＣl3の４容積％、ＣＨ4
の１容積％を含むＨ2ガスを流した。完全に気孔を埋め
るには至っていないが、全体に均一にＢ4Ｃが充填され
ていた。重量増加は約１０％であった。更に真空加圧含
浸法によるピッチ含浸及び焼成を２回行い、緻密化し
た。
【００１１】比較例１ 実施例１の等方性黒鉛材を製造する際に１０重量％のＢ
4Ｃ粉末(粒度１０００番）を添加してＢ4Ｃ／Ｃ複合材
を作製した。この場合の黒鉛化温度は実施例１の３００
０℃付近より低い２３００℃とした。 比較例２ 実施例２と同様のＣ／Ｃ複合材を２０００℃で酸化硼素
と反応させて、その表面約０．５mmをＢ4Ｃ化した。 比較例３ 実施例３と同様のＣ／Ｃ複合材の表面に、常圧ＣＶＤ法
により実施例３と同じ原料ガスを用いて、Ｂ4Ｃ膜を
０．５mm形成した。
4Ｃ粉末(粒度１０００番）を添加してＢ4Ｃ／Ｃ複合材
を作製した。この場合の黒鉛化温度は実施例１の３００
０℃付近より低い２３００℃とした。 比較例２ 実施例２と同様のＣ／Ｃ複合材を２０００℃で酸化硼素
と反応させて、その表面約０．５mmをＢ4Ｃ化した。 比較例３ 実施例３と同様のＣ／Ｃ複合材の表面に、常圧ＣＶＤ法
により実施例３と同じ原料ガスを用いて、Ｂ4Ｃ膜を
０．５mm形成した。
【００１２】実施例及び比較例で得られたＢ／Ｃ複合材
の硼素又はＢ4Ｃが形成された面から径１０mm×厚さ５m
mの試料を作製し、レーザフラッシュ法で室温における
熱伝導率を測定した。その結果を表１に示す。表１か
ら、実施例のＢ／Ｃ複合材は比較例のＢ／Ｃ複合材より
熱伝導率が大きいことが明らかである。
の硼素又はＢ4Ｃが形成された面から径１０mm×厚さ５m
mの試料を作製し、レーザフラッシュ法で室温における
熱伝導率を測定した。その結果を表１に示す。表１か
ら、実施例のＢ／Ｃ複合材は比較例のＢ／Ｃ複合材より
熱伝導率が大きいことが明らかである。
【００１３】
【表１】
【００１４】従来法では、等方性黒鉛材にＢ4Ｃ粉を混
合したり、等方性黒鉛材やＣ／Ｃ複合材の表面に熱伝導
率の悪い硼素やＢ4Ｃをコーティングするため、基材よ
り熱伝導率が大幅に低下する問題があったが、本発明に
よれば、基材の気孔に硼素又はＢ4Ｃを充填するだけで
あるので、基材の熱伝導率を殆ど低下させずにＢ／Ｃ複
合材を製造出来る。このため、プラズマ対向材として核
融合炉のプラズマの高温化及び安定化に寄与出来る。
合したり、等方性黒鉛材やＣ／Ｃ複合材の表面に熱伝導
率の悪い硼素やＢ4Ｃをコーティングするため、基材よ
り熱伝導率が大幅に低下する問題があったが、本発明に
よれば、基材の気孔に硼素又はＢ4Ｃを充填するだけで
あるので、基材の熱伝導率を殆ど低下させずにＢ／Ｃ複
合材を製造出来る。このため、プラズマ対向材として核
融合炉のプラズマの高温化及び安定化に寄与出来る。
Claims (2)
- 【請求項１】 黒鉛材又はＣ／Ｃ複合材の気孔に硼素又
は炭化硼素を充填してなるＢ／Ｃ複合材。 - 【請求項２】 黒鉛材又はＣ／Ｃ複合材の気孔にＣＶＤ
法により硼素又は炭化硼素を充填することを特徴とする
Ｂ／Ｃ複合材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4295012A JPH06144965A (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 高熱伝導性ｂ／ｃ複合材及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4295012A JPH06144965A (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 高熱伝導性ｂ／ｃ複合材及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06144965A true JPH06144965A (ja) | 1994-05-24 |
Family
ID=17815196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4295012A Pending JPH06144965A (ja) | 1992-11-04 | 1992-11-04 | 高熱伝導性ｂ／ｃ複合材及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06144965A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000012447A1 (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-09 | Textron Systems Corporation | Process for the production of improved boron coatings onto graphite and article obtained in this process |
| US11649589B2 (en) | 2010-09-10 | 2023-05-16 | Henkel Ag & Co., Kgaa | Adhesive having insulative properties |
| US11773297B2 (en) | 2017-07-18 | 2023-10-03 | Henkel Ag & Co., Kgaa | Dielectric heating of foamable compositions |
-
1992
- 1992-11-04 JP JP4295012A patent/JPH06144965A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000012447A1 (en) * | 1998-08-31 | 2000-03-09 | Textron Systems Corporation | Process for the production of improved boron coatings onto graphite and article obtained in this process |
| GB2357779A (en) * | 1998-08-31 | 2001-07-04 | Textron Systems Corp | Process for the production of improved boron coatings onto graphite and article obtained in this process |
| GB2357779B (en) * | 1998-08-31 | 2003-08-06 | Textron Systems Corp | Process for the production of improved boron coatings onto a porous substrate and article obtained in this process |
| US11649589B2 (en) | 2010-09-10 | 2023-05-16 | Henkel Ag & Co., Kgaa | Adhesive having insulative properties |
| US11773297B2 (en) | 2017-07-18 | 2023-10-03 | Henkel Ag & Co., Kgaa | Dielectric heating of foamable compositions |
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