CN1988049A - 铜合金散热片 - Google Patents

铜合金散热片 Download PDF

Info

Publication number
CN1988049A
CN1988049A CNA200610168857XA CN200610168857A CN1988049A CN 1988049 A CN1988049 A CN 1988049A CN A200610168857X A CNA200610168857X A CN A200610168857XA CN 200610168857 A CN200610168857 A CN 200610168857A CN 1988049 A CN1988049 A CN 1988049A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wall member
aldary
copper
heat radiator
hot baffle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA200610168857XA
Other languages
English (en)
Inventor
B·舍德勒
Th·胡贝尔
A·察贝尼格
K·沙伊贝尔
D·舍德勒
Th·弗里德里希
H-D·弗里德尔
S·迈尔
N·韦尔莱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plansee SE
Original Assignee
Plansee SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plansee SE filed Critical Plansee SE
Publication of CN1988049A publication Critical patent/CN1988049A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11—Details
    • G21B1/13—First wall; Blanket; Divertor
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11—Details
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • 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
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及热核反应堆的第一壁构件，其包括至少一个挡热板，所述挡热板由选自石墨材料、碳材料、钨和钨合金的材料制成，和铜合金散热片，所述散热片由溅射压塑的铜合金制成。

Description

铜合金散热片
技术领域
本发明涉及热核反应堆的第一壁构件，其包括至少一个挡热板，所述挡热板由选自石墨材料、碳材料、钨和钨合金的材料制成，和铜合金散热片。
背景技术
这种第一壁构件的用途的典型实例是处于超过10MW/m2的极端高的热载荷条件下的翻转器和限幅器。第一壁构件通常包括挡热板和散热区。挡热板材料必须与等离子体相容，对物理和化学的溅射具有高的耐受性，高的熔点/升华点以及对热冲击的尽可能高的耐受性。另外，它还必须具有高的热导率，低的中子活化和适当的强度/断裂韧性，以及好的可利用性和可接受的成本。除了钨，石墨和碳材料最佳地符合这种多变化的且在某种程度上有冲突的要求。由于来自等离子体的能量流长时间地作用于这些构件，这种第一壁构件通常是有效冷却的。通过铜合金散热片散热，所述散热片通常由材料结合剂与挡热板连接。为了减少由塑性变形引起的挡热板和散热片的不同热膨胀特性所导致的应力，在散热片由高强度铜合金例如铜-铬-锆制成的情况下，挡热板通过纯铜中间层与散热片连接。其中，所述的纯铜中间层的厚度通常为0.5到3mm。
第一壁构件可由不同的设计制成。这里，所引起的区别为平瓦状、鞍部状和整体状设计。如果具有一平坦连接面的挡热板与散热片连接，冷却液流动通过该散热片，这被称为平瓦状设计。在鞍部状设计中，具有一半圆形凹槽的挡热板与管形的散热片连接。在每种设计中，散热片具有形成热量输入侧和冷却介质之间的热触点的功能，且因而暴露于由温度梯度和连接在一起的元素的不同膨胀系数所引起循环的、由热引起的载荷中。在整体状设计中，第一壁构件包括一具有同心管道的挡热板。挡热板通过该同心管道与冷却管连接。除了挡热板和散热片，第一壁构件还可以包括其他区域/部件，例如钢连接导管。
第一壁构件不仅须经受由热引起的机械应力，而且还须经受额外发生的机械应力。这种额外的机械载荷可能由电磁引起的电流生成，这些电流流入构件并与周围的磁场相互作用。这可以涉及高频率加速力的出现，其必须由挡热板或由挡热板/散热片连接区传输。
在这种情况下，石墨和铜之间的连接区显示出这种复合材料的弱点。EP 0 663 670 B1描述了一种用于生产连接区中具有改良强度的冷却装置的方法。其中，熔化状态的铜与挡热板接触，在连接操作过程中，连接区提供一种或多种元素周期表的第IV族和/或第V族金属元素。固化及操作固化的铜层之后，将后者例如通过HIP或焊接法与散热片连接。也可以使用电波焊接法。
然而，由于所使用材料的几何条件和组合，连接区中的缺陷只能通过相应数量的工作来检测。对于第一壁构件，使用超声波探伤法来做这项工作。就现有技术的构件来说，在超声波探伤中出现的困难是，到目前为止，散热片所使用的材料具有局部过量的差异的声衰减，这也正是本申请所需要解决的。
就所用的脉冲回声法来说，缺陷反射出来的声幅被用作测量该缺陷尺寸。就目前使用的材料以及用于核子融合的临界的缺陷尺寸来说，不可能明确区分哪些强度是来自于该缺陷，以及哪些元素已经被散热片的材料所吸收。因此，振幅信号不能提供连接区区域的缺陷尺寸的可靠指示。针对这种构件的核辐射环境背景，其产生相应的问题，特别是因为裂缝/脱离可被认为是更重大事件的可能的触发器。
因此，在连接过程之前，必须要记录散热片的声衰减特征。在连接过程之后，再次测定缺陷信号的强度并从中减去表示散热片特征的声衰减。合成振幅水平与连接区区域的缺陷尺寸相关。这种测试法很费劲，且对测量结果的错误判断敏感。尽管在第一壁构件领域中的费劲的研究工作已经进行了许多年，迄今为止可用的结构构件仍没有最佳地符合关于无损测试的要求。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种第一壁构件，可以以简单方法对该构件进行无损测试。
该目的通过权利要求1的特征来实现。
当使用溅射-压塑(spray-compact)的铜合金散热片时，不会发生差异的声衰减。溅射压塑是一种生产半成品金属制品的方法。它包括将熔化态转化为固态，并同时通过雾化的中间步骤制备压紧的预制件。该预制件是一钢坯，其通过通用成形法进一步加工。溅射压塑是一种介于粉末冶金和压制之间的方法。
已经发现，当使用溅射压塑的铜合金时，材料中的局部声衰减均匀到一定的程度，以至不再需要记录声衰减图。其中，有利地，铜合金的平均粒度＜50μm。而且，铜合金的窄的粒度分布也是有利的。因此，d50和d90值满足以下关系：d90＜3×d50。这里d90是指不超过90％的颗粒的粒度。类推的，d50是指不超过50％的颗粒的粒度。
当使用溅射压塑的铜合金时，有利地，它们是沉淀-可硬化的，例子是铜-铬-锆合金(DIN EN 2.1293)。其中，典型的铬含量为0.3到1.2wt％，锆含量为0.03到0.3wt％，其余为铜和典型的杂质。
已经提到，该溅射-压塑的钢坯要通过通用成形法例如压制或辗滚进一步加工。为了获得超声波图的足够的均匀性，变形度大于70％也是有利的。可以用本发明的散热片产生整体型的第一壁构件和平瓦型的第一壁构件。由于颗粒的细微，以及所选择的合金元素，本发明散热片具有高强度，有利地，纯铜的中间层设置在散热片和挡热板之间，用以减小塑性变形造成的应力。
除了更简单以及连接区区域更可靠的无损试验的优点，溅射-压塑的铜合金还具有极端稳定的显微结构。例如，溅射-压塑的铜-铬-锆合金仅在固溶退火温度的相应接近的温度下重结晶。由于挡热板和散热片之间的材料结合剂的所需温度通常为700℃到1000℃，因此这种显微结构的稳定性具有特殊的意义。当熔化-冶金产生的散热片导致重结晶和晶粒变粗时，其特别在薄壁、承受压力的结构件中是极端关键的，而溅射压塑材料避免了显微结构的改变。
以下通过一个实施例来详细描述本发明。
具体实施方式
铜-铬-锆合金，其中铬含量为0.8wt％，锆含量为0.15wt％，其余为铜和杂质，用于生产第一壁构件。
因此铜合金的制备包括以下步骤：
首先，电感熔化铜-铬-锆合金。熔化物通过喷雾嘴喷入氮而雾化成直径约75μm微滴。选择微滴从喷雾嘴到基片座的飞行距离，以使当它们在基片座上撞击时，微滴处于固相线温度和液相线温度之间的状态。因而，基片座上形成了直径约470mm的钢坯。其中，钢坯的平均粒度为100μm。高冷却速率避免了枝晶间空隙中的树枝状结构和离析。通过压制和辗滚进一步加工钢坯。切成500mm长的辗杆的横截面为30×65mm。测得的平均粒度为30μm。90％的颗粒的粒度为＜70μm。与熔化-冶金生成的材料相反，在该铜-铬-锆条上进行超声检验，以确定在检测的音量里显示出均匀的声衰减的声衰减特性。随后，将2mm厚的纯铜板(65×500mm)置于该条上。由此得到的组件置于钢罐中。该罐由TIG焊接密封，密封之后抽空，并以气密方式封闭。随后，在1000℃和1000巴下进行热等静压操作，由此，纯铜板和溅射-压塑的铜-铬-锆条间形成了无缺陷的在很大程度上粘合(material bond)。为检查缺陷的检测极限，在纯铜侧上设置浅孔，所述浅孔的直径范围为2到10mm，十字缝隙和缝隙宽度同样也为2到10mm。孔和十字缝隙到达纯铜/铜-铬-锆连接区。因此它们代表了典型的可能的缺陷。随后的超声检验中，可以明确检测所有引入的缺陷，缺陷评价不需要使用先前记录的声衰减特性。
超声波探伤法中，通过脉冲回声法，混合材料车身从铜-铬-锆侧朝30mm厚度的连接区方向经受超声波输送。该测试通过浸没法进行。选择以下方法参数：
测试频率：5MHz
试验头：Harisonic 13-0506-R
振幅直径：0.375″
焦距：2″SPM
随后进行的金相检验显示，与初始状态相比，几乎没有显微结构的改变。

Claims (8)

1.热核反应堆的第一壁构件，其包括至少一个挡热板，所述挡热板由选自石墨材料、碳材料、钨和钨合金的材料制成，和铜合金散热片，其特征在于，所述散热片由溅射压塑的铜合金制成。
2.如权利要求1所述的第一壁构件，其特征在于，所述铜合金的平均粒度＜50μm。
3.如权利要求1或2所述的第一壁构件，其特征在于，所述铜合金粒度分布的d90值和d50值满足以下关系：d90＜3×d50。
4.如权利要求1到3中任一所述的第一壁构件，其特征在于，所述铜合金是沉淀-可硬化的。
5.如权利要求4所述的第一壁构件，其特征在于，所述铜合金包含0.3到1.2wt％的铬、0.03到0.3wt％的锆，其余为铜和通常的杂质。
6.如权利要求1到5中任一所述的第一壁构件，其特征在于，所述铜合金的变形度大于70％。
7.如权利要求1到6中任一所述的第一壁构件，其特征在于，所述的散热片和挡热板之间设置有纯铜中间层。
8.如权利要求1到7中任一所述的第一壁构件，其特征在于，所述的第一壁构件以整体型或作为平瓦状形成。
CNA200610168857XA 2005-12-23 2006-12-06 铜合金散热片 Pending CN1988049A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATGM886/2005 2005-12-23
AT0088605U AT9000U1 (de) 2005-12-23 2005-12-23 Wärmesenke aus einer kupferlegierung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1988049A true CN1988049A (zh) 2007-06-27

Family

ID=37592031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA200610168857XA Pending CN1988049A (zh) 2005-12-23 2006-12-06 铜合金散热片

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20080100991A1 (zh)
EP (1) EP1801812A3 (zh)
JP (1) JP5295497B2 (zh)
KR (1) KR101308327B1 (zh)
CN (1) CN1988049A (zh)
AT (1) AT9000U1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101712115B (zh) * 2008-10-07 2011-05-18 北京有色金属研究总院 一种电子元件用梯度结构铜散热片的制备方法
CN104416973A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 核工业西南物理研究院 用于聚变装置高热负荷部件的钨铜模块及其制备方法
CN105651861A (zh) * 2016-03-22 2016-06-08 华南理工大学 一种基于传感器融合的cpu散热器检测系统

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130058448A1 (en) * 2011-09-06 2013-03-07 Battelle Energy Alliance, Llc Vibro-acoustic sensors for materials characterization and related methods and systems
US9992917B2 (en) 2014-03-10 2018-06-05 Vulcan GMS 3-D printing method for producing tungsten-based shielding parts
CN103886919B (zh) * 2014-03-26 2016-02-17 北京工业大学 利用叠片结构提高聚变堆内壁耐等离子体辐照性能的方法
WO2019239655A1 (ja) * 2018-06-14 2019-12-19 古河電気工業株式会社 銅合金粉末、積層造形物および積層造形物の製造方法ならびに各種金属部品

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3036890B2 (ja) * 1991-05-10 2000-04-24 川崎重工業株式会社 ダイバータ板の構造
DE4201065C2 (de) * 1992-01-17 1994-12-08 Wieland Werke Ag Anwendung des Sprühkompaktier-Verfahrens zur Verbesserung der Biegewechselfestigkeit von Halbzeug aus Kupferlegierungen
JPH06285652A (ja) * 1993-04-05 1994-10-11 Toshiba Corp プラズマ対向部品の接合方法
AT399473B (de) * 1993-09-14 1995-05-26 Plansee Metallwerk Thermisch hoch belastbares bauteil
AT400909B (de) * 1994-01-17 1996-04-25 Plansee Ag Verfahren zur herstellung einer kühleinrichtung
AT401900B (de) 1995-05-02 1996-12-27 Plansee Ag Verfahren zur herstellung eines thermisch hoch belastbaren bauteils
US5988488A (en) * 1997-09-02 1999-11-23 Mcdonnell Douglas Corporation Process of bonding copper and tungsten
AT3175U1 (de) * 1999-02-05 1999-11-25 Plansee Ag Verfahren zur herstellung eines thermisch hoch belastbaren verbundbauteiles
EP1251186A1 (de) * 2001-04-19 2002-10-23 Wieland-Werke AG Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung und deren Verwendung
JP4045114B2 (ja) 2002-03-27 2008-02-13 株式会社東芝 核融合装置受熱機器の製造方法
AT6636U1 (de) * 2003-04-02 2004-01-26 Plansee Ag Verbundbauteil für fusionsreaktor
AT9173U1 (de) * 2005-12-06 2007-05-15 Plansee Se Erste-wand-komponente mit ringsegment

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101712115B (zh) * 2008-10-07 2011-05-18 北京有色金属研究总院 一种电子元件用梯度结构铜散热片的制备方法
CN104416973A (zh) * 2013-09-06 2015-03-18 核工业西南物理研究院 用于聚变装置高热负荷部件的钨铜模块及其制备方法
CN105651861A (zh) * 2016-03-22 2016-06-08 华南理工大学 一种基于传感器融合的cpu散热器检测系统
CN105651861B (zh) * 2016-03-22 2018-07-20 华南理工大学 一种基于传感器融合的cpu散热器检测系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR101308327B1 (ko) 2013-09-17
US20090175400A1 (en) 2009-07-09
EP1801812A3 (de) 2012-05-16
US8580383B2 (en) 2013-11-12
KR20070066983A (ko) 2007-06-27
US20080100991A1 (en) 2008-05-01
JP2007171198A (ja) 2007-07-05
EP1801812A2 (de) 2007-06-27
AT9000U1 (de) 2007-03-15
JP5295497B2 (ja) 2013-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1988049A (zh) 铜合金散热片
Stern et al. Interface phenomena and bonding mechanism in magnetic pulse welding
Ellis Joining of aluminium based metal matrix composites
Krajewski et al. Ultrasonic-vibration assisted arc-welding of aluminum alloys
Yu et al. Magnetic pulse cladding of aluminum alloy on mild steel tube
US8249210B2 (en) Monobloc cooling device component
Sanders et al. High power Nd: YAG and CO 2 laser welding of magnesium
Wang et al. Investigation of welding crack in laser welding-brazing welded TC4/6061 and TC4/2024 dissimilar butt joints
Deng et al. Microstructure evolution and mechanical properties of transient liquid phase bonded Ti–6Al–4V joint with copper interlayer
Longtin et al. Benign joining of ultrafine grained aerospace aluminum alloys using nanotechnology
Huang et al. A study on the metallurgical and mechanical properties of a GMAW-welded Al-Mg alloy with different plate thicknesses
Kannan et al. Influence of silver interlayer in dissimilar 6061-T6 aluminum MMC and AISI 304 stainless steel friction welds
CN102794612A (zh) 一种W/Cu复合构件的制备方法
Rajkumar et al. Effect of welding speed on the mechanical properties of AA6061 Al alloy joined by friction stir welding
Lenin et al. Influence of interlayer thickness (Zn) on the properties of Al 7020 FSW joints
Murugan et al. Weldability and fracture behaviour of low carbon steel/aluminium/stainless steel clad sheet with resistance spot welding
Chatterjee et al. Physical and mechanical characterization of dissimilar laser welded joints of AISI 316/Cu/SMA using fiber laser technology
US20150158273A1 (en) Powder metallurgical article
US5296675A (en) Method for improving high temperature weldments
US5296676A (en) Welding of aluminum powder alloy products
US3469301A (en) Process for the production of bonded metal structures
CN109570745A (zh) 一种超声波辅助含能纳米复合颗粒压坯自蔓延连接金属与非金属的方法
Jiang et al. Research on laser welding-brazing of dissimilar Mg alloy and stainless steel
Watson et al. Development of high-Z plasma facing components for ITER
Mishra et al. Review of Advanced Joining Technique for Aluminium Alloys and its Properties

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Open date: 20070627