CN104884411B - 接合体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的主要目的在于提供一种增大金属层的厚度、并容易地实现金属层与碳材料层的接合，并且能够抑制破损的接合体及其制造方法。该接合体是CFC层(3)和钨层(4)接合而成的结构的接合体，在CFC层(3)与钨层(4)之间形成有经烧结的碳化钨层(5)以及SiC与WC的混合层(6)、进入CFC层且烧结的SiC和WC(7)，这些层(3)、(4)、(5)、(6)、(7)通过烧结法而接合。

Description

接合体及其制造方法
技术领域
本发明涉及接合体及其制造方法，特别是高熔点金属和碳材料的接合体及其制造方法。
背景技术
CFC(碳纤维强化碳复合材料)或石墨材料等的碳材料具有即使在3000℃以上的高温下也不熔融、与金属相比因热产生的变形少这样的优点。考虑到这些，提出了将在CFC或石墨上接合有冷却管(铜合金或不锈钢)的接合体用于核聚变装置的偏滤器板的方案(参照下述专利文献1)。但是，存在碳材料因等离子体而损耗、或再堆积这样的问题。因此，探讨使用钨以代替CFC。但是，钨存在重量大、加工性差等的问题。
因此，提出了使用将钨等高熔点金属材料和碳材料接合而成的接合体的方案。但是，钨等的熔点高，而且两者间存在热膨胀差，因此通常难以将两者接合。考虑到这样的情况，提出了以下所述的2种解决方法。
(1)使用焊料，将高熔点金属材料和碳材料接合的方法(参照下述专利文献2)。
(2)通过CVD(化学气相成长法)、PVD(物理气相成长法)等，在碳材料的表面形成钨层(高熔点金属材料层)的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10－90453号公报
专利文献2：日本特开2000－313677号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在(1)记载的方法中，存在如下课题：金属相对于碳材料的沾润性缺乏，因此两者的接合困难，并且由于高熔点金属材料与碳材料的热膨胀率差而产生应力集中，变得容易破损。
另外，在(2)记载的方法中，存在如下课题：就钨层的厚度而言，数百μm左右是极限，难以形成厚的钨层。
本发明的主要目的在于提供一种新的接合体及其制造方法。
用于解决课题的方法
为了实现上述目的，本发明提供一种碳材料层和金属层接合而成的结构的接合体，在上述碳材料层与上述金属层之间形成有接合层，上述接合层含有能够烧结且在烧结时与上述金属层中的金属反应的陶瓷和烧结助剂，上述碳材料层、上述接合层和上述金属层通过烧结法而接合，上述接合层中还含有上述金属层所含的金属与上述陶瓷所含的元素反应而生成的金属化合物，上述接合层的一部分进入上述碳材料层的组织内。
发明效果
根据本发明，能够发挥增大金属层的厚度、并容易地实现金属层和碳材料层的接合、并且能够抑制接合体的破损的优异的效果。
附图说明
图1是接合体A1、A2、Z的照片，图1(a)是接合体A1的外观照片，图1(b)是接合体A2的外观照片，图1(c)是接合体Z的外观照片。
图2是接合体A1的破断面的照片。
图3是接合体A1的SEM照片，图3(a)是研磨面的照片，图3(b)是破断面的照片。
图4是表示本发明的接合体的制造工序的图，图4(a)是表示在碳材料的一个面上配置了接合材料和金属材料的状态(叠层体)的说明图，图4(b)是表示烧制后的状态(接合体)的说明图。
图5是接合体B1的结构示意图。
图6是接合体B1的截面SEM照片、以及表示该截面SEM照片中的W、Si、C的各元素的面分析结果的照片。
图7是接合体B3的截面SEM照片、以及表示该截面SEM照片中的W、Si、C的各元素的面分析结果的照片。
图8是接合体B1～B4的X射线衍射图。
图9是表示接合体B1和B2的接合机理的说明图。
图10是表示接合体B3和B4的接合机理的说明图。
具体实施方式
本发明为碳材料层和金属层接合而成的结构的接合体，在上述碳材料层与上述金属层之间形成有接合层，上述接合层含有能够烧结且在烧结时与上述金属层中的金属反应的陶瓷和烧结助剂，上述碳材料层、上述接合层和上述金属层通过烧结法而接合，上述接合层中还含有上述金属层所含的金属与上述陶瓷所含的元素反应而生成的金属化合物，上述接合层的一部分进入上述碳材料层的组织内。
如果碳材料层、含有陶瓷及烧结助剂的接合层、和金属层通过烧结法而接合，碳材料层和金属层就会被牢固地接合，因此能够抑制在碳材料层与金属层的接合界面产生龟裂、剥离等。另外，因为使用烧结法进行接合，所以能够增大金属层的厚度，而且能够容易地实施金属层和碳材料层的接合。并且，由于存在含有陶瓷的接合层，能够抑制碳材料层的碳扩散到金属层，因此能够长时间维持接合力。
除此以外，接合体的弯曲强度提高。例如，作为碳材料层，使用东洋炭素制的碳纤维复合材料[商品名：CX2002U]时，该碳纤维复合材料的3点弯曲强度约为47MPa。相对于此，将在上述碳纤维复合材料(CX2002U)上接合有钨的接合体(钨的厚度约为1mm、碳纤维复合材料的厚度为3.6mm)加工成宽度3.19mm、厚度4.6mm(钨的厚度约为1mm、碳纤维复合材料的厚度为3.6mm)的试验片尺寸，使碳纤维复合材料侧为上(压缩面)、使钨侧为下(拉伸面)，将支点间距离设为15mm时的3点弯曲强度为60MPa。这样，通过在碳纤维复合材料(碳材料)上接合钨(金属)，弯曲强度飞跃性地提高。
上述碳材料层的碳材料优选包括碳纤维复合材料、各向同性石墨、具有各向异性的石墨材料或金属含浸石墨材料。但是，不限定于这些。
在使用SiC作为上述陶瓷时，上述接合层的厚度优选为10μm以上150μm以下。
在接合层的厚度低于10μm时，在碳材料层与接合层的接合中，SiC不能充分进入碳材料层。因此，不能充分发挥锚定效果，可能导致接合不充分。另一方面，在接合层的厚度超过150μm时，由于线膨胀系数的差异等使得热应力增大，可能导致耐热冲击性减弱或者容易产生破裂。另外，也有导热性降低的危险。
但是，接合层(陶瓷层)的厚度不限定于上述厚度，因所使用的陶瓷的种类而有所不同。例如，在使用AlN作为陶瓷时，接合层(陶瓷层)的厚度优选为30μm以上500μm以下。在使用AlN进行接合时，与使用上述SiC进行接合时的接合机理不同，优选控制在该范围内。使用AlN的接合机理是利用烧结助剂的浸透的接合，因此在低于30μm时，烧结助剂量过少，不能接合。因此，使接合层的厚度为30μm以上。由于通过这样的原理而接合，所以形成接合层的原材料中所含的烧结助剂的量优选控制在3mass％以上，更优选控制在5mass％以上30mass％以下(另外，在使用SiC作为陶瓷时，形成接合层的原材料中所含的烧结助剂的量优选控制在3mass％以上20mass％以下)。另外，将接合层的厚度控制在500μm以下是为了抑制热传导的降低和热应力的增加。
另外，在用作核聚变炉的偏滤器板等时，由于作为高热流设备使用，所以希望除热能力高(导热系数高)。因此，就作为中间层的接合层而言，从防止成为导热的障碍的观点出发，接合层越薄越好。但是，在接合层过薄时，接合强度降低、或者碳材料层的碳扩散到金属层。因此，接合层的厚度不论接合层所使用的材料种类如何，优选为10μm以上500μm以下。
在上述碳材料层与上述接合层的界面，优选上述接合层进入碳材料层的组织内5μm以上。
由此，能够发挥令人满意的锚定效果。
优选上述碳材料层由碳纤维复合材料构成，上述金属层由钨构成。
如果是这样的结构，能够发挥钨所具有的耐等离子体、高强度、耐发尘、高导热、高导电等的优异的特性，以及碳纤维复合材料所具有的轻量、耐热性、高导热、导电、耐蚀性、高强度、易加工等的特性。
另外，在金属层由钨构成、使用SiC作为陶瓷的情况下，在金属层与接合层的界面中，在改变各条件(接合层的厚度、烧结时的温度或压力等)时，通常生成碳化钨，但也有时生成硅化钨或碳硅化钨。即，在金属层由钨构成、使用SiC作为陶瓷时，在金属层与接合层的界面，生成碳化钨、硅化钨、碳硅化钨中的至少1种。
优选上述碳材料层的碳材料的灰分为20ppm以下。
如果这样控制，能够抑制在使用接合体的机器内混入杂质。在此，所谓灰分是指碳系材料燃尽后残留的碳以外的无机杂质。
优选用于核聚变炉的偏滤器板和/或第一壁，但不限定于此。
其中，在接合体用于核聚变炉的偏滤器板等时，担心在高温下碳向金属层扩散，但在上述的SiC的情况下，如果在1400℃以下即使长时间暴露也没有问题。但是在为1500℃以上时，短时间没有问题，但长时间暴露时有碳扩散的危险。因此，优选以接合体的温度为1400℃以下的方式进行核聚变炉的设计。
本发明的制造方法的特征在于，包括：在碳材料层的表面依次配置含有烧结助剂的能够烧结且在烧结时与上述金属层中的金属反应的陶瓷和金属，制作叠层体的第1步骤；和将上述叠层体烧结，通过使含有上述碳材料层的碳与上述金属反应而成的金属碳化物、上述烧结助剂和上述陶瓷的接合层进入上述碳材料层，将上述碳材料层和金属层接合的第2步骤。
通过该制造方法，能够制作上述的接合体。
其中，在第1步骤中，在碳材料层的表面配置含有烧结助剂的陶瓷的情况下，可以在碳材料层的表面配置含有陶瓷和烧结助剂的混合粉末，也可以将陶瓷和烧结助剂的混合粉末与有机粘合剂、增塑剂、溶剂混合，将其压延，将得到的带状物配置在碳材料层的表面。另外，在使用带状物的情况下，可以在厚度方向上改变陶瓷或烧结助剂的含量(可以梯度化)。因此，能够缓和碳材料层与接合层、以及、接合 层与金属层之间的热应力，因此能够进一步抑制接合体破损等。另外，作为金属可以是粉末状的物质，也可以是板状的物质。
本发明为碳纤维复合材料层和钨层接合而成的结构的接合体，在上述碳纤维复合材料层与上述钨层之间形成有含有作为陶瓷的SiC和作为烧结助剂Y2O3及Al2O3的接合层，上述碳纤维复合材料层、上述接合层和上述钨层通过烧结法而接合，上述接合层含有上述钨层所含的钨反应而生成的碳化钨、硅化钨和碳硅化钨的至少一种。
如果碳纤维复合材料层、含有陶瓷和烧结助剂的接合层、和钨层通过烧结法而接合，则碳纤维复合材料层与钨层被牢固地接合，因此能够抑制在碳纤维复合材料层与钨层的接合界面产生龟裂、剥离等。另外，因为使用烧结法进行接合，所以能够增大钨层的厚度，并且能够容易地实施钨层与碳纤维复合材料层的接合。并且，由于存在含有陶瓷的接合层，能够抑制碳纤维复合材料层的碳扩散到钨层，因此能够长时间维持接合力。
除此以外，根据与上述理由同样的理由，接合体的弯曲强度提高，并且能够发挥钨所具有的耐等离子体、高强度、耐发尘、高导热、高导电等的优异的特性，以及碳纤维复合材料所具有的轻量、耐热性、高导热、导电、耐蚀性、高强度、易加工等的特性。
本发明的制造方法的特征在于，包括：在碳纤维复合材料层的表面配置包括陶瓷和烧结助剂的混合物，在该混合物上配置钨，制作叠层体的第1步骤，其中，陶瓷包括SiC，烧结助剂包括Y2O3和Al2O3；和
将上述叠层体烧结，通过含有上述烧结助剂和上述陶瓷的接合层将碳纤维复合材料层和钨层接合的第2步骤。
通过该制造方法，能够制作上述的接合体。
(其它的事项)
(1)作为接合层中的陶瓷，不限定于上述SiC、AlN，可以使用TiC、ZrC、B4C、TaC、HfC等。
另外，作为接合层中的烧结助剂，可以使用Y2O3、Al2O3、SiO2、La2O3、CeO2、Sm2O3、Yb2O3、Lu2O3等的氧化物单体或它们的混合粉体。上述烧结助剂有助于接合层的烧结，并在烧结时向碳材料层侧移 动，有助于接合层与碳材料层的接合。
(2)在本发明的接合体的制造方法中，烧结温度也有时达到1700℃以上，因此通常优选使用高熔点的金属作为金属层的金属。具体而言，除了上述钨(W)以外，还可以使用钼(Mo)、钽(Ta)、锆(Zr)、钒(V)及其合金等。另外，也可以使用铍(Be)、氧化铍(BeO)。作为金属的熔点，希望为1700℃以上，优选为2000℃以上，特别优选为2400℃以上。
另外，形成金属层的金属原材料的形状(烧结前的形状)可以是粉末状、颗粒状、箔状、板状等任意的形状，也可以组合使用这些形状。
此外，金属层的厚度只要为0.1mm以上，可以形成任意的厚度。作为偏滤器板等使用时，为1～100mm，优选为3～50mm，更优选为5～20mm。其中，如此控制厚度的下限是考虑了由于破裂造成的熔融和由于溅射产生的损耗。
(3)碳材料层的厚度没有限定，但如果考虑导热性等，优选控制在50mm以下。另外，在使用CFC材料作为碳材料层时，需要考虑CFC材料的各向异性。
(4)在将接合体用于偏滤器板等时，需要满足以下的各特性。
(a)除热能力优异(导热系数高)。
(b)对于产生破裂时的热冲击，具有充分的强度。
(c)对于产生破裂时的电磁力，具有充分的强度。
(d)对于重复数千次、乃至1～2万次的热负荷，接合层和金属层的除热能力不变。
(e)能够修复。
(f)发生放射化的量少，或者即使发生放射化，其半衰期也短。
例如，如果为以下的结构的接合体，就能够满足上述条件。
通过使用导热性比钨更优异的碳纤维复合材料，能够满足条件(a)。另外，由于除热能力提高，能够缓和热冲击，能够满足条件(b)。
通过使用碳纤维复合材料作为碳材料层，能够满足条件(c)。
在将本发明的接合体用于偏滤器板等时，并不是偏滤器板等的全部由钨等金属形成(即，钨等的厚度变薄，钨等的使用量减少)，因 此能够满足条件(f)。另外，并不是偏滤器板等的全部由钨等金属形成，因此也能够满足条件(e)。
(5)在将接合体用于偏滤器板等时，特别希望使用SiC和/或AlN作为陶瓷，并使用Y2O3和/或Al2O3作为烧结助剂。在考虑钨的再结晶化温度时，将偏滤器板等的表面的最高温度控制在1400～1600℃左右使用。接合部的温度比该温度更低(600～1200℃)，是为了防止在该温度下接合层熔融、或者发生结构变化而变脆。
另外，在用于偏滤器板等时，优选使用耐热性高、不发生放射化的材质、或者即使发生放射化其不良影响也不大的程度的量，这是因为上述接合层满足该条件。另外，优选不发生放射化的材质是因为以下的2个理由。
(a)在发生放射化时，为了安全地进行养护，必须放置到放射能变低为止。
(b)由于伴随放射化的核变换，有时热特性、机械特性发生变化，并且变化成有害的物质，或者由于α粒子的放出而引起材料的损伤或形成发泡导致强度劣化。
(6)在进行与冷却管等冷却机构的连接时，如果是本发明的结构，能够在铜合金或不锈钢制的冷却机构与金属层之间配置杨氏模量比它们更低的碳材料层。因此，能够进一步缓解热应力，因此即使在更高温的条件下，也能够使用接合体。
[实施例]
〔第1实施例〕
(实施例1)
在CFC层(东洋炭素制的碳纤维复合材料[商品名：CX2002U]，直径为40mm，厚度为10mm，灰分为5ppm)上依次配置0.25g的SiC(作为烧结助剂，添加相对于SiC的比例为3mass％的Y2O3和6mass％的Al2O3)和25g钨粉末，制作叠层体。接着，利用SPS法(放电等离子体烧结法)，在温度1800℃、压力30MPa的条件下，将上述叠层体以5分钟、真空下进行脉冲通电烧结，从而进行烧结制作接合体。
这样制得的接合体下面称为接合体A1。
(实施例2)
除了将钨粉末量设为125g以外，与上述实施例1同样操作，制作接合体。
这样制得的接合体下面称为接合体A2。
(实施例3)
除了将钨粉末量设为50g以外，与上述实施例1同样操作，制作接合体。
这样制得的接合体下面称为接合体A3。
(比较例)
在CFC层上直接配置钨粉末(不配置SiC)，除此以外，与上述实施例1同样操作，制作接合体。
这样制得的接合体下面称为接合体Z。
(实验)
对于上述接合体A1～A3、Z，研究CFC层的厚度、钨层的厚度、以SiC为主要成分的接合层(中间层)的厚度，将这些结果表示在表1中。另外，对于上述接合体A1～A3、Z，进行研磨和破断，研究在研磨、破断的中途钨层是否从CFC层剥离，将其结果表示在表1中。另外，将研磨、破断后的接合体A1、A2、Z的照片表示在图1(a)～(c)中。其中，图1(a)是接合体A1的照片，图1(b)是接合体A2的照片，图1(c)是接合体Z的照片。
[表1]
由表1和图1(a)～(c)可知，在不具有接合层的接合体Z中，研磨、破断中发生钨层的剥离，而在具有接合层的接合体A1～A3中，研磨、破断后也不发生钨层的剥离。
对于接合体A1的破断面进行研究，可以确认如图2所示在钨层与CFC层之间形成有WC(碳化钨)。然后，对接合体A1的研磨面、破 断面进行详细研究，可以确认如图3(a)、(b)所示，在以SiC为主要成分的接合层与钨层的界面附近的钨层内形成有WC(碳化钨)。
另外，根据这些照片，基于图4(a)、(b)对接合体A1的结构进行说明。其中，图4(a)是表示烧结前的叠层体的说明图，图4(b)是表示烧结后的接合体的说明图。对在CFC层3上配置有含有烧结助剂的SiC粉末2和钨粉末1的叠层体[图4(a)]进行烧结时，能够得到图4(b)所示的接合体。在该接合体中，符号4是钨层(W层)，符号5是经烧结后的碳化钨层(WC层)，符号6是SiC与WC的混合层(其中，在SiC颗粒的周围存在Y2O3和Al2O3的晶界层。以下有时称为SiC、WC混合层)，符号7是进入CFC层3且烧结的SiC和WC(进入量为10μm)。其中，上述碳化钨层5并不是全部由碳化钨构成，也可以包含不与碳反应的金属钨。
这里，对上述钨层4和CFC层3的接合原理进行说明。以适度的压力和温度对上述叠层体进行加压加热时，通过烧结前的加压，首先，一部分的SiC和钨粉末进入CFC层3的碳纤维束间的间隙中。接着，伴随烧结，Y2O3、Al2O3等的烧结助剂熔融，由此SiC进行粒成长。另外，通过加热，钨与碳反应生成碳化钨(WC)。然后，成长的SiC颗粒和WC颗粒通过加压进一步牢固地进入CFC的间隙和纤维中，因此能够发挥充分的锚定效果。
另一方面，钨层4和SiC、WC混合层6，通过形成碳化钨层5、并且伴随上述烧结助剂的熔融而生成的Y－Al－Si－O相与WC和SiC相互结合而接合。
即，可以认为SiC、WC混合层6与CFC层3的接合主要是通过物理的锚定效果而实现的，可以认为钨层4与SiC、WC混合层6的接合是通过化学结合而实现的。这样，通过物理接合和化学接合，各界面间被牢固地接合。
其中，接合体A1的碳化钨层5的厚度为80μm，在碳化钨层5的厚度过大(200μm以上)时，可能导致热冲击性变弱、热传导降低。因此，将接合体用于机器且温度上升时(其中，此时的温度比烧结时的温度低600～1000℃左右)，需要防止CFC层3中的碳扩散到钨层4中。但是，如上述结构，如果在CFC层3与钨层4之间存在SiC、 WC混合层6，就能够抑制CFC层3中的碳扩散到钨层4中。
如上述接合体Z，在不设置SiC、WC混合层6，直接将钨层4和CFC层3接合时，虽然钨层4和CFC层3不接合的理由尚不明确，但可以认为是因为碳化钨(WC)颗粒大幅生长、锚定效果不能充分发挥的缘故。而且，可以认为由于钨层4和CFC层3未被牢固地接合，在研磨、破断中发生钨层4的剥离。
另外，可以认为在接合体A1、A2的接合界面，CFC层3和钨层4充分地接合，因此CFC层3与钨层4的接合界面强度比CFC层3本身更强。
〔第2实施例〕
(实施例1)
代替CFC层，使用直径25mm、厚度4mm的各向同性石墨材料(东洋炭素株式会社制IG－12，气孔率约16％)，在各向同性石墨材料的两面配置SiC和钨粉末，将烧结时的温度设为1700℃，除此以外，与上述第1实施例的实施例1同样操作，制作接合体。
这样制得的接合体下面称为接合体B1。
接合体B1的示意结构如图5所示，在各向同性石墨材料8的上下两面形成含有W、Si和C元素的中间层6，并在各混合层6的外侧形成钨层4。
(实施例2)
除了将烧结时的温度设为1800℃以外，与上述第2实施例的实施例1同样操作，制作接合体。
这样制得的接合体下面称为接合体B2。
(实施例3)
除了将烧结时的温度设为1900℃以外，与上述第2实施例的实施例1同样操作，制作接合体。
这样制得的接合体下面称为接合体B3。
(实施例4)
除了将烧结时的温度设为2000℃以外，与上述第2实施例的实施例1同样操作，制作接合体。
这样制得的接合体下面称为接合体B4。
(实验1)
拍摄接合体B1、B3的截面SEM照片，并且，进行该截面SEM照片中的W、Si和C的各元素的面分析，将这些结果表示在图6和图7中。图6是接合体B1的截面SEM照片等，图7是接合体B3的截面SEM照片等。其中，图6和图7的截面SEM照片中的点α是后述的XRD图案的测定部位。
在图6和图7所示的截面SEM照片中，接合体B1、B3在界面都没有观察到龟裂或空隙，判断获得了良好的接合状态。各向同性石墨材料的气孔率约为16％(参照第2实施例的实施例1)，因此接合体B1、B3都在各向同性石墨材料中看到了Si的分布，判断与上述的接合体A1、A2同样，SiC进入各向同性石墨材料中并烧结。另外，在接合体B1中，如图4所示，在钨层与以SiC为主要成分的接合层之间观察到了由W、Si和C构成的混合层。在接合体B3中，以SiC为主要成分的中间层消失，判断在钨层与各向同性石墨材料之间形成含有W和C的大范围的接合层。另外，在接合体B3中，在各向同性石墨材料中存在Si，尽管比接合体B1少，但由此可知通过SiC进入各向同性石墨材料中并烧结而接合。并且在钨层中观察到少量的C，还可知碳原子扩散到钨层中。
(实验2)
对于接合体B1～B4，进行使用CuKα射线的X射线衍射测定(X射线衍射装置为株式会社Rigaku制Ultima IV)，将这些结果表示在图8中。另外，接合体B1对应于图8(a)，接合体B2对应于图8(b)，接合体B3对应于图8(c)，接合体B4对应于图8(d)。另外，接合体B1、B3中的测定点为图6和图7的截面SEM照片中的点α。另外，对于接合体B2和B4，也在与接合体B1、B3相同的部位(钨层的稍下方)进行测定。
由图8(a)可以判断：在接合体B1中，在接合层的钨层附近，形成含有W2C、WC和少量的W5Si3的反应相。另外，在接合体B3中，与图7的结果相符，可知在钨层与各向同性石墨材料之间几乎不存在Si。可以推测其原因是因为由于真空中1900℃的加热使得Si挥发的缘故。
(实验3)
对于接合体B1～B4，测定钨层与各向同性石墨材料的接合强度(装置为株式会社岛津制作所制EZ－L)，将其结果表示在表2中。
实验如下操作进行。
用金刚石刀具将各接合体切割成4mm×4mm×6mm(叠层方向为6mm)，利用环氧树脂在钨层的上下表面粘接SUS制夹具。使用该夹具，通过万能试验机，以0.5mm/min进行拉伸使得叠层方向受到拉伸负荷，在破断时显示最大负荷。由该最大负荷算出拉伸强度。并目测确认破断部位。
[表2]
在任一个接合体中，拉伸强度都超过10MPa，可知各向同性石墨材料与钨层被牢固地接合。另外由于破断部位为各向同性石墨材料中的部位，由此可以推测接合部分的接合强度充分。所使用的各向同性石墨材料的拉伸强度约为28MPa，因此与各向同性石墨材料相比，任一个接合体均可见拉伸强度的降低。可以认为接合时的温度越高，拉伸强度越低，因此由于接合时产生的热应力使得拉伸强度降低。
由以上可以推测，接合体B1～B4的接合以图9和图10所示的机理接合。图9表示接合体B1和B2的推测的接合机理，图10表示接合体B3和B4的推测的接合机理。在接合体B1和B2中，可以推测如图9所示，存在2个接合层9、10，接合层9与钨层4接合，接合层10与各向同性石墨材料8接合。而在接合体B3和B4中，可以推测如图10所示，只存在1个接合层11，接合层11与钨层和各向同性石墨材料接合。
产业上的可利用性
本发明可以用于散热件、电子束喷镀装置等具有冷却机构的束流 收集器或开孔、核聚变炉的偏滤器板/第一壁、X射线旋转对阴极、放热部件、耐热部件等。
符号说明
1：钨粉末；2：含有烧结助剂的SiC粉末；3：CFC层；4：钨层；5：经烧结的碳化钨层；6：SiC和WC的混合层(或者含有W、Si和C元素的中间层)；7：进入CFC层且烧结的SiC和WC；8：各向同性石墨材料；9：接合层；10：接合层；11：接合层。

Claims (11)

1.一种接合体，其特征在于：
其为碳材料层和金属层接合而成的结构的接合体，
在所述碳材料层与所述金属层之间形成有接合层，所述接合层含有能够烧结且在烧结时与所述金属层中的金属反应的陶瓷和烧结助剂，所述碳材料层、所述接合层和所述金属层通过烧结法而接合，
所述接合层中还含有所述金属层所含的金属与所述陶瓷所含的元素反应而生成的金属化合物，
所述接合层的一部分进入所述碳材料层的组织内。
2.如权利要求1所述的接合体，其特征在于：
所述接合层含有通过所述烧结助剂而进行了粒成长的所述陶瓷的颗粒。
3.如权利要求1或2所述的接合体，其特征在于：
所述接合层，通过伴随所述烧结助剂的熔融而生成的陶瓷复合层与所述金属化合物和所述陶瓷相互结合而与所述金属层接合。
4.如权利要求1所述的接合体，其特征在于：
所述金属层中的金属的熔点为1700℃以上。
5.如权利要求1或2所述的接合体，其特征在于：
所述碳材料层的碳材料包括碳纤维复合材料、各向同性石墨、具有各向异性的石墨材料或金属含浸石墨材料。
6.如权利要求1、2或4所述的接合体，其特征在于：
在使用SiC作为所述陶瓷时，所述接合层的厚度为10μm以上150μm以下。
7.如权利要求1、2或4所述的接合体，其特征在于：
在所述碳材料层与所述接合层的界面，所述接合层进入碳材料层的组织内5μm以上。
8.如权利要求1、2或4所述的接合体，其特征在于：
所述碳材料层由碳纤维复合材料构成，所述金属层由钨构成。
9.如权利要求1、2或4所述的接合体，其特征在于：
所述碳材料层的碳材料的灰分为20ppm以下。
10.如权利要求1、2或4所述的接合体，其特征在于：
其用于核聚变炉的偏滤器板和/或第一壁。
11.一种接合体的制造方法，其特征在于，包括：
在碳材料层的表面依次配置含有烧结助剂的能够烧结且在烧结时与金属反应的陶瓷和所述金属，制作叠层体的第1步骤；和
将所述叠层体烧结，通过使含有所述碳材料层的碳与所述金属反应而成的金属碳化物、所述烧结助剂和所述陶瓷的接合层进入所述碳材料层内，将所述碳材料层和金属层接合的第2步骤。
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