JPH06279154A - 複合化炭素部材及びその製造方法 - Google Patents
複合化炭素部材及びその製造方法Info
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- JPH06279154A JPH06279154A JP5068397A JP6839793A JPH06279154A JP H06279154 A JPH06279154 A JP H06279154A JP 5068397 A JP5068397 A JP 5068397A JP 6839793 A JP6839793 A JP 6839793A JP H06279154 A JPH06279154 A JP H06279154A
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭素繊維強化炭素複合材炭素等の一方向に向
かう空隙を有する炭素部材自体の高強度化を図るととも
に、金属などの熱膨張率の異なる部材に接合した複合体
の信頼性の向上を図ること。 【構成】 一方向に向かう空隙２を有する炭素部材１
と、この炭素部材１の前記空隙の方向と略直交する少な
くとも一つ面であって該表面及び前記空隙内面に設けら
れた金属炭化物層４とを備えた複合化炭素部材である。
炭素部材の空隙間に炭素と反応して炭化物を形成する元
素を含む組成物を含浸し、空隙間を強化した。該炭素部
材を縦弾性率が１２×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2以下の特性を
有する金属板を介して金属部材などの熱膨張率が異なる
部材に接合した。
かう空隙を有する炭素部材自体の高強度化を図るととも
に、金属などの熱膨張率の異なる部材に接合した複合体
の信頼性の向上を図ること。 【構成】 一方向に向かう空隙２を有する炭素部材１
と、この炭素部材１の前記空隙の方向と略直交する少な
くとも一つ面であって該表面及び前記空隙内面に設けら
れた金属炭化物層４とを備えた複合化炭素部材である。
炭素部材の空隙間に炭素と反応して炭化物を形成する元
素を含む組成物を含浸し、空隙間を強化した。該炭素部
材を縦弾性率が１２×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2以下の特性を
有する金属板を介して金属部材などの熱膨張率が異なる
部材に接合した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、航空宇宙機器及び核融
合装置用や高温ガス炉用の炉壁体をはじめ、炭素部材を
使用する工業製品に適用できる複合化炭素部材及びその
製造方法更に核融合装置用の受熱板に関する。
合装置用や高温ガス炉用の炉壁体をはじめ、炭素部材を
使用する工業製品に適用できる複合化炭素部材及びその
製造方法更に核融合装置用の受熱板に関する。
【０００２】
【従来の技術】黒鉛などの耐熱部材に金属などを含浸さ
せた炭素部材として、特開昭６３−７３１８６号公報で
は、耐熱材の空隙間に該耐熱材より融点の低い物質を含
浸してなる高熱流束の受熱装置を開示している。本開示
例では低融点物質としてＡｌ，Ｓｎ，Ｚｎなどを示して
いるが、炭素と反応して炭化物を形成する元素を含む物
質については全く記述されていない。したがって、空隙
間に低融点物質が含浸しているだけで、該低融点物と炭
素部材との結合は期待できない。
せた炭素部材として、特開昭６３−７３１８６号公報で
は、耐熱材の空隙間に該耐熱材より融点の低い物質を含
浸してなる高熱流束の受熱装置を開示している。本開示
例では低融点物質としてＡｌ，Ｓｎ，Ｚｎなどを示して
いるが、炭素と反応して炭化物を形成する元素を含む物
質については全く記述されていない。したがって、空隙
間に低融点物質が含浸しているだけで、該低融点物と炭
素部材との結合は期待できない。
【０００３】一方、炭素部材を金属部材などの熱膨張率
の異なる部材に接合する方法として、特開昭６２−２１
７６８号公報では炭素部材と金属部材との間にＭｏまた
はＭｏを含む合金を介して接合する方法を開示してい
る。また、特開平２−７４５７４号公報では、炭素部材
と金属部材との間に炭素繊維強化グラファイトを配置し
てろう付する方法を開示している。さらに、特開昭６３
−３１０７７８号公報では、両者の間にＮｉを介して接
合する方法を開示している。
の異なる部材に接合する方法として、特開昭６２−２１
７６８号公報では炭素部材と金属部材との間にＭｏまた
はＭｏを含む合金を介して接合する方法を開示してい
る。また、特開平２−７４５７４号公報では、炭素部材
と金属部材との間に炭素繊維強化グラファイトを配置し
てろう付する方法を開示している。さらに、特開昭６３
−３１０７７８号公報では、両者の間にＮｉを介して接
合する方法を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記、従来の
接合方法では、炭素を主成分とし一方向に向かう空隙を
有する炭素部材とＣｕ，Ａｇ，Ａｌなどの縦弾性率が１
２×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2以下の金属との接合については
記述されていない。したがって、従来方法ではこのよう
な金属との接合の過程で炭素部材及び接合層に発生する
熱応力の減少には限界がある。このため、特に接合層近
傍の炭素部材にクラックが発生し、健全な接合体が得ら
れないと言う問題があった。
接合方法では、炭素を主成分とし一方向に向かう空隙を
有する炭素部材とＣｕ，Ａｇ，Ａｌなどの縦弾性率が１
２×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2以下の金属との接合については
記述されていない。したがって、従来方法ではこのよう
な金属との接合の過程で炭素部材及び接合層に発生する
熱応力の減少には限界がある。このため、特に接合層近
傍の炭素部材にクラックが発生し、健全な接合体が得ら
れないと言う問題があった。
【０００５】本発明の目的は、上記従来の問題を解決
し、等方性黒鉛または炭素繊維強化炭素複合材（以下、
ＣＦＲＣ材と記述）等の炭素を主成分とし一方向に向か
う空隙を有する炭素部材の高強度化を図ることにある。
し、等方性黒鉛または炭素繊維強化炭素複合材（以下、
ＣＦＲＣ材と記述）等の炭素を主成分とし一方向に向か
う空隙を有する炭素部材の高強度化を図ることにある。
【０００６】第２の目的は、上記、炭素部材を縦弾性率
が１２×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2以下の特性を有する軟質の
金属板を介して金属などの熱膨張率の異なる部材に接合
する場合にも、熱応力によって該炭素部材に生じるクラ
ックを防止し、健全な接合体を得ることのできる複合化
炭素部材を提供することにある。
が１２×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2以下の特性を有する軟質の
金属板を介して金属などの熱膨張率の異なる部材に接合
する場合にも、熱応力によって該炭素部材に生じるクラ
ックを防止し、健全な接合体を得ることのできる複合化
炭素部材を提供することにある。
【０００７】さらに、本発明の第３の目的は、上記組成
物が含浸された炭素部材を内面にＳｎまたはＣｒめっき
が施されたＣｕまたはＣｕ合金にタイル状に接合するこ
とにより、核融合装置用受熱板のエロージョン特性を向
上し、長時間の使用に耐える核融合装置用の受熱板を提
供することにある。
物が含浸された炭素部材を内面にＳｎまたはＣｒめっき
が施されたＣｕまたはＣｕ合金にタイル状に接合するこ
とにより、核融合装置用受熱板のエロージョン特性を向
上し、長時間の使用に耐える核融合装置用の受熱板を提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、炭素を主成分とし一方向に向かう空隙を有す
る炭素部材と、この炭素部材の前記空隙の方向と略直交
する少なくとも一つ面であって該表面及び前記空隙内面
に設けられた金属炭化物層と、を備えた複合化炭素部材
である。ここで、一方向に向かう空隙を有する炭素部材
は、炭素繊維を一方向に配向させて形成されたものが挙
げられる。
本発明は、炭素を主成分とし一方向に向かう空隙を有す
る炭素部材と、この炭素部材の前記空隙の方向と略直交
する少なくとも一つ面であって該表面及び前記空隙内面
に設けられた金属炭化物層と、を備えた複合化炭素部材
である。ここで、一方向に向かう空隙を有する炭素部材
は、炭素繊維を一方向に配向させて形成されたものが挙
げられる。
【０００９】また前記の複合化炭素部材において、炭素
部材は前記金属炭化物層の形成面が熱膨張率の異なる他
部材に金属層を介して接合されて成るものである。ここ
で、金属層は室温における縦弾性係数が１２×１０3kgf
／mm2以下の金属から成るものである。具体的には金属
層は銅、銀又はアルミニウムなとである。
部材は前記金属炭化物層の形成面が熱膨張率の異なる他
部材に金属層を介して接合されて成るものである。ここ
で、金属層は室温における縦弾性係数が１２×１０3kgf
／mm2以下の金属から成るものである。具体的には金属
層は銅、銀又はアルミニウムなとである。
【００１０】また本発明は、冷却機能を有する構造体
と、この構造体の面に前記金属層側を接合面として接合
された前記の複合化炭素部材と、を備えた核融合装置用
の受熱板である。ここで、冷却機能を有する構造体は、
冷却媒体通路の内面に錫又はクロムめっき層が設けられ
た銅又は銅を主成分とする合金であるものが挙げられ
る。
と、この構造体の面に前記金属層側を接合面として接合
された前記の複合化炭素部材と、を備えた核融合装置用
の受熱板である。ここで、冷却機能を有する構造体は、
冷却媒体通路の内面に錫又はクロムめっき層が設けられ
た銅又は銅を主成分とする合金であるものが挙げられ
る。
【００１１】また本発明は、炭素を主成分とし一方向に
向かう空隙を有する炭素部材の前記空隙の方向と略直交
する面に炭素と反応して金属炭化物を形成する組成物を
被設し且つ前記空隙内に含浸させる工程と、加熱して前
記組成物と炭素部材とから金属炭化物を形成する工程
と、を有する複合化炭素部材の製造方法である。ここ
で、組成物は、銅、銀又はニッケルの単体、これらの単
体の少なくとも１種以上を含む合金又は混合粉末中にチ
タン、ジルコニウム又はハフニウムの１種以上が添加さ
れたペースト状組成物が挙げられる。また組成物は、炭
素部材面に設けられたチタン、ジルコニウム又はハフニ
ウムと、この上に設けられた銅、銀又はニッケルの単
体、これらの単体の少なくとも１種以上を含む合金又は
混合粉末より成るものが挙げられる。
向かう空隙を有する炭素部材の前記空隙の方向と略直交
する面に炭素と反応して金属炭化物を形成する組成物を
被設し且つ前記空隙内に含浸させる工程と、加熱して前
記組成物と炭素部材とから金属炭化物を形成する工程
と、を有する複合化炭素部材の製造方法である。ここ
で、組成物は、銅、銀又はニッケルの単体、これらの単
体の少なくとも１種以上を含む合金又は混合粉末中にチ
タン、ジルコニウム又はハフニウムの１種以上が添加さ
れたペースト状組成物が挙げられる。また組成物は、炭
素部材面に設けられたチタン、ジルコニウム又はハフニ
ウムと、この上に設けられた銅、銀又はニッケルの単
体、これらの単体の少なくとも１種以上を含む合金又は
混合粉末より成るものが挙げられる。
【００１２】
【作用】本発明によれば、一方向に向かう空隙を有する
炭素部材の前記空隙の方向と略直交する面に炭素と反応
して金属炭化物を形成する組成物を被設し且つ前記空隙
内に含浸させ、加熱して前記組成物と炭素部材とから金
属炭化物を形成することによって、該表面及び前記空隙
内面に金属炭化物層が設けられている。これによって該
炭素部材の空隙間が結合され、強固な複合炭素部材が得
られる。この場合、該組成物は有機溶剤と混合したペー
スト状のものであれば、該組成物が空隙間に容易に浸透
するため含浸が容易となる。前記、有機溶剤としては、
例えば、エチルセルロースとジエチレングリコールモノ
エチルエーテルと混合したものが望ましい。粘性は１０
０〜３００ｋｃｐｓが望ましい。
炭素部材の前記空隙の方向と略直交する面に炭素と反応
して金属炭化物を形成する組成物を被設し且つ前記空隙
内に含浸させ、加熱して前記組成物と炭素部材とから金
属炭化物を形成することによって、該表面及び前記空隙
内面に金属炭化物層が設けられている。これによって該
炭素部材の空隙間が結合され、強固な複合炭素部材が得
られる。この場合、該組成物は有機溶剤と混合したペー
スト状のものであれば、該組成物が空隙間に容易に浸透
するため含浸が容易となる。前記、有機溶剤としては、
例えば、エチルセルロースとジエチレングリコールモノ
エチルエーテルと混合したものが望ましい。粘性は１０
０〜３００ｋｃｐｓが望ましい。
【００１３】一方、該組成物を配置した後、加圧によっ
て炭素部材の空隙間に該組成物を浸透させることによ
り、さらに含浸が容易となる。また、該組成物を配置し
た面と反対面との間に差圧を加えることにより、該組成
物が空隙間に容易に浸透するため、該炭素部材の内部ま
で含浸が容易に行われる。
て炭素部材の空隙間に該組成物を浸透させることによ
り、さらに含浸が容易となる。また、該組成物を配置し
た面と反対面との間に差圧を加えることにより、該組成
物が空隙間に容易に浸透するため、該炭素部材の内部ま
で含浸が容易に行われる。
【００１４】ここで、炭素と反応して炭化物を形成する
組成物は多く存在するが、この中でもＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ
などの活性金属は炭素との反応性が優れているため特に
望ましい。炭素と反応して炭化物を形成する元素がＴｉ
の場合はＴｉＣ、Ｚｒの場合はＺｒＣ、Ｃｒの場合はＣ
ｒ3Ｃ2やＣｒＣ等の炭化物層を形成する。この炭化物層
よって炭素部材の空隙間は強固に結合される。ただし、
Ｔｉ，Ｚｒなどの単体金属の場合は、１０００℃以上の
高温に保持しないと炭化物の生成が困難である。そこ
で、該金属をＣｕ，Ａｇ，Ｎｉの単体または該金属の中
から選ばれる金属を少なくとも１種類以上含む合金また
は混合粉末中に添加すると共晶反応により、１０００℃
以下の比較的低温で炭化物を形成できる。例えば、Ｃｕ
とＡｇとの合金中にＴｉが添加された組成物では約８０
０℃で融点に達し、８００℃でＴｉが活性化して炭素と
反応する。さらに、比較的低い温度で炭化物を形成でき
るばかりでなく、該金属は軟質であるため、該組成物を
介して結合された空隙間は応力的にも安定である。
組成物は多く存在するが、この中でもＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ
などの活性金属は炭素との反応性が優れているため特に
望ましい。炭素と反応して炭化物を形成する元素がＴｉ
の場合はＴｉＣ、Ｚｒの場合はＺｒＣ、Ｃｒの場合はＣ
ｒ3Ｃ2やＣｒＣ等の炭化物層を形成する。この炭化物層
よって炭素部材の空隙間は強固に結合される。ただし、
Ｔｉ，Ｚｒなどの単体金属の場合は、１０００℃以上の
高温に保持しないと炭化物の生成が困難である。そこ
で、該金属をＣｕ，Ａｇ，Ｎｉの単体または該金属の中
から選ばれる金属を少なくとも１種類以上含む合金また
は混合粉末中に添加すると共晶反応により、１０００℃
以下の比較的低温で炭化物を形成できる。例えば、Ｃｕ
とＡｇとの合金中にＴｉが添加された組成物では約８０
０℃で融点に達し、８００℃でＴｉが活性化して炭素と
反応する。さらに、比較的低い温度で炭化物を形成でき
るばかりでなく、該金属は軟質であるため、該組成物を
介して結合された空隙間は応力的にも安定である。
【００１５】他の含浸方法としては、前記炭素部材の前
記全面を炭素と反応して炭化物を生成する元素を含むめ
っき溶液中に浸漬する。該めっき液は、ＣｕまたＮｉに
ＴｉまたＺｒなどの活性金属を含む溶液が望ましい。
記全面を炭素と反応して炭化物を生成する元素を含むめ
っき溶液中に浸漬する。該めっき液は、ＣｕまたＮｉに
ＴｉまたＺｒなどの活性金属を含む溶液が望ましい。
【００１６】上記の方法によって炭素部材の空隙間に該
組成物を含浸することにより、該空隙間が強固化され
る。したがって、該炭素部材を金属などの他の部材に金
属的に接合した場合でも熱応力破壊のない信頼性の高い
複合化炭素部材が得られる。
組成物を含浸することにより、該空隙間が強固化され
る。したがって、該炭素部材を金属などの他の部材に金
属的に接合した場合でも熱応力破壊のない信頼性の高い
複合化炭素部材が得られる。
【００１７】ここで、本発明は炭素繊維強化炭素複合材
（ＣＦＲＣ）等の炭素を主成分とし一方向に向かう空隙
を有する炭素部材の強化に有効であることを詳しく説明
する。すなわち、該ＣＦＲＣ材は繊維の配向方向の制御
によって熱伝導率や強度に異方性を有している。例え
ば、炭素繊維の配向方向の熱伝導率を５００Ｗ／m・Ｋ以
上にもできるが、該繊維の配向方向と直角方向の強度は
極めて小さいという問題がある。したがって、該繊維の
配向方向の空隙間に本発明の該組成物を含浸することに
より、該繊維の配向方向の強度を向上できる。このた
め、金属などの熱膨脹率の異なる部材と接合した場合で
も熱応力による破壊を防止できる。なお、該ＣＦＲＣ材
はピッチ系、パン系でもよい。さらに、羽毛状積層、紙
潯法、当方鋳込法、スプレイ積層法等のいずれの製造方
法によるものでも本目的を達成できる。
（ＣＦＲＣ）等の炭素を主成分とし一方向に向かう空隙
を有する炭素部材の強化に有効であることを詳しく説明
する。すなわち、該ＣＦＲＣ材は繊維の配向方向の制御
によって熱伝導率や強度に異方性を有している。例え
ば、炭素繊維の配向方向の熱伝導率を５００Ｗ／m・Ｋ以
上にもできるが、該繊維の配向方向と直角方向の強度は
極めて小さいという問題がある。したがって、該繊維の
配向方向の空隙間に本発明の該組成物を含浸することに
より、該繊維の配向方向の強度を向上できる。このた
め、金属などの熱膨脹率の異なる部材と接合した場合で
も熱応力による破壊を防止できる。なお、該ＣＦＲＣ材
はピッチ系、パン系でもよい。さらに、羽毛状積層、紙
潯法、当方鋳込法、スプレイ積層法等のいずれの製造方
法によるものでも本目的を達成できる。
【００１８】次に、熱膨張率の異なる部材と接合された
複合化炭素部材について説明する。この炭素部材は、以
下の手段によって達成できる。該炭素部材を金属などの
熱膨張率の異なる部材に接合する方法において、両者の
間に室温における縦弾性率が１２×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2
以下の特性を有する金属板を介して接合する。前記、特
性を有する金属板としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｎｂな
どが挙げられ、該金属板の塑性変形によって接合過程ま
たは使用中に生じる熱応力を減少できる。したがって、
熱応力によって接合層並びに該炭素部材に発生するクラ
ックが防止され、信頼性の高い健全な複合体が得られ
る。なお、該金属板は純度が高いほど弾性率をより小さ
くできるため、純度の高い方が望ましい。さらに、該金
属板の厚さは０.４mm以下ではその効果が小さく、０.５
mm以上５mm以下が望ましい。
複合化炭素部材について説明する。この炭素部材は、以
下の手段によって達成できる。該炭素部材を金属などの
熱膨張率の異なる部材に接合する方法において、両者の
間に室温における縦弾性率が１２×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2
以下の特性を有する金属板を介して接合する。前記、特
性を有する金属板としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｎｂな
どが挙げられ、該金属板の塑性変形によって接合過程ま
たは使用中に生じる熱応力を減少できる。したがって、
熱応力によって接合層並びに該炭素部材に発生するクラ
ックが防止され、信頼性の高い健全な複合体が得られ
る。なお、該金属板は純度が高いほど弾性率をより小さ
くできるため、純度の高い方が望ましい。さらに、該金
属板の厚さは０.４mm以下ではその効果が小さく、０.５
mm以上５mm以下が望ましい。
【００１９】次に、核融合装置用の受熱板について説明
する。本発明は、核融合装置用の第一壁やダイバータ等
の高熱負荷を受ける受熱板に特に有効である。すなわ
ち、該組成物によって強化された該炭素部材を熱膨張率
の異なる銅の冷却体に接合した場合でも熱応力によるク
ラックを防止できる。さらに、Ｃｕ冷却体のエロージョ
ン特性を向上するため、内面にＳｎまたはＣｒめっきが
施されたＣｕまたはＣｕ合金の冷却体を使用する。これ
によって、Ｃｕパイプ内面の硬さが向上し、エロージョ
ン特性が向上する。ここで、Ｓｎめっきの場合は、めっ
き後に２００℃〜６００℃の温度で熱処理を施すことに
より、めっき層の硬さがより向上する。このため、冷却
部材内面のエロージョンも減少し、長時間の使用に耐え
る核融合用の受熱板を得ることができる。
する。本発明は、核融合装置用の第一壁やダイバータ等
の高熱負荷を受ける受熱板に特に有効である。すなわ
ち、該組成物によって強化された該炭素部材を熱膨張率
の異なる銅の冷却体に接合した場合でも熱応力によるク
ラックを防止できる。さらに、Ｃｕ冷却体のエロージョ
ン特性を向上するため、内面にＳｎまたはＣｒめっきが
施されたＣｕまたはＣｕ合金の冷却体を使用する。これ
によって、Ｃｕパイプ内面の硬さが向上し、エロージョ
ン特性が向上する。ここで、Ｓｎめっきの場合は、めっ
き後に２００℃〜６００℃の温度で熱処理を施すことに
より、めっき層の硬さがより向上する。このため、冷却
部材内面のエロージョンも減少し、長時間の使用に耐え
る核融合用の受熱板を得ることができる。
【００２０】
実施例１ 図１は本発明の実施例を示す。まず、Ａｇが８２ｗｔ％
で、残りがＣｕとの共晶合金からなる銀ろうの粉末中に
大きさ５０μｍ前後のＴｉ粉末を２ｗｔ％と、これに有
機溶剤（エチルセルロース９０ｗｔ％とジエチレングリ
コールモノエチルエーテル１０ｗｔ％との混合物）を混
合してペースト状にした組成物を作製する。これを厚さ
１０mm角、３０mm角の炭素繊維強化炭素複合材である炭
素部材１の繊維の配向方向に対して直角方向の面に２０
０μｍの厚さに加圧しながら印刷する。次にこれを真空
炉中で該組成物の融点以上の８５０℃に加熱する。これ
によって、該銀ろう中に添加したＴｉと炭素との反応に
よりぬれ性が向上し、該組成物は該炭素部材１の空隙２
に深さ約３００μｍ浸透して含浸層３が形成される。そ
して、該含浸層３の一部は、炭素部材２との界面にＴｉ
と炭素との反応により金属炭化物層（ＴｉＣ）４が生成
される。図２にこの空隙部分の拡大断面図を示した。こ
の金属炭化物層４によって該炭素部材１の空隙間を結合
して強化する。
で、残りがＣｕとの共晶合金からなる銀ろうの粉末中に
大きさ５０μｍ前後のＴｉ粉末を２ｗｔ％と、これに有
機溶剤（エチルセルロース９０ｗｔ％とジエチレングリ
コールモノエチルエーテル１０ｗｔ％との混合物）を混
合してペースト状にした組成物を作製する。これを厚さ
１０mm角、３０mm角の炭素繊維強化炭素複合材である炭
素部材１の繊維の配向方向に対して直角方向の面に２０
０μｍの厚さに加圧しながら印刷する。次にこれを真空
炉中で該組成物の融点以上の８５０℃に加熱する。これ
によって、該銀ろう中に添加したＴｉと炭素との反応に
よりぬれ性が向上し、該組成物は該炭素部材１の空隙２
に深さ約３００μｍ浸透して含浸層３が形成される。そ
して、該含浸層３の一部は、炭素部材２との界面にＴｉ
と炭素との反応により金属炭化物層（ＴｉＣ）４が生成
される。図２にこの空隙部分の拡大断面図を示した。こ
の金属炭化物層４によって該炭素部材１の空隙間を結合
して強化する。
【００２１】図３は前記含浸層３によって強化された該
炭素部材１とステンレス鋼５との接合において、両者の
間に厚さが０.１〜１０mmの無酸素銅板６を介して接合
する。接合はＴｉを添加した銀ろう箔７によって行う。
前記方法によって接合された接合体について剪断試験を
行った結果、該銅板６の厚さが０.５mm以上の場合に該
炭素部材１と同様の剪断強度が得られ、接合体にクラッ
クが発生していないことが確認された。
炭素部材１とステンレス鋼５との接合において、両者の
間に厚さが０.１〜１０mmの無酸素銅板６を介して接合
する。接合はＴｉを添加した銀ろう箔７によって行う。
前記方法によって接合された接合体について剪断試験を
行った結果、該銅板６の厚さが０.５mm以上の場合に該
炭素部材１と同様の剪断強度が得られ、接合体にクラッ
クが発生していないことが確認された。
【００２２】実施例２ 前記実施例１と同様に、ＡｇとＣｕとの共晶合金からな
る銀ろうの粉末中にＴｉ粉末と、これに有機溶剤を添加
してペースト状にした組成物を作製する。これを図４に
示す炭素繊維強化炭素複合材の一方の表面に炭素繊維の
配向方向に対して直角方向の面に２００μｍの厚さに塗
付する。これを真空炉中で該組成物の融点以上の８５０
℃に加熱する。この時、該銀ろう中に添加したＴｉと炭
素との反応によりぬれ性が向上し、該組成物は炭素部材
１の空隙間に約５００μｍの深さに浸透して、これによ
って該空隙間に含浸層３が形成され且つ前記金属炭化物
層４が形成され、該炭素部材１の空隙間は強固に結合さ
れる。ここで、該組成物の内部は、Ｔｉが少ないＣｕと
Ａｇとの合金であるため、軟質で応力を緩和できる。
る銀ろうの粉末中にＴｉ粉末と、これに有機溶剤を添加
してペースト状にした組成物を作製する。これを図４に
示す炭素繊維強化炭素複合材の一方の表面に炭素繊維の
配向方向に対して直角方向の面に２００μｍの厚さに塗
付する。これを真空炉中で該組成物の融点以上の８５０
℃に加熱する。この時、該銀ろう中に添加したＴｉと炭
素との反応によりぬれ性が向上し、該組成物は炭素部材
１の空隙間に約５００μｍの深さに浸透して、これによ
って該空隙間に含浸層３が形成され且つ前記金属炭化物
層４が形成され、該炭素部材１の空隙間は強固に結合さ
れる。ここで、該組成物の内部は、Ｔｉが少ないＣｕと
Ａｇとの合金であるため、軟質で応力を緩和できる。
【００２３】前記方法により該炭素部材１の空隙間に該
組成物が含浸されて強化された該炭素化複合部材を、図
４に示したように冷却孔８を有する銅合金製の金属体４
に厚さ５０μｍの銀ろう箔７を用い、真空炉中で８００
℃まで加熱してろう付する。この複合体のせん断試験を
行った結果、該組成物を含浸しない黒鉛及び炭素繊維強
化炭素複合材に比べて約２倍のせん断強度が得られた。
さらに、この接合体の冷却孔８に流速５ｍ／ｓの冷却水
で冷却しながら、熱流束３０ＭＷ／ｍ2の水素イオンビ
ーム照射を連続的に行ったところ熱的な損傷は見られず
健全であった。
組成物が含浸されて強化された該炭素化複合部材を、図
４に示したように冷却孔８を有する銅合金製の金属体４
に厚さ５０μｍの銀ろう箔７を用い、真空炉中で８００
℃まで加熱してろう付する。この複合体のせん断試験を
行った結果、該組成物を含浸しない黒鉛及び炭素繊維強
化炭素複合材に比べて約２倍のせん断強度が得られた。
さらに、この接合体の冷却孔８に流速５ｍ／ｓの冷却水
で冷却しながら、熱流束３０ＭＷ／ｍ2の水素イオンビ
ーム照射を連続的に行ったところ熱的な損傷は見られず
健全であった。
【００２４】実施例３ 等方性黒鉛又は炭素繊維強化炭素複合材の一方の面にペ
ースト状のＴｉ粉末を配置する。ここで、炭素繊維強化
炭素複合材の炭素繊維の配向方向に対して直角方向の面
にＴｉ粉末を配置する。次に該Ｔｉ粉末の上に銀ろう箔
を配置し、該Ｔｉ粉末と反対方向から減圧しながら真空
炉中で８５０℃に加熱する。これによって、該Ｔｉ粉末
は銀ろう中に溶融し、該炭素部材の空隙間に該組成物が
浸透して含浸される。すなわち、Ｔｉと炭素との反応に
より生成されたＴｉＣによって該炭素部材間の空隙間は
結合され、強固な炭素複合体が得られる。
ースト状のＴｉ粉末を配置する。ここで、炭素繊維強化
炭素複合材の炭素繊維の配向方向に対して直角方向の面
にＴｉ粉末を配置する。次に該Ｔｉ粉末の上に銀ろう箔
を配置し、該Ｔｉ粉末と反対方向から減圧しながら真空
炉中で８５０℃に加熱する。これによって、該Ｔｉ粉末
は銀ろう中に溶融し、該炭素部材の空隙間に該組成物が
浸透して含浸される。すなわち、Ｔｉと炭素との反応に
より生成されたＴｉＣによって該炭素部材間の空隙間は
結合され、強固な炭素複合体が得られる。
【００２５】実施例４ Ｃｕ及びＮｉにＴｉを３０wt％添加した合金粉末を製作
し、これに有機溶剤を混合してペースト状の組成物を作
成する。これを等方性黒鉛及び炭素繊維強化炭素複合材
の前記一方の表面に配置し、次に真空炉中で９５０℃に
加熱する。これによって、該組成物中に添加されている
Ｔｉと炭素との反応により該組成物のぬれ性が向上し、
該炭素部材の空隙間に該組成物が含浸されて界面にＴｉ
Ｃが形成され、強固な炭素複合体が得られる。
し、これに有機溶剤を混合してペースト状の組成物を作
成する。これを等方性黒鉛及び炭素繊維強化炭素複合材
の前記一方の表面に配置し、次に真空炉中で９５０℃に
加熱する。これによって、該組成物中に添加されている
Ｔｉと炭素との反応により該組成物のぬれ性が向上し、
該炭素部材の空隙間に該組成物が含浸されて界面にＴｉ
Ｃが形成され、強固な炭素複合体が得られる。
【００２６】前記方法により強化された炭素部材を、ス
テンレス製の金属体に厚さ２ｍｍのＡｇ板を介して真空
炉中で９００℃まで加熱してろう付する。この複合体の
せん断試験を行った結果、該組成物を含浸しない黒鉛及
び炭素繊維強化炭素複合材に比べて約１.５倍のせん断
強度が得られた。
テンレス製の金属体に厚さ２ｍｍのＡｇ板を介して真空
炉中で９００℃まで加熱してろう付する。この複合体の
せん断試験を行った結果、該組成物を含浸しない黒鉛及
び炭素繊維強化炭素複合材に比べて約１.５倍のせん断
強度が得られた。
【００２７】実施例５ ＡｇとＣｕとの共晶合金粉末中にＴｉ粉末を２wt％、さ
らに、これに有機溶剤を添加してペースト状にした組成
物を作製する。これを図４の実施例と同様に炭素繊維強
化炭素複合材１の繊維の配向方向に対して直角方向の面
に２００μｍの厚さに塗付し、これを真空炉中で８５０
℃に加熱する。これにより、該組成物はＴｉと炭素との
反応によりぬれ性向上して該炭素部材の内部まで浸透
し、含浸層３と炭素部材との界面に金属炭化物層が形成
される。
らに、これに有機溶剤を添加してペースト状にした組成
物を作製する。これを図４の実施例と同様に炭素繊維強
化炭素複合材１の繊維の配向方向に対して直角方向の面
に２００μｍの厚さに塗付し、これを真空炉中で８５０
℃に加熱する。これにより、該組成物はＴｉと炭素との
反応によりぬれ性向上して該炭素部材の内部まで浸透
し、含浸層３と炭素部材との界面に金属炭化物層が形成
される。
【００２８】前記方法により空隙間が強化された該炭素
部材１を水冷の冷却孔８を有した銅パイプ製の冷却体５
にタイル状に接合し、これを核融合装置用の受熱板とし
た。なお、冷却孔８の内面にＳｎめっきが施されてい
る。接合は厚さ５０μｍの銀ろう箔７を用いて真空炉中
で８５０℃の温度でろう付する。この受熱板を流速１０
ｍ／ｓの冷却水で冷却しながら、熱流束３０ＭＷ／ｍ2
の水素イオンビーム照射を連続的に行ったところ熱的な
損傷は見られず健全であった。なお、冷却剤に接する冷
却孔８の内面にＳｎめっきを施した後、３００℃の熱処
理を施し、銅パイプの内面を硬化する。これによって銅
パイプのエロージョンが減少し、長時間の運転に耐える
ことも確認した。
部材１を水冷の冷却孔８を有した銅パイプ製の冷却体５
にタイル状に接合し、これを核融合装置用の受熱板とし
た。なお、冷却孔８の内面にＳｎめっきが施されてい
る。接合は厚さ５０μｍの銀ろう箔７を用いて真空炉中
で８５０℃の温度でろう付する。この受熱板を流速１０
ｍ／ｓの冷却水で冷却しながら、熱流束３０ＭＷ／ｍ2
の水素イオンビーム照射を連続的に行ったところ熱的な
損傷は見られず健全であった。なお、冷却剤に接する冷
却孔８の内面にＳｎめっきを施した後、３００℃の熱処
理を施し、銅パイプの内面を硬化する。これによって銅
パイプのエロージョンが減少し、長時間の運転に耐える
ことも確認した。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、炭素を主成分とし一方
向に向かう空隙を有する炭素部材の前記空隙の方向直行
する側の表面から炭素と反応して炭化物を形成する元素
を含む組成物を空隙内に含浸することにより、前記炭素
部材との界面に前記炭化物を生成せしめたので、強固な
複合化炭素部材を得ることができる。さらに、該炭素部
材と、熱膨張率の異なる他部材との間に縦弾性係数１２
×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2以下からなる金属板を介して接合
することにより炭素部材に発生する熱応力破壊が防止さ
れ、信頼性の高い複合体が得られる。上記複合体を冷却
構造を有する冷却体にタイル状に接合することにより耐
熱負荷特性に優れた核融合装置用の受熱板が得られる。
向に向かう空隙を有する炭素部材の前記空隙の方向直行
する側の表面から炭素と反応して炭化物を形成する元素
を含む組成物を空隙内に含浸することにより、前記炭素
部材との界面に前記炭化物を生成せしめたので、強固な
複合化炭素部材を得ることができる。さらに、該炭素部
材と、熱膨張率の異なる他部材との間に縦弾性係数１２
×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2以下からなる金属板を介して接合
することにより炭素部材に発生する熱応力破壊が防止さ
れ、信頼性の高い複合体が得られる。上記複合体を冷却
構造を有する冷却体にタイル状に接合することにより耐
熱負荷特性に優れた核融合装置用の受熱板が得られる。
【図１】本発明に係る複合化炭素部材の実施例を示す斜
視図である。
視図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】本発明に係る複合化炭素部材の実施例を示す斜
視図である。
視図である。
【図４】本発明のに係る核融合装置用の受熱板の実施例
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
１ 炭素部材 ２ 空隙間 ３ 含浸層 ４ 金属炭化物層 ５ 金属部材 ６ 熱応力緩和材 ７ 銀ろう箔 ８ 冷却孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 重中 顕 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (11)
- 【請求項１】 炭素を主成分とし一方向に向かう空隙を
有する炭素部材と、この炭素部材の前記空隙の方向と略
直交する少なくとも一つ面であって該表面及び前記空隙
内面に設けられた金属炭化物層と、を備えた複合化炭素
部材。 - 【請求項２】 請求項１に記載の複合化炭素部材におい
て、金属炭化物はチタン、ジルコニウム又はハフニウム
の炭化物であることを特徴とする複合化炭素部材。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の複合化炭素部材
において、一方向に向かう空隙を有する炭素部材は、炭
素繊維を一方向に配向させて形成されたものであること
を特徴とする複合化炭素部材。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の複合化
炭素部材において、炭素部材は前記金属炭化物層の形成
面が熱膨張率の異なる他部材に金属層を介して接合され
て成ることを特徴とする複合化炭素部材。 - 【請求項５】 請求項４に記載の複合化炭素部材におい
て、金属層は室温における縦弾性係数が１２×１０3kgf
／mm2以下の金属から成ることを特徴とする複合化炭素
部材。 - 【請求項６】 請求項４に記載の複合化炭素部材におい
て、金属層は銅、銀又はアルミニウムのいずれかである
ことを特徴とする複合化炭素部材。 - 【請求項７】 冷却機能を有する構造体と、この構造体
の面に前記金属層側を接合面として接合された請求項４
〜６のいずれかに記載の複合化炭素部材と、を備えた核
融合装置用の受熱板。 - 【請求項８】 請求項７に記載の核融合装置用の受熱板
において、冷却機能を有する構造体は、冷却媒体通路の
内面に錫又はクロムめっき層が設けられた銅又は銅を主
成分とする合金であることを特徴とする核融合装置用の
受熱板。 - 【請求項９】 炭素を主成分とし一方向に向かう空隙を
有する炭素部材の前記空隙の方向と略直交する面に炭素
と反応して金属炭化物を形成する組成物を被設し且つ前
記空隙内に含浸させる工程と、加熱して前記組成物と炭
素部材とから金属炭化物を形成する工程と、を有する複
合化炭素部材の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の複合化炭素部材の製
造方法において、組成物は、銅、銀又はニッケルの単
体、これらの単体の少なくとも１種以上を含む合金又は
混合粉末中にチタン、ジルコニウム又はハフニウムの１
種以上が添加されたペースト状組成物であることを特徴
とする複合化炭素部材の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項９に記載の複合化炭素部材の製
造方法において、組成物は、炭素部材面に設けられたチ
タン、ジルコニウム又はハフニウムと、この上に設けら
れた銅、銀又はニッケルの単体、これらの単体の少なく
とも１種以上を含む合金又は混合粉末より成ることを特
徴とする複合化炭素部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5068397A JPH06279154A (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 複合化炭素部材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5068397A JPH06279154A (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 複合化炭素部材及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06279154A true JPH06279154A (ja) | 1994-10-04 |
Family
ID=13372530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5068397A Pending JPH06279154A (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 複合化炭素部材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06279154A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4450479A1 (en) * | 2023-04-18 | 2024-10-23 | Honeywell International Inc. | Metal carbide infiltrated c/c composites |
-
1993
- 1993-03-26 JP JP5068397A patent/JPH06279154A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4450479A1 (en) * | 2023-04-18 | 2024-10-23 | Honeywell International Inc. | Metal carbide infiltrated c/c composites |
| US12595216B2 (en) | 2023-04-18 | 2026-04-07 | Honeywell International Inc. | Metal carbide infiltrated C/C composites |
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Effective date: 20041111 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20050301 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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| A521 | Written amendment |
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Effective date: 20050816 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060228 |