JPH0633104A - 傾斜組成を有する無歪合金体及びその製造法 - Google Patents
傾斜組成を有する無歪合金体及びその製造法Info
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 核融合装置その他のエネルギー機器のダイバ
ータ板のような熱膨張係数の異なる材料の傾斜組成を有
し、且つ、剥離もなく、焼結体の反り等の発生のない合
金体及びそれを安価に製造できる手法の提供。 【構成】 粒子径の異なるＷ、Ｍｏなどの高融点の母材
粉末と、配合比を変えたＣｕ、Ａｇ、Ａｌなどの低融点
材料の溶浸材料粉末との混合粉末を積層充填し、加圧成
形したのち、溶浸材料粉末の溶融点以上の温度に加熱し
て焼結と溶浸を行なうもので、配合粉末の量を調整する
ことによって、各層の組成勾配を調節し、熱膨張係数を
段階的に変化させた熱膨張調整部材を簡単に製造でき
る。
ータ板のような熱膨張係数の異なる材料の傾斜組成を有
し、且つ、剥離もなく、焼結体の反り等の発生のない合
金体及びそれを安価に製造できる手法の提供。 【構成】 粒子径の異なるＷ、Ｍｏなどの高融点の母材
粉末と、配合比を変えたＣｕ、Ａｇ、Ａｌなどの低融点
材料の溶浸材料粉末との混合粉末を積層充填し、加圧成
形したのち、溶浸材料粉末の溶融点以上の温度に加熱し
て焼結と溶浸を行なうもので、配合粉末の量を調整する
ことによって、各層の組成勾配を調節し、熱膨張係数を
段階的に変化させた熱膨張調整部材を簡単に製造でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、核融合装置その他のエ
ネルギー機器のダイバータ板のように熱膨張係数の異な
る材料の傾斜組成を有する合金体及びその合金体を粉末
冶金法によって製造する方法に関する。
ネルギー機器のダイバータ板のように熱膨張係数の異な
る材料の傾斜組成を有する合金体及びその合金体を粉末
冶金法によって製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】核融合装置のダイバータ板は、核融合炉
におけるプラズマからの高い熱負荷と高粒子負荷を受け
るために、スパッターリング防止とディスラプション時
の溶融防止のための保護材とそれを冷却するための吸熱
材との二層の積層板からなる。かかる構造を有する積層
板として、従来、特開平１−３１２０１５号公報，特開
平２−１４２６８３号公報，特開平４−８３７７９号公
報等に開示されているものがある。
におけるプラズマからの高い熱負荷と高粒子負荷を受け
るために、スパッターリング防止とディスラプション時
の溶融防止のための保護材とそれを冷却するための吸熱
材との二層の積層板からなる。かかる構造を有する積層
板として、従来、特開平１−３１２０１５号公報，特開
平２−１４２６８３号公報，特開平４−８３７７９号公
報等に開示されているものがある。
【０００３】その中、粉末冶金による製造方法として
は、特開平１−３１２０１５号公報に保護材と吸熱材と
の接合部に、熱膨張係数が異なる粉末材料の混合比を変
えて粉末冶金法によって複合化した複数種類のビレット
から得た薄板状の複合材を、熱膨張係数の大小順に重ね
て配置し高温加圧状態で一体化して、傾斜勾配の組成部
分を形成するものが開示されている。
は、特開平１−３１２０１５号公報に保護材と吸熱材と
の接合部に、熱膨張係数が異なる粉末材料の混合比を変
えて粉末冶金法によって複合化した複数種類のビレット
から得た薄板状の複合材を、熱膨張係数の大小順に重ね
て配置し高温加圧状態で一体化して、傾斜勾配の組成部
分を形成するものが開示されている。
【０００４】しかしながら、この接合部の構成材がろう
材からなるため、接合部にスキが発生しやすく、また、
銅の融点より低い温度での接合のため、十分な接合状態
を得ることができない。
材からなるため、接合部にスキが発生しやすく、また、
銅の融点より低い温度での接合のため、十分な接合状態
を得ることができない。
【０００５】また、耐熱金属材料第１２３委員会研究報
告 vol．３２ No.1 には、Ｗ−Ｃｕ傾斜材料の製造法と
して、それぞれ、粒度の異なるＷ粉末の積層体を成形
し、焼結したのち、カプセルフリーの熱間静水圧プレス
（ＨＩＰ）処理を行い、Ｃｕの溶浸を行なうことが開示
されている。
告 vol．３２ No.1 には、Ｗ−Ｃｕ傾斜材料の製造法と
して、それぞれ、粒度の異なるＷ粉末の積層体を成形
し、焼結したのち、カプセルフリーの熱間静水圧プレス
（ＨＩＰ）処理を行い、Ｃｕの溶浸を行なうことが開示
されている。
【０００６】この焼結溶浸法によって、接合部のスキは
生じ難くなるが、各層の焼結時の収縮率が違うために反
りが生じ、この収縮率の差が大きくなると層間剥離，ク
ラックが生じ易くなり、そのコントロールが難しい。ま
た、ＨＩＰの使用により製造コストが高くなるという問
題もある。
生じ難くなるが、各層の焼結時の収縮率が違うために反
りが生じ、この収縮率の差が大きくなると層間剥離，ク
ラックが生じ易くなり、そのコントロールが難しい。ま
た、ＨＩＰの使用により製造コストが高くなるという問
題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＨＩ
Ｐを用いることなく比較的簡単な手法で傾斜勾配組成を
有する合金体を焼結溶浸法によって製造する方法を提供
することにある。
Ｐを用いることなく比較的簡単な手法で傾斜勾配組成を
有する合金体を焼結溶浸法によって製造する方法を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、型内に母材粉
末と溶浸材料粉末の混合粉末を、溶浸材料粉末の順次増
量した配合とした層を積層して加圧成形したのち、この
成形体上に前記混合粉末中の溶浸材料粉末と同一の溶浸
材料を載置して同溶浸材料の溶融点以上に加熱焼結する
ことを特徴とする。
末と溶浸材料粉末の混合粉末を、溶浸材料粉末の順次増
量した配合とした層を積層して加圧成形したのち、この
成形体上に前記混合粉末中の溶浸材料粉末と同一の溶浸
材料を載置して同溶浸材料の溶融点以上に加熱焼結する
ことを特徴とする。
【０００９】また、型内に母材粉末と溶浸材料粉末の混
合粉末を、その配合割合を順次変化させて積層するに際
して、型底に母材のみからなる焼結板を配置することに
よって、最下層が母材で、最上段が溶浸材のみからな
り、その途中の合金配分が順次変化した合金体を得るこ
とができる。この型底に配置する母材を積層混合粉末中
に埋設した状態、それも、端部を楔状とした母材を埋設
することによって、接合状態に優れた傾斜合金体を得る
ことができる。
合粉末を、その配合割合を順次変化させて積層するに際
して、型底に母材のみからなる焼結板を配置することに
よって、最下層が母材で、最上段が溶浸材のみからな
り、その途中の合金配分が順次変化した合金体を得るこ
とができる。この型底に配置する母材を積層混合粉末中
に埋設した状態、それも、端部を楔状とした母材を埋設
することによって、接合状態に優れた傾斜合金体を得る
ことができる。
【００１０】上記成形体に溶浸処理を施すに際して、成
形体を予め焼結を行うこともできる。
形体を予め焼結を行うこともできる。
【００１１】なお、母材粉末と溶浸材料粉末はお互いに
固溶がほとんどなく、かつ融点が溶浸材料粉末より母材
粉末の方がはるかに高いことが条件で、これらの条件を
満足する粉末としては、母材粉末としてＷ，Ｍｏなど、
溶浸材料粉末としてＣｕ，Ａｇ，Ａｌなどが挙げられ
る。
固溶がほとんどなく、かつ融点が溶浸材料粉末より母材
粉末の方がはるかに高いことが条件で、これらの条件を
満足する粉末としては、母材粉末としてＷ，Ｍｏなど、
溶浸材料粉末としてＣｕ，Ａｇ，Ａｌなどが挙げられ
る。
【００１２】
【作用】母材粉末と溶浸材料粉末を加圧成形の際に機械
的に予備的に接合し、さらに、溶浸により溶浸材が成形
体全体に行き渡り、各積層面が接合された状態になり、
各層間の結合状態は十分なものとなる。
的に予備的に接合し、さらに、溶浸により溶浸材が成形
体全体に行き渡り、各積層面が接合された状態になり、
各層間の結合状態は十分なものとなる。
【００１３】得られた合金体の一方端面に溶浸材のみの
層が簡単に、しかも、合金層と密着した状態で得られる
ので、本発明をダイバータ材の製造に適用した場合、熱
吸収材としての溶浸材が格別の処理工程を経ることなし
に形成できる。
層が簡単に、しかも、合金層と密着した状態で得られる
ので、本発明をダイバータ材の製造に適用した場合、熱
吸収材としての溶浸材が格別の処理工程を経ることなし
に形成できる。
【００１４】粒子径の異なる母材粉末と配合比を変化さ
せることができるので、焼結時あるいは溶浸時における
積層加圧成形体の収縮率が同じで、さらに、積層体の組
成も加圧成形時にコントロールできる。そのため、反り
などの異常変形が生じず、層間剥離，クラックが生じ難
い。
せることができるので、焼結時あるいは溶浸時における
積層加圧成形体の収縮率が同じで、さらに、積層体の組
成も加圧成形時にコントロールできる。そのため、反り
などの異常変形が生じず、層間剥離，クラックが生じ難
い。
【００１５】
【実施例】本発明の保護部材としてＷを母材とし、ま
た、吸熱材としてＣｕを溶浸材とした傾斜勾配組成を有
し、平面が２５ｍｍ×２５ｍｍ、高さが３０ｍｍの熱膨
張調整材料（ダイバータ材）を作成した。なお、使用し
たＣｕ粉末は全て３２５メッシュ以下のものを使用し
た。
た、吸熱材としてＣｕを溶浸材とした傾斜勾配組成を有
し、平面が２５ｍｍ×２５ｍｍ、高さが３０ｍｍの熱膨
張調整材料（ダイバータ材）を作成した。なお、使用し
たＣｕ粉末は全て３２５メッシュ以下のものを使用し
た。
【００１６】まず、予備試験によって、Ｗ粉末の粒子径
とＣｕ粉末の配合量との関連での成形体の収縮率を確認
した。
とＣｕ粉末の配合量との関連での成形体の収縮率を確認
した。
【００１７】表１は、Ｗ粉末とＣｕ粉末との混合粉末の
２００ＭＰａでの加圧成形体を１３５０℃で焼結した際
の収縮率（％）を示す。
２００ＭＰａでの加圧成形体を１３５０℃で焼結した際
の収縮率（％）を示す。
【００１８】
【表１】 また、図１はこれらの混合粉末におけるＣｕ粉末の配合
量と、プレス圧が２００ＭＰａでの圧粉体の密度との関
係を示す。同図から、圧粉体の密度はＷ粉末の粒径が大
きくなるほど大になる傾向を示し、且つ、同一粒子のも
のでもＣｕ配合量が大きくなる程低下する。しかしなが
ら、これらの傾向は一義的なものではないことが分か
る。
量と、プレス圧が２００ＭＰａでの圧粉体の密度との関
係を示す。同図から、圧粉体の密度はＷ粉末の粒径が大
きくなるほど大になる傾向を示し、且つ、同一粒子のも
のでもＣｕ配合量が大きくなる程低下する。しかしなが
ら、これらの傾向は一義的なものではないことが分か
る。
【００１９】この表１と図１とから、Ｗ粉末とＣｕ粉末
との混合粉末の各形成層の組成において、溶浸後の組成
が目的の傾斜組成となり、且つ、最も収縮率が低く、Ｗ
粒子の平均径のものを選択して使用した。
との混合粉末の各形成層の組成において、溶浸後の組成
が目的の傾斜組成となり、且つ、最も収縮率が低く、Ｗ
粒子の平均径のものを選択して使用した。
【００２０】図２は本発明を実施した工程図を示す。
【００２１】図２（ａ）は、型枠１内に１．５ｍｍ厚で
両端を舟の舳先状に形成したＷの母材焼結板２（この形
状を楔状と呼ぶ）を同図のように載置した上に、それぞ
れ、２．５ｍｍ厚に表２に示す配合割合の４層からなる
混合粉末層３を積層した状態を示す。
両端を舟の舳先状に形成したＷの母材焼結板２（この形
状を楔状と呼ぶ）を同図のように載置した上に、それぞ
れ、２．５ｍｍ厚に表２に示す配合割合の４層からなる
混合粉末層３を積層した状態を示す。
【００２２】
【表２】 ついで、図２（ａ）の状態から、型枠１内に積層した混
合粉末層３を通常の機械的プレスによって、溶浸後所定
の銅量となる密度の成形体４を得た（図２（ｂ））。
合粉末層３を通常の機械的プレスによって、溶浸後所定
の銅量となる密度の成形体４を得た（図２（ｂ））。
【００２３】そして、型枠１から成形体４を取り出し、
還元性雰囲気中で１０００〜１４００℃に１時間焼結
し、予備焼結体５を得た（図２（ｃ））。
還元性雰囲気中で１０００〜１４００℃に１時間焼結
し、予備焼結体５を得た（図２（ｃ））。
【００２４】さらに、この焼結体５を溶浸治具６中に装
入し、その上面に溶浸に必要な量に熱吸収材を成形する
に足るＣｕ塊の溶浸材７を載置して（図２の（ｄ））、
還元性雰囲気中で１１００℃〜１４００℃で１時間加熱
して、Ｃｕを焼結体５中に溶浸し、溶浸体８を得た（図
２（ｅ））。
入し、その上面に溶浸に必要な量に熱吸収材を成形する
に足るＣｕ塊の溶浸材７を載置して（図２の（ｄ））、
還元性雰囲気中で１１００℃〜１４００℃で１時間加熱
して、Ｃｕを焼結体５中に溶浸し、溶浸体８を得た（図
２（ｅ））。
【００２５】さらに、この溶浸体８を不活性ガス雰囲気
中（窒素雰囲気中でも可）で１１００〜１４００℃に加
熱してガス抜きを行った（図２（ｆ））。
中（窒素雰囲気中でも可）で１１００〜１４００℃に加
熱してガス抜きを行った（図２（ｆ））。
【００２６】その結果、図２（ｇ）に示す溶浸材を部分
的に残した傾斜合金体９を得た。
的に残した傾斜合金体９を得た。
【００２７】この傾斜合金体中のＣｕの分布の程度を図
３に示した。
３に示した。
【００２８】この傾斜合金体９は表２の右欄に示す傾斜
勾配組成を有するものであった。
勾配組成を有するものであった。
【００２９】この傾斜合金体９は各層の接合性がよく、
また、成形体の形状変形もなかった。さらに、最高温度
１０００℃、最低温度４００℃の熱サイクル１０回の試
験において損傷が認められず、エネルギー機器のダイバ
ータの用途としてきわめて優れたものであった。表３に
熱サイクル試験の条件を示す。
また、成形体の形状変形もなかった。さらに、最高温度
１０００℃、最低温度４００℃の熱サイクル１０回の試
験において損傷が認められず、エネルギー機器のダイバ
ータの用途としてきわめて優れたものであった。表３に
熱サイクル試験の条件を示す。
【００３０】比較のため非還元性雰囲気中で溶浸したも
のは、接合が不十分であった。
のは、接合が不十分であった。
【００３１】また、第２層以上を収縮率が４％を超える
ものにすると、第２層が割れた。
ものにすると、第２層が割れた。
【００３２】また、第１層のＷ焼結体を角状平板にする
と、接合は不十分であった。第１層の楔状Ｗ焼結体を第
２層がしめつけるような状態（図２（ａ））にセットす
ることにより、溶浸後、しめつけ効果により第１層と第
２層とが十分に接合したものと考えられる。
と、接合は不十分であった。第１層の楔状Ｗ焼結体を第
２層がしめつけるような状態（図２（ａ））にセットす
ることにより、溶浸後、しめつけ効果により第１層と第
２層とが十分に接合したものと考えられる。
【００３３】
【表３】
【００３４】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。
ができる。
【００３５】（１）母材焼結板の接合と同時に溶浸材の
溶浸による各層の接合を行なうことができ製造効率がよ
い。
溶浸による各層の接合を行なうことができ製造効率がよ
い。
【００３６】（２）母材粉末と溶浸材料粉末との配合
比、及び母材粉末の粒径を種々変化させることによっ
て、目的の組成の合金を任意に調整できる。
比、及び母材粉末の粒径を種々変化させることによっ
て、目的の組成の合金を任意に調整できる。
【００３７】（３）製造工程に格別の制御を要すること
はなく、また、コスト高になるＨＩＰの使用もないの
で、比較的簡単に低コストで組成勾配を有する合金体を
製造できる。
はなく、また、コスト高になるＨＩＰの使用もないの
で、比較的簡単に低コストで組成勾配を有する合金体を
製造できる。
【００３８】（４）母材粉末と溶浸材料粉末との配合
比、及び母材粉末の粒径を種々変化させることによっ
て、全収縮率が同じで、組成の違う合金が製造できる。
比、及び母材粉末の粒径を種々変化させることによっ
て、全収縮率が同じで、組成の違う合金が製造できる。
【００３９】（５）母材焼結板と傾斜組成体が溶浸材料
によって接合されているため、熱吸収材の融点近くまで
の加熱に耐えられる。
によって接合されているため、熱吸収材の融点近くまで
の加熱に耐えられる。
【００４０】（６）溶浸によって熱吸収材も同時に形成
でき、製造効率がよい。
でき、製造効率がよい。
【図１】 Ｗ−Ｃｕ混合粉末の積層を用いて傾斜勾配合
金体を製造するに際してのＷ粉末粒度と混合Ｃｕ粉末の
配合量との、圧粉体の密度への影響を示す図である。
金体を製造するに際してのＷ粉末粒度と混合Ｃｕ粉末の
配合量との、圧粉体の密度への影響を示す図である。
【図２】 本発明の実施例としての工程図を示す。
【図３】 積層粉末体中の各層のＣｕの分布と、焼結溶
浸処理後の傾斜組成金属体中のＣｕの分布の程度を示す
図である。
浸処理後の傾斜組成金属体中のＣｕの分布の程度を示す
図である。
１：型枠 ２：Ｗ母材焼結板 ３：混合粉末層 ４：成形体 ５：予備焼結体 ６：溶浸治具 ７：溶浸材 ８：溶浸体 ９：傾斜合金体
Claims (3)
- 【請求項１】 段階的に組成が順次変化するほぼ無歪の
合金体。 - 【請求項２】 型内に、母材粉末と溶浸材料粉末の混合
粉末を、溶浸材料粉末の順次増量した配合とした層とし
て、しかも、各層の収縮率がほぼ同一になるように選出
して積層し、この積層体を加圧成形したのち、この成形
体上に前記混合粉末中の溶浸材料粉末と同一の溶浸材料
を載置して還元性雰囲気中で同溶浸材料の溶融点以上に
加熱焼結溶浸する傾斜組成を有する合金体の製造法。 - 【請求項３】 楔状の母材板材を配置した型内に、母材
粉末と溶浸材料粉末の混合粉末を、その溶浸材料粉末の
配合量を順次増量した層として、しかもその各層の収縮
率が４％未満となるように選出して積層し、この積層体
を加圧成形したのち、この成形体上に前記混合粉末中の
溶浸材料粉末と同一の溶浸材料を載置して還元性雰囲気
中で同溶浸材料の溶融点以上に加熱焼結溶浸する傾斜組
成を有する合金体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18966392A JPH0633104A (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 傾斜組成を有する無歪合金体及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18966392A JPH0633104A (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 傾斜組成を有する無歪合金体及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0633104A true JPH0633104A (ja) | 1994-02-08 |
Family
ID=16245096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18966392A Pending JPH0633104A (ja) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | 傾斜組成を有する無歪合金体及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0633104A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6436550B2 (en) * | 1996-08-23 | 2002-08-20 | Injex Corporation | Sintered compact and method of producing the same |
| JP2003007940A (ja) * | 2001-06-25 | 2003-01-10 | Kyocera Corp | 放熱部材および半導体素子収納用パッケージ |
| CN107363258A (zh) * | 2017-06-28 | 2017-11-21 | 常州市雄泰纺织品有限公司 | 一种高致密性钨铜功能梯度材料的制备方法 |
| CN110449579A (zh) * | 2019-07-18 | 2019-11-15 | 太原理工大学 | 一种可控降解锌镁梯度材料的制备方法 |
| CN119614931A (zh) * | 2025-01-06 | 2025-03-14 | 辽宁材料实验室 | 一种高通量组元梯度变化铜基材料及其制备方法和应用 |
-
1992
- 1992-07-16 JP JP18966392A patent/JPH0633104A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6436550B2 (en) * | 1996-08-23 | 2002-08-20 | Injex Corporation | Sintered compact and method of producing the same |
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| CN110449579B (zh) * | 2019-07-18 | 2022-02-01 | 太原理工大学 | 一种可控降解锌镁梯度材料的制备方法 |
| CN119614931A (zh) * | 2025-01-06 | 2025-03-14 | 辽宁材料实验室 | 一种高通量组元梯度变化铜基材料及其制备方法和应用 |
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