JP2023028877A - Bonded body of carbon material and tungsten material and manufacturing method thereof - Google Patents

Bonded body of carbon material and tungsten material and manufacturing method thereof Download PDF

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Abstract

To provide a bonded body of carbon material and tungsten material in which the bonding strength is enhanced by bonding the carbon material and the tungsten material via a metallic intermediate material, and a method for manufacturing the same.SOLUTION: In a bonded body 10 obtained by bonding carbon material and tungsten material via a metallic intermediate material 13 which comprises one of Fe, Ti, Ti alloys, Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, and Ni arranged between carbon material 11 and tungsten material 12, the carbon material 11 and the tungsten material 12 are bonded by heating the carbon material 11, the tungsten material 12 and the intermediate material 13 by pulse electric current while pressurizing them using a pulsed discharge sintering device based on the spark plasma sintering method.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、炭素材とタングステン材の接合体と、その接合体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bonded body of a carbon material and a tungsten material and a manufacturing method of the bonded body.

核融合炉のダイバータ板のように、高温のプラズマに晒される部位には、耐熱性に優れ低放射化特性、高熱伝導性を有する材料である黒鉛や炭素繊維複合材料などの炭素材が適用される場合がある。
しかし、この炭素材をダイバータ板に用いると、プラズマによるスパッタリングにより表面に損傷を受け易く、また、トリチウムを保持し易いという問題があった。
Carbon materials such as graphite and carbon fiber composites, which are materials with excellent heat resistance, low activation characteristics, and high thermal conductivity, are applied to parts exposed to high-temperature plasma, such as the divertor plate of a nuclear fusion reactor. may occur.
However, when this carbon material is used for the divertor plate, there is a problem that the surface is easily damaged by plasma sputtering, and tritium is easily retained.

そこで、炭素材の表面を、耐熱性の金属材料で被覆することが提案され、その被覆材料として、耐スパッタリング特性に優れ、水素同位体との化学親和性が低く、高融点、高熱伝導であり、炭素材と熱膨張係数も近いタングステンが好適であると想定されている。 Therefore, it has been proposed to coat the surface of the carbon material with a heat-resistant metal material. The coating material has excellent sputtering resistance, low chemical affinity with hydrogen isotopes, a high melting point, and high thermal conductivity. , it is assumed that tungsten, which has a coefficient of thermal expansion close to that of the carbon material, is suitable.

特許文献1には、炭素繊維複合材料層とタングステン層を接合した炭素材とタングステン材の接合体であって、炭素繊維複合材料層とタングステン層の間に、SiCとY23とAl23を含む接合層を配置し、焼結法により接合した炭素材とタングステン材の接合体が開示されている。
特許文献2には、炭素材の表面にシリコン層を介してタングステン材を接合する接合技術が開示されている。
Patent Document 1 discloses a joined body of a carbon material and a tungsten material in which a carbon fiber composite material layer and a tungsten layer are joined, wherein SiC, Y 2 O 3 and Al 2 are interposed between the carbon fiber composite material layer and the tungsten layer. A bonded body of a carbon material and a tungsten material is disclosed in which a bonding layer containing O 3 is arranged and bonded by a sintering method.
Patent Literature 2 discloses a joining technique for joining a tungsten material to the surface of a carbon material via a silicon layer.

特許第6380756号公報Japanese Patent No. 6380756 特開2009-51524号公報JP 2009-51524 A

前記のように、核融合炉のダイバータ板等では、炭素材の表面を、耐スパッタリング特性に優れ、水素同位体との化学親和性が低く、高融点、高熱伝導であり、炭素材と熱膨張係数も近い耐熱性のタングステン材で被覆することが提案されている。 As described above, in the divertor plate of the nuclear fusion reactor, the surface of the carbon material has excellent sputtering resistance, low chemical affinity with hydrogen isotopes, high melting point, high thermal conductivity, and thermal expansion with the carbon material. It has been proposed to coat with a heat-resistant tungsten material having a similar coefficient.

しかし、炭素材とタングステン材とを焼結法や拡散法で直接接合することは困難で、炭素材とタングステン材との間に配置する中間材に、種々のセラミックス等の非金属材料を適用することが提案されて来たが、これまで中間材として耐熱性に優れる金属材料を適用し十分な接合強度を発揮可能な炭素材とタングステン材の接合体は提案されておらず、その炭素材とタングステン材の接合体の製造方法であって製造技術的に有利な製造方法も提案されていない。 However, it is difficult to directly join a carbon material and a tungsten material by a sintering method or a diffusion method. However, until now, no proposals have been made for a joint of a carbon material and a tungsten material that can demonstrate sufficient joint strength by applying a metal material with excellent heat resistance as an intermediate material. There is no proposal for a method of manufacturing a joined body of tungsten materials, which is advantageous in terms of manufacturing technology.

特許文献1の炭素材とタングステン材の接合体においては、炭素繊維複合材料層と粉体のタングステン層の間に、セラミックスの接合層を配置し、1700℃や1800℃或いはそれ以上の温度で焼結して接合している。
例えば、純タングステンは、二次再結晶(以下、再結晶という)による粒の粗大化が始まるとされる温度(再結晶温度)が、1800K(1527℃)とされている。
上記焼結温度は純タングステンの再結晶温度を大幅に越えているため、タングステンが脆くなり易いため、必要な接合強度が得られるか否か疑問である。しかも、粉体のタングステン層を採用するため、大型部品の製造に適しておらず、製造コストも高くなる。
In the bonded body of the carbon material and the tungsten material of Patent Document 1, a ceramic bonding layer is arranged between the carbon fiber composite material layer and the tungsten powder layer, and baked at a temperature of 1700 ° C. or 1800 ° C. or higher. It is tied and joined.
For example, for pure tungsten, the temperature (recrystallization temperature) at which coarsening of grains due to secondary recrystallization (hereinafter referred to as recrystallization) begins is 1800K (1527°C).
Since the above sintering temperature greatly exceeds the recrystallization temperature of pure tungsten, tungsten tends to become brittle. Moreover, since the powder tungsten layer is used, it is not suitable for manufacturing large parts, and the manufacturing cost is high.

特許文献2の接合技術では、炭素材料の表面にシリコン層を介してタングステン材料を接合するため、接合部はWSi2やSiC等の非金属を介して接合されるから、金属を介して接合する場合に比べて接合強度を高めることが難しい。しかも、Siのスラリーや粉体を用いて接合するため、製作時における接合の生産性を高めるのが難しく、製造コストが高くなる。 In the bonding technique of Patent Document 2, since the tungsten material is bonded to the surface of the carbon material via the silicon layer, the bonding portion is bonded via a non-metal such as WSi 2 or SiC, so the bonding is performed via the metal. It is difficult to increase the bonding strength as compared with the case. Moreover, since Si slurry or powder is used for bonding, it is difficult to improve the productivity of bonding during manufacturing, and the manufacturing cost increases.

本発明の目的は、金属製の中間材を介して炭素材とタングステン材を接合して接合強度を高めた炭素材とタングステン材の接合体と、その製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a joined body of a carbon material and a tungsten material, in which the joining strength is increased by joining the carbon material and the tungsten material through a metal intermediate material, and a manufacturing method thereof.

本願の第1発明は、炭素材とタングステン材とを接合した炭素材とタングステン材の接合体であって、炭素材とタングステン材の間に配置したFe,Ti, Ti合金,Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, Ni のうちの何れかの金属材料製の中間材を介して接合されていることを特徴としている。 The first invention of the present application is a joined body of a carbon material and a tungsten material in which a carbon material and a tungsten material are joined, wherein Fe, Ti, Ti alloy, Cr, V, Mo , Cu, Re, Zr, and Ni through an intermediate member made of a metallic material.

上記の構成によれば、炭素材とタングステン材とを金属製の中間材を介して接合するため、タングステン材と金属製の中間材とは強固に接合され、炭素材と中間材とは金属炭化物を介して接合される。そのため、接合強度に優れる炭素材とタングステン材の接合体が得られる。 According to the above configuration, since the carbon material and the tungsten material are joined through the metal intermediate material, the tungsten material and the metal intermediate material are firmly joined, and the carbon material and the intermediate material are made of metal carbide. is joined through Therefore, a bonded body of a carbon material and a tungsten material having excellent bonding strength can be obtained.

上記の第1発明に、次のような好ましい形態を採用可能である。
第1の形態では、前記中間材はチタン製又はチタン合金製の中間材である。
第2の形態では、前記炭素材の接合される表面に微細な溝が形成され、この微細な溝を介して前記炭素材と前記中間材が接合されている。
このように微細な溝を介して炭素材と中間材を接合する場合には、炭素材と中間材との接合面積が大きくなるため、またアンカー効果も作用するため、炭素材に食い込んだ中間材により炭素材が補強されるため、強力な接合強度が得られる。
The following preferable forms can be adopted for the first invention described above.
In a first form, the intermediate material is an intermediate material made of titanium or a titanium alloy.
In the second mode, fine grooves are formed in the surface of the carbon material to be joined, and the carbon material and the intermediate material are joined through the fine grooves.
When the carbon material and the intermediate material are joined through a fine groove in this way, the bonding area between the carbon material and the intermediate material becomes large, and the anchor effect also acts. Because the carbon material is reinforced by, a strong joint strength can be obtained.

第3形態では、前記微細な溝は0.08~0.3mmの深さと、0.1~0.3mmの幅を有する。
第4の形態では、前記中間材の厚みが0.05~0.3mmである。
In a third embodiment, the fine grooves have a depth of 0.08-0.3 mm and a width of 0.1-0.3 mm.
In a fourth form, the intermediate material has a thickness of 0.05 to 0.3 mm.

第5の形態では、前記炭素材が人造黒鉛又は炭素繊維複合材料である。
第6の形態では、前記炭素材とタングステン材の接合体は、核融合炉のダイバータ板、リミター、第一壁のうちの何れか1つに用いられる。
第7の形態では、高温熱処理炉のヒートシンクと反射材のうちの何れか1つに用いられる。
In a fifth form, the carbon material is artificial graphite or a carbon fiber composite material.
In a sixth embodiment, the cemented body of carbon material and tungsten material is used for any one of a divertor plate, a limiter and a first wall of a nuclear fusion reactor.
In the seventh form, it is used for either one of a heat sink and a reflector of a high-temperature heat treatment furnace.

本願の第2発明は、炭素材とタングステン材とを接合した接合体の製造方法であって、炭素材とタングステン材の間にチタン製又はチタン合金製の中間材を配置した状態で、加圧通電加熱法によって接合することを特徴としている。 A second invention of the present application is a method for manufacturing a joined body in which a carbon material and a tungsten material are joined, wherein pressure is applied while an intermediate material made of titanium or a titanium alloy is arranged between the carbon material and the tungsten material. It is characterized by joining by an electric heating method.

上記のように、炭素材とタングステン材の間にチタン製の中間材を配置した状態で、加圧通電加熱法によって接合するため、液状ではなく、粉体状かシート状(箔)の中間材を採用すれば、能率的に炭素材とタングステン材の接合体を製造することができ、製造コストを低減可能である。作業性の面からは、シート状の中間材がより好ましい。尚、上記の加圧通電加熱法は、加圧通電加熱焼結法である。 As described above, the intermediate material made of titanium is placed between the carbon material and the tungsten material, and the intermediate material is in the form of powder or sheet (foil) instead of liquid because it is joined by the pressurized electric heating method. By adopting, a joined body of a carbon material and a tungsten material can be efficiently manufactured, and the manufacturing cost can be reduced. From the viewpoint of workability, a sheet-like intermediate material is more preferable. The pressurized current heating method is a pressurized current heating sintering method.

上記の第2発明には、次のような好ましい形態を採用可能である。
第8の形態では、前記炭素材の接合される表面に微細な溝を形成しておき、この微細な溝を介して前記炭素材と前記中間材を接合する。
The following preferable forms can be adopted for the above second invention.
In the eighth embodiment, fine grooves are formed in the surface of the carbon material to be joined, and the carbon material and the intermediate material are joined through the fine grooves.

第9の形態では、前記加圧通電加熱法における焼結温度が1600℃以下である。
焼結温度が1600℃以下であって、タングステンの再度結晶温度(1527℃)から大きく逸脱しない温度であるため、タングステン材が脆くなることもなく、十分強力な接合強度を有する炭素材とタングステン材の接合体を製造することができる。
In the ninth form, the sintering temperature in the pressurized current heating method is 1600° C. or less.
Since the sintering temperature is 1600 ° C. or less and does not deviate greatly from the recrystallization temperature of tungsten (1527 ° C.), the tungsten material does not become brittle, and the carbon material and the tungsten material have sufficiently strong bonding strength. can be manufactured.

本願の第1,第2発明によれば、前記のような種々の効果が得られる。 According to the first and second inventions of the present application, various effects as described above can be obtained.

本発明による炭素材とタングステン材の接合体からなるダイバータ板を組み込んだ核融合炉の要部の斜視図である。1 is a perspective view of a main part of a nuclear fusion reactor incorporating a divertor plate made of a joint of a carbon material and a tungsten material according to the present invention; FIG. 図1のダイバータ板の正面図である。Figure 2 is a front view of the diverter plate of Figure 1; 図2のIII矢視図である。FIG. 3 is a view in the direction of arrow III in FIG. 2; 図2のIV矢視図である。FIG. 3 is a view in the direction of arrow IV in FIG. 2; 実験的に製作される炭素材とタングステン材の接合体の斜視図である。1 is a perspective view of an experimentally produced joined body of a carbon material and a tungsten material; FIG. 炭素材とその接合側端面に形成する溝パターンを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a carbon material and a groove pattern formed on the joint side end face thereof; 炭素材とその接合側端面に形成する溝パターンを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a carbon material and a groove pattern formed on the joint side end face thereof; 同心円溝と放射溝を含む溝パターンを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a groove pattern including concentric circular grooves and radial grooves; 同心正方形溝と放射溝を含む溝パターンを示す説明図である。FIG. 4 is an illustration showing a groove pattern including concentric square grooves and radial grooves; 渦巻き溝と放射溝を含む溝パターンを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a groove pattern including spiral grooves and radial grooves; 横溝と縦溝からなる格子状の溝パターンを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a grid-like groove pattern composed of lateral grooves and vertical grooves; パルス通電焼結機の要部の正面図である。It is a front view of the principal part of a pulse current sintering machine. 比較例10の炭素材とタングステン材の接合体の破断箇所の拡大写真ある。There is an enlarged photograph of a fractured portion of the joined body of the carbon material and the tungsten material of Comparative Example 10. FIG. 実施例10の炭素材とタングステン材の接合体の破断箇所の拡大写真である。11 is an enlarged photograph of a fractured portion of a joined body of a carbon material and a tungsten material of Example 10. FIG. 炭素繊維複合材料製の炭素材と試験片の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a carbon material made of a carbon fiber composite material and a test piece;

以下、本願の第1,第2発明を実施するための実施形態について説明する。但し、本願の発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Embodiments for carrying out the first and second inventions of the present application will be described below. However, the invention of the present application is not limited to the following embodiments.

炭素材とタングステン材とを接合した接合体であって、炭素材とタングステン材の間に配置した金属製の中間材を介して接合された炭素材とタングステン材の接合体を製作する。
接合する手法として加圧通電加熱法を用いる。加圧通電加熱法は、導電性の被加熱物を加圧しつつ直接電流を流し、被加熱物の内部抵抗によりジュール熱にて直接加熱して焼結接合するものである。
加圧通電加熱法として、放電プラズマ焼結法(以下SPS法ともいう、Spark Plasma Sintering)を好適に用いることができる。
A joined body in which a carbon material and a tungsten material are joined through a metal intermediate material arranged between the carbon material and the tungsten material is manufactured.
A pressurized current heating method is used as a joining method. In the pressurized current heating method, an electric current is directly applied while pressurizing a conductive object to be heated, and the object to be heated is directly heated by Joule heat due to the internal resistance of the object to be sintered and joined.
A discharge plasma sintering method (hereinafter also referred to as an SPS method, Spark Plasma Sintering) can be suitably used as the pressurized current heating method.

SPS法は、大電流のオン-オフ直流パルス通電を被加熱物に印加して行うものである。
炭素材は、人造黒鉛、炭素繊維複合材料など市販のものを用いることができる。
また、熱膨張係数がタングステンの熱膨張係数と近い炭素材が好ましい。
この炭素材とタングステン材の接合体は、核融合炉のダイバータ板、リミッター、第一壁の何れか1つに用いることができるが、これらは、できるだけ熱伝導率が高い炭素材料で製作するのが好ましい。また、この炭素材とタングステン材の接合体は、高温熱処理炉のヒートシンクと反射材のうちの何れか1つに用いることができる。尚、この炭素材とタングステン材の接合体は上記の用途以外の種々の用途に適用可能なものである。
The SPS method is carried out by applying a large current on-off DC pulse to the object to be heated.
Commercially available carbon materials such as artificial graphite and carbon fiber composite materials can be used.
Also, a carbon material having a coefficient of thermal expansion close to that of tungsten is preferable.
This joint of carbon material and tungsten material can be used for any one of the divertor plate, the limiter, and the first wall of the nuclear fusion reactor. is preferred. Also, this bonded body of carbon material and tungsten material can be used for either one of a heat sink and a reflector of a high-temperature heat treatment furnace. This joined body of carbon material and tungsten material can be applied to various uses other than the above uses.

図1は、核融合実験炉に装備される複数のダイバータ板1であって、高温プラズマ流に対する遮熱部材としての複数のダイバータ板1を示すものである。 FIG. 1 shows a plurality of divertor plates 1 installed in an experimental nuclear fusion reactor as heat shields against a high-temperature plasma flow.

図2~図4に示すように、前記ダイバータ板1は、タングステン材2と炭素材3との間にチタン箔4を介在させて接合した菱形形状の板部材である。このダイバータ板1は2分割構造であり、冷却水管5を挟持した状態にして2本のボルト6により締結される。2本のボルト6は、円筒状の透孔7に挿入されたバーナット8に螺合される。尚、冷却水管5を保持する厚肉状の部分がヒートシンクに相当する。 As shown in FIGS. 2 to 4, the diverter plate 1 is a diamond-shaped plate member formed by joining a tungsten material 2 and a carbon material 3 with a titanium foil 4 interposed therebetween. The divertor plate 1 has a two-part structure, and is fastened with two bolts 6 with a cooling water pipe 5 sandwiched therebetween. Two bolts 6 are screwed into a bar nut 8 inserted into a cylindrical through hole 7 . The thick portion that holds the cooling water pipe 5 corresponds to a heat sink.

接合体に用いるタングステン材は特に限定されず、市販のものを使用することができる。タングステン材は、タングステンだけでなく、タングステン-レニウム合金などのタングステン合金を含むものとする。タングステン材の厚みは、10mm以上の厚いものも接合可能である。 The tungsten material used for the joined body is not particularly limited, and commercially available materials can be used. Tungsten materials shall include not only tungsten but also tungsten alloys such as tungsten-rhenium alloys. Tungsten materials with a thickness of 10 mm or more can be joined.

また、核融合炉のダイバータ板等に使用する場合は、タングステン材は10mm程度の厚さのものでよいが、必要以上に厚さを厚くする必要はなく、5mm又は1mm程度であってもよい。炭素材の厚みは、用途に応じて適宜決めればよい。 Also, when used for a divertor plate of a nuclear fusion reactor, the tungsten material may have a thickness of about 10 mm, but it is not necessary to make the thickness thicker than necessary, and it may be about 5 mm or 1 mm. . The thickness of the carbon material may be appropriately determined depending on the application.

中間材としては、炭素材及びタングステン材の何れにも接合する金属を選択する。その種の金属として、Fe,Ti,Ti合金,Cr,V,Mo,Cu,Re,Zr或いはそれらの合金を挙げることができる。
これら金属は、シート状(箔)でもよく、粉末であってもよい。製作性を考慮すると箔を用いることが好ましい。箔の厚みは使用上(熱伝達の観点等)薄いほうが好ましいが、十分な接合強度が得られる厚みを選択する必要がある。
As the intermediate material, a metal that bonds to both the carbon material and the tungsten material is selected. Such metals include Fe, Ti, Ti alloys, Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, or alloys thereof.
These metals may be in the form of a sheet (foil) or powder. In consideration of manufacturability, it is preferable to use foil. It is preferable that the thickness of the foil is thin in terms of use (from the viewpoint of heat transfer, etc.), but it is necessary to select a thickness that provides sufficient bonding strength.

また、上記の種々の金属のうち、できるだけ融点が高く、箔の入手性がよいものが好ましい。その観点から、本実施形態では、例えば、チタン(但し、チタン合金を含む)を採用して炭素材とタングステン材の接合体を製作し、炭素材とタングステン材の接合体の性能を評価する実験を行った。
チタン箔の厚みとしては、0.05mm~0.3mm程度が好ましい。0.05mm以下になると入手性が問題となる他、十分な接合強度が得られにくくなる。0.3mmを越えると、熱伝達が阻害され易くなる。
Among the above-mentioned various metals, those having a melting point as high as possible and having good foil availability are preferred. From this point of view, in the present embodiment, for example, titanium (including titanium alloy) is used to produce a bonded body of a carbon material and a tungsten material, and an experiment to evaluate the performance of the bonded body of a carbon material and a tungsten material. did
The thickness of the titanium foil is preferably about 0.05 mm to 0.3 mm. If the thickness is 0.05 mm or less, availability becomes a problem, and it becomes difficult to obtain sufficient bonding strength. If it exceeds 0.3 mm, the heat transfer tends to be hindered.

炭素材の接合される表面に微細な溝を形成することができる。これによって、炭素材の表面と中間材の表面とが接触する面積が増えることにより接合強度を高めることができる。また、別の効果として、所謂アンカー効果による強度向上も期待できる。
溝は、例えば、深さ0.08~0.3mm、幅0.1~0.3mmとすることができるが、これらの諸寸法に限定されるものではない。溝は複数の同心円状、同心正方形状、格子状、渦巻き状とすることができ、もっと複雑な形状にすることもできる。
尚、溝の代わりに、微細な浅い穴を小間隔で形成してもよい。
Fine grooves can be formed on the surface of the carbon material to be joined. This increases the contact area between the surface of the carbon material and the surface of the intermediate material, thereby increasing the bonding strength. Further, as another effect, an improvement in strength due to a so-called anchor effect can be expected.
The grooves can be, for example, 0.08-0.3 mm deep and 0.1-0.3 mm wide, but are not limited to these dimensions. The grooves can be multiple concentric circles, concentric squares, grids, spirals, or even more complex shapes.
In place of the grooves, fine shallow holes may be formed at small intervals.

SPS法による接合処理において、温度、加圧圧力、保持時間を設定する必要がある。なお、接合時の雰囲気は真空中かアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気とする。炭素材は、酸素の存在下では、約400℃から酸化による劣化が起こるからである。接合処理における温度は、少なくとも必要な接合強度が得られる温度であることが求められる。 In the bonding process by the SPS method, it is necessary to set the temperature, pressure and holding time. The atmosphere during bonding is a vacuum or an inert gas atmosphere such as argon gas. This is because the carbon material deteriorates due to oxidation from about 400° C. in the presence of oxygen. The temperature in the bonding process is required to be a temperature at which at least the required bonding strength is obtained.

核融合炉のダイバータ板においては、タングステンの再結晶が起こらない条件で接合することが望ましい。タングステンの再結晶の発生は、加熱温度と保持時間が問題となる。
1700℃では30分間の保持時間でもタングステンの結晶が粗大化し、再結晶の発生が認められた。一方、1600℃では30分間の保持時間ではタングステンの再結晶が認められなかった。また、1600℃で120分間の保持時間ではタングステンの結晶が粗大化が一部認められた。従って、1600℃では、30分程度の保持時間とすることが好ましい。温度は1600℃以下であることが好ましい。
In the divertor plate of a nuclear fusion reactor, it is desirable to join the plates under conditions that do not cause recrystallization of tungsten. Heating temperature and holding time pose a problem for recrystallization of tungsten.
At 1700° C., the tungsten crystals were coarsened and recrystallization was observed even after a holding time of 30 minutes. On the other hand, no recrystallization of tungsten was observed at 1600° C. for a holding time of 30 minutes. Further, when the temperature was maintained at 1600° C. for 120 minutes, coarsening of tungsten crystals was partially observed. Therefore, at 1600° C., it is preferable to set the holding time to about 30 minutes. The temperature is preferably 1600° C. or less.

但し、後述する表2の実施例5に示すように、加熱温度が1700℃で、タングステンの再結晶が生じても、炭素材とタングステン材の接合体の接合強度について必要な剪断強度(例えば、5MPa以上)が得られるので、1700℃前後の加熱温度を排除するものではない。 However, as shown in Example 5 in Table 2 to be described later, even if the heating temperature is 1700 ° C. and tungsten recrystallization occurs, the shear strength required for the bonding strength of the bonded body of the carbon material and the tungsten material (for example, 5 MPa or more) can be obtained, a heating temperature of around 1700° C. is not excluded.

チタン製の中間材を用いる場合は、1600℃以下であって、1450℃以上にすることが望ましい。1450℃未満であると中間材とタングステン材の間、或いは中間材と炭素材の間で元素の拡散が起こりにくく、十分な接合強度が得られにくい。圧力は、装置から許されるものでよいが、10~30MPa程度であることが好ましい。 When a titanium intermediate material is used, the temperature is preferably 1600° C. or lower and 1450° C. or higher. If the temperature is less than 1450° C., it is difficult for elements to diffuse between the intermediate material and the tungsten material or between the intermediate material and the carbon material, making it difficult to obtain sufficient bonding strength. The pressure may be any pressure that is allowed by the apparatus, but is preferably about 10-30 MPa.

放電プラズマ焼結法によるチタン製中間材を用いる炭素材とタングステン材の接合
使用装置:パルス通電焼結機LABOX-325R(株式会社シンターランド製)
最大加圧力30kN,最大パルス電流出力2500A
Joining of carbon material and tungsten material using titanium intermediate material by discharge plasma sintering Equipment used: pulse current sintering machine LABOX-325R (manufactured by Sinterland Co., Ltd.)
Maximum pressure 30kN, maximum pulse current output 2500A

炭素材とタングステン材の接合体10:図5参照
炭素材11:人造黒鉛 銘柄IG-430U(東洋炭素株式会社製), φ10×10tmm
炭素材の接合側表面に微細な溝を形成することができる。
例えば、溝深さ0.08~0.3mm,溝幅0.1~0.3mm
タングステン材12:φ10×10tmm,接合面粗さRa1.6
中間材13:チタン箔,タングステン材12と炭素材11との間にチタン製の中間材
13を設けるものとする。
厚み0.05mmのチタン箔を用いた。厚い層が必要な場合は、箔を重ねた。
尚、0.05mm以上の厚さの箔を用いることもできる。
Joined body 10 of carbon material and tungsten material: See Fig. 5 Carbon material 11: Artificial graphite Brand IG-430U (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.), φ 10 × 10 tmm
Fine grooves can be formed on the joint-side surface of the carbon material.
For example, groove depth 0.08 to 0.3 mm, groove width 0.1 to 0.3 mm
Tungsten material 12: φ10×10tmm, bonding surface roughness Ra1.6
Intermediate material 13: titanium foil, intermediate material made of titanium between tungsten material 12 and carbon material 11
13 shall be provided.
A titanium foil with a thickness of 0.05 mm was used. If a thicker layer was desired, foil was overlaid.
A foil having a thickness of 0.05 mm or more can also be used.

炭素材11の接合側の端面に形成する微細な溝の形状について説明する。
図6の溝パターン:
4つの同心円の溝15であり、溝15の溝幅は0.5mm、ランド部16の幅は0.5mm、溝15の深さは0.1mm、中心の円形ランド部17の半径は1.0mmである。
図7の溝パターン:
4つの同心円の溝15Aであり、溝15Aの溝幅は0.5mm、ランド部16の幅は0.5mm、溝15Aの深さは0.2mm、中心の円形ランド部17の半径は1.0mmである。
The shape of fine grooves formed on the end face of the carbon material 11 on the joint side will be described.
Groove pattern in Figure 6:
There are four concentric grooves 15, the width of groove 15 is 0.5 mm, the width of land 16 is 0.5 mm, the depth of groove 15 is 0.1 mm, and the radius of central circular land 17 is 1.5 mm. 0 mm.
Groove pattern in Figure 7:
There are four concentric grooves 15A, the width of groove 15A is 0.5 mm, the width of land 16 is 0.5 mm, the depth of groove 15A is 0.2 mm, and the radius of central circular land 17 is 1.5 mm. 0 mm.

図8~図11はその他の種々の溝パターンの例を示すもので、溝幅は0.2mm、溝深さは0.1mmである。尚、上記の溝パターン以外の種々の溝パターンも採用可能である。
図8の溝パターンにおいて溝22、23は太線で示されている。この溝パターンは同心多重円溝22と8本の放射溝23を有する。
8 to 11 show examples of various other groove patterns, with a groove width of 0.2 mm and a groove depth of 0.1 mm. Various groove patterns other than the groove patterns described above can also be employed.
In the groove pattern of FIG. 8, the grooves 22, 23 are indicated by thick lines. This groove pattern has concentric multiple circular grooves 22 and eight radial grooves 23 .

図9の溝パターンは同心多重正方形の溝24と、8本の放射溝25を有する。
図10の溝パターンは、渦巻き状の溝26と、8本の放射溝27を有する。
図11の溝パターンは、複数の等間隔の横溝28と複数の等間隔の縦溝29を有する。
The groove pattern of FIG. 9 has concentric multiple square grooves 24 and eight radial grooves 25 .
The groove pattern of FIG. 10 has spiral grooves 26 and eight radial grooves 27 .
The groove pattern of FIG. 11 has a plurality of equally spaced lateral grooves 28 and a plurality of equally spaced longitudinal grooves 29 .

パルス通電焼結機(LABOX-325R)(図12参照)
下部治具:
人造黒鉛製の第1スペーサ31(φ90×30tmm)、第2スペーサ32(φ60×15tmm)、第3スペーサ33(φ30×15tmm)
パンチ34(汎用材の人造黒鉛)(φ10×20tmm)
Pulse current sintering machine (LABOX-325R) (see Fig. 12)
Lower fixture:
Artificial graphite first spacer 31 (φ90×30tmm), second spacer 32 (φ60×15tmm), third spacer 33 (φ30×15tmm)
Punch 34 (general-purpose synthetic graphite) (φ10×20tmm)

上部治具:
人造黒鉛製の第1スペーサ35(φ90×30tmm)、第2スペーサ36(φ60×15tmm)、第3スペーサ37(φ30×15tmm)
パンチ38(汎用材の人造黒鉛)(φ10×20tmm)
ケーシング30: 上下の第1~第3スペーサ31、32、33、35、36、37及びパンチ34、38の周囲を気密に覆う。
Upper jig:
Artificial graphite first spacer 35 (φ90×30tmm), second spacer 36 (φ60×15tmm), third spacer 37 (φ30×15tmm)
Punch 38 (general-purpose artificial graphite) (φ10×20tmm)
Casing 30: Airtightly covers the upper and lower first to third spacers 31, 32, 33, 35, 36, 37 and punches 34, 38.

加圧ユニット:加圧部材39を加圧駆動
パルス電源:上下1対の電極(図示略)から上下のパンチ34、38に高圧パルスを印加し、加圧通電加熱により炭素材11と中間材13とタングステン材12とを接合する。
冷却機構: 少なくとも上下のパンチ34、38を空冷又は水冷により冷却する。
真空ユニット:ケーシング30内空間を真空にする。
その他の部材:カーボンシート 0.2tmm (パンチ34の上に1枚、タングステン材12の上に1枚)
筒状カーボンフェルト40(側面に一重)
温度測定:放射温度計41で炭素材とタングステン材の接合体10の接合部付近の側面を測定。
Pressurizing unit: pressurizes and drives the pressurizing member 39 Pulse power supply: applies high-voltage pulses to the upper and lower punches 34 and 38 from a pair of upper and lower electrodes (not shown), and pressurizes and heats the carbon material 11 and the intermediate material 13. and the tungsten material 12 are joined.
Cooling Mechanism: At least the upper and lower punches 34, 38 are cooled by air cooling or water cooling.
Vacuum unit: evacuates the space inside the casing 30 .
Other members: Carbon sheet 0.2tmm (1 on punch 34, 1 on tungsten material 12)
Cylindrical carbon felt 40 (single layer on the side)
Temperature measurement: A radiation thermometer 41 is used to measure the side surface near the joint of the joint 10 of the carbon material and the tungsten material.

処理条件の例
雰囲気:真空、又はArガス 尚、真空における真空度は20Pa前後である。
加圧力:例えば30MPa(2.4kN)、保持温度での保持時間:例えば30分
昇温速度:室温~600℃は200℃/min,
600℃~1000℃は100℃/min
1000℃~(保持温度-50℃)は50℃/min
(保持温度-50℃)~保持温度は25℃/min
Example of Processing Conditions Atmosphere: Vacuum or Ar gas Incidentally, the degree of vacuum in a vacuum is around 20 Pa.
Applied pressure: for example 30 MPa (2.4 kN), holding time at holding temperature: for example 30 minutes Heating rate: room temperature to 600 ° C. is 200 ° C./min,
100°C/min from 600°C to 1000°C
50°C/min from 1000°C (holding temperature -50°C)
(Holding temperature -50°C) ~ Holding temperature is 25°C/min

炭素材とタングステン材の接合体10の接合部の剪断強度の評価について
接合部の剪断強度の評価は、島津製作所製の油圧材料試験機(型式:UH100kNNC)を用いて行った。今回の炭素材とタングステン材の接合体10はφ10×20tmmであり、長手方向の中央部が接合部である。
剪断モードでクロスヘッドスピード1mm/分にて応力を掛けて剪断強度を測定した。剪断強度が高い程接合の度合いが高い。炭素材11の部位での破壊は、接合の度合いが十分高いことを示す。
Evaluation of Shear Strength of Joined Portion of Joined Body 10 of Carbon Material and Tungsten Material Evaluation of shear strength of the joined portion was performed using a hydraulic material testing machine (model: UH100kNNC) manufactured by Shimadzu Corporation. The joined body 10 of the carbon material and the tungsten material this time has a size of φ10×20 tmm, and the central portion in the longitudinal direction is the joining portion.
Shear strength was measured by applying stress in shear mode at a crosshead speed of 1 mm/min. The higher the shear strength, the higher the degree of bonding. Fracture at the carbon material 11 site indicates that the degree of bonding is sufficiently high.

接合条件と接合部の剪断強度の測定結果
表1~表9に実施例1~25と比較例1~16についての各種データを示す。
「実施例」は剪断強度が5MPa(但し、小数点以下四捨五入した値)以上のもの、「比較例」は剪断強度が5MPa未満のものを示す。

Figure 2023028877000002
Bonding Conditions and Measurement Results of Shear Strength of Bonded Portions Tables 1 to 9 show various data for Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 16.
"Example" indicates that the shear strength is 5 MPa (value rounded off to the nearest whole number) or more, and "Comparative Example" indicates that the shear strength is less than 5 MPa.
Figure 2023028877000002

表1は、炭素材11とタングステン材12とを直接接合し、接合部の剪断強度を測定した比較例1~8の試験結果を示す。
中間材:無し
炭素材接合面の溝加工:無し
雰囲気:真空、保持温度:1000~2000℃、圧力:10MPa,30MPa
保持時間:5分,30分
1000~2000℃の保持温度でも必要な剪断強度を有する接合が得られない。
但し、保持温度が高くなる程剪断強度が高くなる傾向が見られる。

Figure 2023028877000003
Table 1 shows test results of Comparative Examples 1 to 8 in which the carbon material 11 and the tungsten material 12 were directly bonded and the shear strength of the bonded portion was measured.
Intermediate material: None Grooving of carbon material joint surface: None Atmosphere: Vacuum, Holding temperature: 1000 to 2000°C, Pressure: 10 MPa, 30 MPa
Holding time: 5 minutes, 30 minutes Even at a holding temperature of 1000 to 2000°C, bonding with the required shear strength cannot be obtained.
However, there is a tendency that the higher the holding temperature, the higher the shear strength.
Figure 2023028877000003

表2は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13(チタン箔)を挟着した状態で接合し、接合部の剪断強度を測定した実施例1~5と比較例9の試験結果を示す。
中間材13:チタン(Ti)箔を1枚(0.05mm)、3枚(0.15mm)
炭素材11の接合面の溝加工:無し
雰囲気:真空、保持温度1500~1700℃
圧力:30MPa,比較例9では60MPa
保持時間:30分、実施例3では120分
Table 2 shows the test results of Examples 1 to 5 and Comparative Example 9 in which the intermediate material 13 (titanium foil) was sandwiched between the carbon material 11 and the tungsten material 12 and the shear strength of the joint was measured. indicates
Intermediate material 13: 1 sheet (0.05 mm) and 3 sheets (0.15 mm) of titanium (Ti) foil
Grooving of joint surface of carbon material 11: none Atmosphere: vacuum, holding temperature 1500 to 1700°C
Pressure: 30 MPa, 60 MPa in Comparative Example 9
Holding time: 30 minutes, 120 minutes in Example 3

チタン箔を中間材13として配置することにより、高い剪断強度を示した。
実施例3,4を比較するとチタン箔が厚い方が、高い剪断強度を示した。
破断はすべてチタン箔と炭素材11の界面に発生した。
比較例9では、圧力が60MPaであるが、そのときの剪断強度が2.80MPaであった。実施例2と比較してかなり低い値となった。
By arranging the titanium foil as the intermediate material 13, high shear strength was exhibited.
Comparing Examples 3 and 4, the thicker the titanium foil, the higher the shear strength.
All breaks occurred at the interface between the titanium foil and the carbon material 11 .
In Comparative Example 9, the pressure was 60 MPa, and the shear strength at that time was 2.80 MPa. Compared with Example 2, the value was considerably low.

IG-430Uの炭素材11の圧縮強度(代表値)が90MPaである。例えば、圧縮強度の半分以上の圧力をかけると、炭素材11の組織が微細に影響を及ぼして強度低下を招いた可能性が考えられる。
このように、チタン箔の中間材13を介して炭素材11とタングステン材12とを接合すると、適切な加圧力で加圧する限り、接合部の強度は必要な剪断強度(例えば、5MPa)以上になる。因みに、炭素材11の接合面を荒らした他は、実施例2と同条件で試験した場合は剪断強度に大きな差異は認められなかった。
The compressive strength (representative value) of the carbon material 11 of IG-430U is 90 MPa. For example, when a pressure of half or more of the compressive strength is applied, it is possible that the structure of the carbon material 11 is affected minutely and the strength is lowered.
In this way, when the carbon material 11 and the tungsten material 12 are joined via the intermediate material 13 of titanium foil, the strength of the joint is above the required shear strength (for example, 5 MPa) as long as the pressure is applied with an appropriate pressure. Become. Incidentally, when the test was conducted under the same conditions as in Example 2, except that the joint surface of the carbon material 11 was roughened, no significant difference in shear strength was observed.

接合部界面の2000倍拡大の電子顕微鏡写真(図示略)によれば、実施例1のものでは、結晶粒が繊維状に伸びているのに対し、実施例5のものでは、結晶粒が丸くなっている。これは、1700℃以上の温度では、タングステンの再結晶化が生じるためである。

Figure 2023028877000004
According to an electron micrograph (not shown) of the joint interface at a magnification of 2000 times, in Example 1, the crystal grains are elongated in a fibrous shape, while in Example 5, the crystal grains are round. It's becoming This is because recrystallization of tungsten occurs at temperatures above 1700°C.
Figure 2023028877000004

表3は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に格子溝(図11参照)を形成して接合し、接合部の剪断強度を測定した実施例6~8の試験結果を示す。
中間材13:チタン箔を3枚(0.15mm)
炭素材11の接合面の微細な格子溝加工:
格子溝(a):溝幅0.2mm,深さ0.1mm,間隔0.2mm(ピッチ0.4mm)
格子溝(b):溝幅0.2mm,深さ0.1mm,間隔0.4mm(ピッチ0.8mm)
圧力:格子溝(a)のとき10MPa,30MPa、格子溝(b)のとき30MPa
雰囲気:真空,保持温度:1600℃,保持時間:30分
In Table 3, the intermediate material 13 is arranged between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the joint surface of the carbon material 11 is formed with lattice grooves (see FIG. 11), and the shear strength of the joint is measured. Test results of Examples 6-8 are shown.
Intermediate material 13: 3 sheets of titanium foil (0.15 mm)
Fine grating groove processing on the joint surface of the carbon material 11:
Grating groove (a): groove width 0.2 mm, depth 0.1 mm, interval 0.2 mm (pitch 0.4 mm)
Grating groove (b): groove width 0.2 mm, depth 0.1 mm, interval 0.4 mm (pitch 0.8 mm)
Pressure: 10 MPa, 30 MPa for grating groove (a), 30 MPa for grating groove (b)
Atmosphere: vacuum, holding temperature: 1600°C, holding time: 30 minutes

炭素材11の接合面に微細な格子溝加工を施すことにより、高い剪断強度を示した。
圧力は、10MPaと30MPaとで顕著な差異は認められなかった。

Figure 2023028877000005
A high shear strength was exhibited by performing fine lattice groove processing on the joint surface of the carbon material 11 .
No significant difference was observed between the pressure of 10 MPa and 30 MPa.
Figure 2023028877000005

表4は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に微細な溝加工(図8参照)を施して接合し、接合部の剪断強度を測定した比較例10と実施例9~12の試験結果を示す。 In Table 4, the intermediate material 13 is placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the joint surface of the carbon material 11 is subjected to fine groove processing (see FIG. 8) and joined, and the shear strength of the joint is measured. The test results of Comparative Example 10 and Examples 9 to 12 are shown.

中間材13:チタン箔を3枚(0.15mm)
炭素材11の接合面の溝加工:微細な多重同心円溝と放射溝
同心円溝:溝幅0.2mm,深さ0.2mm,間隔0.2mm(ピッチ0.4mm)
放射溝:溝幅0.2mm,深さ0.2mm
雰囲気:真空、圧力:30MPa、温度:1400~1600℃、保持時間:30分
Intermediate material 13: 3 sheets of titanium foil (0.15 mm)
Grooving of joint surface of carbon material 11: fine multiple concentric circular grooves and radial grooves Concentric circular grooves: groove width 0.2 mm, depth 0.2 mm, interval 0.2 mm (pitch 0.4 mm)
Radial groove: groove width 0.2 mm, depth 0.2 mm
Atmosphere: vacuum, pressure: 30 MPa, temperature: 1400 to 1600°C, holding time: 30 minutes

炭素材11の接合面に微細な溝加工を施すことにより、保持温度が1450~1600℃で高い剪断強度を示した。1400℃では十分な接合がなされていなかった。保持温度は1500℃以上であることが剪断強度面から望ましい。
破断箇所は、比較例10と実施例9ではチタン箔と炭素材11の界面、実施例10ではチタン箔と炭素材11の界面と炭素材部分、実施例11,12では炭素材部分であった。
By applying fine groove processing to the joint surface of the carbon material 11, high shear strength was exhibited at a holding temperature of 1450 to 1600°C. Sufficient bonding was not achieved at 1400°C. A holding temperature of 1500° C. or higher is desirable from the standpoint of shear strength.
The fracture location was the interface between the titanium foil and the carbon material 11 in Comparative Example 10 and Example 9, the interface between the titanium foil and the carbon material 11 and the carbon material portion in Example 10, and the carbon material portion in Examples 11 and 12. .

図13は比較例10の接合体10の破断箇所の拡大写真であり、炭素材11のバルク側破面とタングステン材12のバルク側破面には、炭素材11の溝パターンが印字されていた。図14は実施例10の接合体10の破断箇所の拡大写真であり、接合強度が高いため、炭素材11のバルクの下部が破断していた。

Figure 2023028877000006
FIG. 13 is an enlarged photograph of the fractured portion of the joined body 10 of Comparative Example 10. The groove pattern of the carbon material 11 was printed on the bulk-side fracture surface of the carbon material 11 and the bulk-side fracture surface of the tungsten material 12. . FIG. 14 is an enlarged photograph of the fractured portion of the bonded body 10 of Example 10. Since the bonding strength was high, the lower portion of the bulk of the carbon material 11 was fractured.
Figure 2023028877000006

表5は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に微細な溝加工を施して接合し(1500℃の保持温度にて圧力とチタン箔の厚みを変えて試験)、接合部の剪断強度を測定した比較例11と実施例10,13の試験結果を示す。
中間材:チタン箔を3枚(0.15mm)及び5枚(0.25mm)
炭素材接合面の溝加工:微細な多重同心円溝と放射溝形成 (表4の溝加工と同じ)
In Table 5, an intermediate material 13 is placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the bonding surface of the carbon material 11 is finely grooved and bonded (at a holding temperature of 1500 ° C., pressure and titanium foil The test results are shown for Comparative Example 11 and Examples 10 and 13 in which the shear strength of the joint portion was measured.
Intermediate material: 3 sheets (0.15 mm) and 5 sheets (0.25 mm) of titanium foil
Groove processing of carbon material joint surface: formation of fine multiple concentric circular grooves and radial grooves (same as groove processing in Table 4)

保持温度が1500℃において、チタン箔が0.15mmの場合は、圧力が20MPa であっても高い剪断強度が得られた。
破断箇所は、比較例11では炭素材11とチタンの界面であった。実施例13では炭素材部分であった。

Figure 2023028877000007
When the holding temperature was 1500° C. and the thickness of the titanium foil was 0.15 mm, a high shear strength was obtained even at a pressure of 20 MPa.
In Comparative Example 11, the breaking point was the interface between the carbon material 11 and titanium. In Example 13, it was the carbon material portion.
Figure 2023028877000007

表6は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に微細な溝加工を施して接合し(圧力とチタン箔の厚みを変えて試験)、接合部の剪断強度を測定した比較例12~14と実施例12,14~20の試験結果を示す。
中間材:チタン箔(厚さ0.05mm)を1枚,2枚、3枚,4枚,5枚
炭素材接合面の加工:微細な多重同心円溝と放射溝形成 (表4の溝加工と同じ)
雰囲気:真空、圧力:10~40MPa、温度:1600℃、保持時間:30分
In Table 6, the intermediate material 13 is placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the bonding surface of the carbon material 11 is subjected to fine groove processing and bonded (tested by changing the pressure and the thickness of the titanium foil), Test results of Comparative Examples 12 to 14 and Examples 12 and 14 to 20 in which the shear strength of the joint was measured are shown.
Intermediate material: 1, 2, 3, 4, 5 titanium foils (thickness 0.05 mm) Processing of carbon material joint surface: Fine multiple concentric circular grooves and radial groove formation (groove processing and groove processing in Table 4 same)
Atmosphere: vacuum, pressure: 10 to 40 MPa, temperature: 1600°C, holding time: 30 minutes

チタン箔が0.15mmの場合、10~40MPaの圧力の範囲では剪断強度はほぼ一定の高い値であった(実施例12,14,15,20参照)。
表2に示した比較例9において圧力60MPaの場合に、剪断強度が顕著に低くなることに鑑みると、圧力を40MPaより更に高めると、剪断強度が必要な剪断強度以下に低下すると推定される。
When the titanium foil had a thickness of 0.15 mm, the shear strength was a substantially constant high value in the pressure range of 10 to 40 MPa (see Examples 12, 14, 15 and 20).
In Comparative Example 9 shown in Table 2, when the pressure is 60 MPa, the shear strength is remarkably low. Considering this, it is presumed that if the pressure is further increased from 40 MPa, the shear strength will drop below the required shear strength.

微細な溝加工を施した場合、チタン箔が0.05mmでは剪断強度が低い(比較例12,実施例17参照)。破断箇所は何れも炭素材11とチタン箔の界面部分であった。
微細な溝加工を施し且つチタン箔が0.25mmの場合、実施例16では圧力が20MPaのときは高い剪断強度であったが、比較例13では圧力が30MPaのときは低い剪断強度であった。尚、表5に示す比較例11の場合、チタン箔0.25mmで、保持温度1500℃、30MPaの条件で低強度であった。
破断箇所は、実施例14,16,18の場合、炭素材部分であった。

Figure 2023028877000008
When fine grooving is applied, the shear strength is low when the thickness of the titanium foil is 0.05 mm (see Comparative Example 12 and Example 17). All fractured portions were at the interfaces between the carbon material 11 and the titanium foil.
When fine grooves were applied and the titanium foil was 0.25 mm, Example 16 had a high shear strength when the pressure was 20 MPa, but Comparative Example 13 had a low shear strength when the pressure was 30 MPa. . In the case of Comparative Example 11 shown in Table 5, the strength was low under the conditions of a titanium foil of 0.25 mm, a holding temperature of 1500° C. and a holding temperature of 30 MPa.
In the cases of Examples 14, 16 and 18, the broken portion was the carbon material portion.
Figure 2023028877000008

表7は、炭素繊維複合材料製の炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置して接合し、接合部の剪断強度を測定した比較例15,16と実施例21,22の試験結果を示す。 Table 7 shows comparative examples 15 and 16 and examples 21 and 22 in which the intermediate material 13 was placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12 made of carbon fiber composite material and joined, and the shear strength of the joint was measured. Test results are shown.

ここで、図15に示すように、炭素繊維複合材料は炭素繊維製のフェルト45を図15において上下方向に加圧しつつ積層して製作される。表7における接合面が「フェルト断面」とは、接合体である試験片aのように試験片aの長手方向がフェルト面と平行方向に向けられたものを示し、接合面が「フェルト平面」とは、試験片bのように試験片bの長手方向がフェルト積層方向に向けられたものを示す。 Here, as shown in FIG. 15, the carbon fiber composite material is produced by laminating felt 45 made of carbon fiber while applying pressure in the vertical direction in FIG. The term “felt cross section” as the joint surface in Table 7 indicates that the longitudinal direction of the test piece a is parallel to the felt surface, such as the test piece a, which is a joined body, and the joint surface is a “felt plane”. indicates that the longitudinal direction of the test piece b is oriented in the lamination direction of the felt, like the test piece b.

炭素繊維複合材料:商品名TCC-123U(東洋炭素株式会社製)
炭素繊維フェルトに熱分解炭素を化学気相浸透法にて含浸させ、黒鉛化処理したもの。
かさ密度:1.49g/cm3
中間材:チタン箔を3枚(0.15mm)
炭素材の接合面の加工:無し
Carbon fiber composite material: trade name TCC-123U (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.)
Carbon fiber felt impregnated with pyrolytic carbon by chemical vapor infiltration and graphitized.
Bulk density: 1.49 g/ cm3
Intermediate material: 3 sheets of titanium foil (0.15 mm)
Processing of joint surface of carbon material: None

1600℃、圧力10MPaの条件で良好な接合体が得られた。破断箇所は、実施例21では炭素材11とチタン箔の界面であり、実施例22では炭素材部分であった。
圧力を高めて30MPaにすると剪断強度が低下した。破断箇所は、比較例15,16何れも炭素材とチタン箔の界面であった。

Figure 2023028877000009
A good joined body was obtained under the conditions of 1600° C. and 10 MPa of pressure. The breaking point was the interface between the carbon material 11 and the titanium foil in Example 21, and the carbon material portion in Example 22.
When the pressure was increased to 30 MPa, the shear strength decreased. The breaking point was the interface between the carbon material and the titanium foil in both Comparative Examples 15 and 16.
Figure 2023028877000009

表8は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に微細な浅い穴加工を施して接合し、接合部の剪断強度を測定した実施例23~25の試験結果を示す。各実施例において2個ずつの試験片について試験した。
中間材:チタン箔(厚さ0.05mm)を3枚
炭素材11の接合面の加工:微細な浅い穴を微細なパターンで形成
穴加工(a)φ0.2mm、深さ0.2mmの穴をピッチ0.4mmで全面に形成
穴加工(b)φ0.2mm、深さ0.1mmの穴をピッチ0.8mmで全面に形成
穴加工(c)φ0.2mm、深さ0.2mmの穴をピッチ0.8mmで全面に形成
雰囲気:真空、圧力:30MPa、温度:1600℃、保持時間:30分
Table 8 shows Example 23 in which the intermediate material 13 is placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the joint surface of the carbon material 11 is subjected to fine shallow hole processing to join, and the shear strength of the joint is measured. -25 test results are shown. Two specimens were tested for each example.
Intermediate material: 3 sheets of titanium foil (thickness 0.05 mm) Machining of bonding surface of carbon material 11: Forming fine shallow holes in a fine pattern Hole machining (a) Holes with a diameter of 0.2 mm and a depth of 0.2 mm (b) Holes with a pitch of 0.2 mm and a depth of 0.1 mm are formed on the entire surface with a pitch of 0.4 mm. (c) Holes with a diameter of 0.2 mm and a depth of 0.2 mm. is formed on the entire surface at a pitch of 0.8 mm Atmosphere: vacuum, pressure: 30 MPa, temperature: 1600°C, holding time: 30 minutes

実施例23~25は、炭素材11の接合面に穴加工した点以外は、表2の実施例4と同様の条件で行ったものであるが、実施例4の剪断強度8.78MPaより高い剪断強度が得られたのは実施例24の試験片1個だけであった。炭素材11の接合面への穴加工の効果は認められなかった。

Figure 2023028877000010
Examples 23 to 25 were carried out under the same conditions as Example 4 in Table 2, except that the joint surface of the carbon material 11 was drilled, but the shear strength was higher than that of Example 4, 8.78 MPa. Only one specimen of Example 24 yielded shear strength. No effect of drilling the joint surface of the carbon material 11 was observed.
Figure 2023028877000010

表9は、炭素材11とタングステン材12の間にチタン箔とチタンろう又はチタンろうを配置し、炭素材11の接合面に溝加工なしで接合し、接合部の剪断強度を測定した参考例1~3の試験結果を示す。チタンろうは、東京ブレイズ株式会社製のものを用いた。
この参考例1~3のようにろう付けによっては剪断強度を十分に高めることが難しいものと推定される。
Table 9 is a reference example in which titanium foil and titanium brazing or titanium brazing are placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the joint surface of the carbon material 11 is joined without groove processing, and the shear strength of the joint is measured. 1 to 3 test results are shown. Titanium brazing material manufactured by Tokyo Blaze Co., Ltd. was used.
It is presumed that it is difficult to sufficiently increase the shear strength by brazing as in Reference Examples 1 to 3.

以上説明した実施例1~25と比較例1~16から次のことが分かる。
炭素材11とタングステン材12との放電プラズマ焼結法による接合において、接合を可能にするためには炭素材11とタングステン材12の界面に金属製の中間材13を配置して焼結することが望ましい。
The following can be understood from Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 16 described above.
In joining the carbon material 11 and the tungsten material 12 by the discharge plasma sintering method, in order to enable joining, a metal intermediate material 13 is arranged at the interface between the carbon material 11 and the tungsten material 12 and sintered. is desirable.

中間材13としては、Fe,Ti, Ti合金,Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, Ni のうちの何れかの金属材料製の中間材が好ましいが、チタン製の箔(チタン箔)が特に好ましい。
チタン箔の厚みは、炭素材11の種類や界面の加工、接合条件によって好適な厚みが異なるが、厚すぎても薄すぎても接合強度(剪断強度)が低くなる。
As the intermediate material 13, an intermediate material made of any one of metal materials such as Fe, Ti, Ti alloy, Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, and Ni is preferable. is particularly preferred.
The suitable thickness of the titanium foil varies depending on the type of carbon material 11, the processing of the interface, and the bonding conditions.

炭素材11が人造黒鉛である場合、接合面に溝加工を施すことにより剪断強度を高めることができる。溝は幅、深さ、ピッチ(間隔)や形状を適切に設定する必要がある。
微細な溝加工であることがより好ましい。炭素材11の接合面を荒らすことは効果がなかった。炭素材11の接合面に微細な穴加工を施しても、効果は少なかった。
炭素材11が炭素繊維複合材料である場合は、微細な溝加工はむしろ剪断強度を低下させた。
When the carbon material 11 is artificial graphite, the shear strength can be increased by grooving the joint surface. The width, depth, pitch (interval) and shape of the grooves must be set appropriately.
Fine grooving is more preferred. Roughening the joint surface of the carbon material 11 was ineffective. Even if fine hole processing was performed on the joint surface of the carbon material 11, the effect was small.
When the carbon material 11 was a carbon fiber composite material, fine groove processing rather lowered the shear strength.

接合のパラメータの内、保持温度は1450℃以上であることが好ましい。炭素材11が人造黒鉛の場合、1500~1600℃でほぼ同じ剪断強度が得られ、圧力は10~40MPaでほぼ同じ剪断強度が得られた。圧力が高すぎるとむしろ剪断強度が低くなる。
材料強度が低い炭素繊維複合材料では、10MPa程度がよく、30MPaでは剪断強度が低くなった。
Among the parameters for bonding, the holding temperature is preferably 1450° C. or higher. When the carbon material 11 was artificial graphite, substantially the same shear strength was obtained at 1500 to 1600° C., and substantially the same shear strength was obtained at a pressure of 10 to 40 MPa. If the pressure is too high, the shear strength will rather decrease.
For the carbon fiber composite material with low material strength, the shear strength was good at about 10 MPa, and the shear strength was low at 30 MPa.

保持時間は30分程度でよい。素材の種類、大きさや保持温度等の条件によって調整が必要と考えられる。
保持温度1600℃で、タングステンの再結晶化による組織の粗大化認められる場合と、そうでない場合があった。
The holding time may be about 30 minutes. It is considered that adjustment is necessary depending on conditions such as the type and size of the material and the holding temperature.
At a holding temperature of 1600° C., coarsening of the structure due to recrystallization of tungsten was observed in some cases and not in other cases.

前記実施形態は、核融合炉のダイバータ板に適用する炭素材とタングステン材との炭素材とタングステン材の接合体について説明したが、本発明は上記の炭素材とタングステン材の接合体以外の種々の用途に用いる種々の炭素材とタングステン材の接合体にも適用可能である。
当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加して実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。
In the above-described embodiment, a bonded body of a carbon material and a tungsten material applied to a divertor plate of a nuclear fusion reactor has been described. It can also be applied to joints of various carbon materials and tungsten materials used for the purpose of.
Those skilled in the art can add various modifications to the above-described embodiment without departing from the scope of the present invention, and the present invention also includes such modifications.

10 炭素材とタングステン材の接合体
11 炭素材
12 タングステン材
13 中間材
10 Joined body of carbon material and tungsten material 11 Carbon material 12 Tungsten material 13 Intermediate material

本発明は、炭素材とタングステン材の接合体と、その接合体の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bonded body of a carbon material and a tungsten material and a manufacturing method of the bonded body.

核融合炉のダイバータ板のように、高温のプラズマに晒される部位には、耐熱性に優れ低放射化特性、高熱伝導性を有する材料である黒鉛や炭素繊維複合材料などの炭素材が適用される場合がある。
しかし、この炭素材をダイバータ板に用いると、プラズマによるスパッタリングにより表面に損傷を受け易く、また、トリチウムを保持し易いという問題があった。
Carbon materials such as graphite and carbon fiber composites, which are materials with excellent heat resistance, low activation characteristics, and high thermal conductivity, are applied to parts exposed to high-temperature plasma, such as the divertor plate of a nuclear fusion reactor. may occur.
However, when this carbon material is used for the divertor plate, there is a problem that the surface is easily damaged by plasma sputtering, and tritium is easily retained.

そこで、炭素材の表面を、耐熱性の金属材料で被覆することが提案され、その被覆材料として、耐スパッタリング特性に優れ、水素同位体との化学親和性が低く、高融点、高熱伝導であり、炭素材と熱膨張係数も近いタングステンが好適であると想定されている。 Therefore, it has been proposed to coat the surface of the carbon material with a heat-resistant metal material. The coating material has excellent sputtering resistance, low chemical affinity with hydrogen isotopes, a high melting point, and high thermal conductivity. , it is assumed that tungsten, which has a coefficient of thermal expansion close to that of the carbon material, is suitable.

特許文献1には、炭素繊維複合材料層とタングステン層を接合した炭素材とタングステン材の接合体であって、炭素繊維複合材料層とタングステン層の間に、SiCとYとAlを含む接合層を配置し、焼結法により接合した炭素材とタングステン材の接合体が開示されている。
特許文献2には、炭素材の表面にシリコン層を介してタングステン材を接合する接合技術が開示されている。
Patent Document 1 discloses a joined body of a carbon material and a tungsten material in which a carbon fiber composite material layer and a tungsten layer are joined, wherein SiC, Y 2 O 3 and Al 2 are interposed between the carbon fiber composite material layer and the tungsten layer. A bonded body of a carbon material and a tungsten material is disclosed in which a bonding layer containing O 3 is arranged and bonded by a sintering method.
Patent Literature 2 discloses a joining technique for joining a tungsten material to the surface of a carbon material via a silicon layer.

特許第6380756号公報Japanese Patent No. 6380756 特開2019-51524号公報JP 2019-51524 A

前記のように、核融合炉のダイバータ板等では、炭素材の表面を、耐スパッタリング特性に優れ、水素同位体との化学親和性が低く、高融点、高熱伝導であり、炭素材と熱膨張係数も近い耐熱性のタングステン材で被覆することが提案されている。 As described above, in the divertor plate of the nuclear fusion reactor, the surface of the carbon material has excellent sputtering resistance, low chemical affinity with hydrogen isotopes, high melting point, high thermal conductivity, and thermal expansion with the carbon material. It has been proposed to coat with a heat-resistant tungsten material having a similar coefficient.

しかし、炭素材とタングステン材とを焼結法や拡散法で直接接合することは困難で、炭素材とタングステン材との間に配置する中間材に、種々のセラミックス等の非金属材料を適用することが提案されて来たが、これまで中間材として耐熱性に優れる金属材料を適用し十分な接合強度を発揮可能な炭素材とタングステン材の接合体は提案されておらず、その炭素材とタングステン材の接合体の製造方法であって製造技術的に有利な製造方法も提案されていない。 However, it is difficult to directly join a carbon material and a tungsten material by a sintering method or a diffusion method. However, until now, no proposals have been made for a joint of a carbon material and a tungsten material that can demonstrate sufficient joint strength by applying a metal material with excellent heat resistance as an intermediate material. There is no proposal for a method of manufacturing a joined body of tungsten materials, which is advantageous in terms of manufacturing technology.

特許文献1の炭素材とタングステン材の接合体においては、炭素繊維複合材料層と粉体のタングステン層の間に、セラミックスの接合層を配置し、1700℃や1800℃或いはそれ以上の温度で焼結して接合している。
例えば、純タングステンは、二次再結晶(以下、再結晶という)による粒の粗大化が始まるとされる温度(再結晶温度)が、1800K(1527℃)とされている。
上記焼結温度は純タングステンの再結晶温度を大幅に越えているため、タングステンが脆くなり易いため、必要な接合強度が得られるか否か疑問である。しかも、粉体のタングステン層を採用するため、大型部品の製造に適しておらず、製造コストも高くなる。
In the bonded body of the carbon material and the tungsten material of Patent Document 1, a ceramic bonding layer is arranged between the carbon fiber composite material layer and the tungsten powder layer, and baked at a temperature of 1700 ° C. or 1800 ° C. or higher. It is tied and joined.
For example, for pure tungsten, the temperature (recrystallization temperature) at which coarsening of grains due to secondary recrystallization (hereinafter referred to as recrystallization) begins is 1800K (1527°C).
Since the above sintering temperature greatly exceeds the recrystallization temperature of pure tungsten, tungsten tends to become brittle. Moreover, since the powder tungsten layer is used, it is not suitable for manufacturing large parts, and the manufacturing cost is high.

特許文献2の接合技術では、炭素材料の表面にシリコン層を介してタングステン材料を接合するため、接合部はWSiやSiC等の非金属を介して接合されるから、金属を介して接合する場合に比べて接合強度を高めることが難しい。しかも、Siのスラリーや粉体を用いて接合するため、製作時における接合の生産性を高めるのが難しく、製造コストが高くなる。 In the bonding technique of Patent Document 2, since the tungsten material is bonded to the surface of the carbon material via the silicon layer, the bonding portion is bonded via a non-metal such as WSi 2 or SiC, so the bonding is performed via the metal. It is difficult to increase the bonding strength as compared with the case. Moreover, since Si slurry or powder is used for bonding, it is difficult to improve the productivity of bonding during manufacturing, and the manufacturing cost increases.

本発明の目的は、金属製の中間材を介して炭素材とタングステン材を接合して接合強度を高めた炭素材とタングステン材の接合体と、その製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a joined body of a carbon material and a tungsten material, in which the joining strength is increased by joining the carbon material and the tungsten material through a metal intermediate material, and a manufacturing method thereof.

本願の第1発明は、炭素材とタングステン材とを接合した炭素材とタングステン材の接合体であって、炭素材とタングステン材の間に配置したチタン製の中間材を介して接合されていることを特徴としている。 A first invention of the present application is a joined body of a carbon material and a tungsten material in which a carbon material and a tungsten material are joined, wherein the carbon material and the tungsten material are joined via an intermediate material made of titanium disposed between the carbon material and the tungsten material. It is characterized by having

上記の構成によれば、炭素材とタングステン材とをチタン製の中間材を介して接合するため、タングステン材とチタン製の中間材とは強固に接合され、炭素材とチタン製の中間材とは金属炭化物を介して接合される。そのため、接合強度に優れる炭素材とタングステン材の接合体が得られる。 According to the above configuration, since the carbon material and the tungsten material are joined through the intermediate material made of titanium , the tungsten material and the intermediate material made of titanium are firmly joined, and the carbon material and the titanium intermediate material are joined together. are bonded via metal carbide. Therefore, a bonded body of a carbon material and a tungsten material having excellent bonding strength can be obtained.

上記の第1発明に、次のような好ましい形態を採用可能である
第1の形態では、前記炭素材の接合される表面に微細な溝が形成され、この微細な溝を介して前記炭素材と前記中間材が接合されている。
このように微細な溝を介して炭素材と中間材を接合する場合には、炭素材と中間材との接合面積が大きくなるため、またアンカー効果も作用するため、炭素材に食い込んだ中間材により炭素材が補強されるため、強力な接合強度が得られる。
The following preferable forms can be adopted for the first invention described above .
In the first mode, fine grooves are formed on the surface of the carbon material to be joined, and the carbon material and the intermediate material are joined through the fine grooves.
When the carbon material and the intermediate material are joined through a fine groove in this way, the bonding area between the carbon material and the intermediate material becomes large, and the anchor effect also acts. Because the carbon material is reinforced by, a strong joint strength can be obtained.

第2の形態では、前記微細な溝は0.08~0.3mmの深さと、0.1~0.3mmの幅を有する。
第3の形態では、前記中間材の厚みが0.05~0.3mmである。
In a second form, the fine groove has a depth of 0.08-0.3 mm and a width of 0.1-0.3 mm.
In a third form, the intermediate material has a thickness of 0.05 to 0.3 mm.

第4の形態では、前記炭素材が人造黒鉛又は炭素繊維複合材料である。
第5の形態では、前記炭素材とタングステン材の接合体は、核融合炉のダイバータ板、リミター、第一壁のうちの何れか1つに用いられる。
の形態では、前記炭素材とタングステン材の接合体は、高温熱処理炉のヒートシンクと反射材のうちの何れか1つに用いられる。
In a fourth form, the carbon material is artificial graphite or a carbon fiber composite material.
In a fifth embodiment, the carbon-tungsten composite is used for any one of a divertor plate, a limiter, and a first wall of a nuclear fusion reactor.
In a sixth embodiment, the bonded body of carbon material and tungsten material is used for either one of a heat sink and a reflector of a high-temperature heat treatment furnace.

本願の第2発明は、炭素材とタングステン材とを接合した接合体の製造方法であって、炭素材とタングステン材の間にチタン製の中間材を配置した状態で、加圧通電加熱法によって接合することを特徴としている。 The second invention of the present application is a method for manufacturing a joined body in which a carbon material and a tungsten material are joined, and in a state in which a titanium intermediate material is arranged between the carbon material and the tungsten material, a pressurized electric heating method is performed. It is characterized by joining.

上記のように、炭素材とタングステン材の間にチタン製の中間材を配置した状態で、加圧通電加熱法によって接合するため、液状ではなく、粉体状かシート状(箔)の中間材を採用すれば、能率的に炭素材とタングステン材の接合体を製造することができ、製造コストを低減可能である。作業性の面からは、シート状の中間材がより好ましい。尚、上記の加圧通電加熱法は、加圧通電加熱焼結法である。 As described above, the intermediate material made of titanium is placed between the carbon material and the tungsten material, and the intermediate material is in the form of powder or sheet (foil) instead of liquid because it is joined by the pressurized electric heating method. By adopting, a joined body of a carbon material and a tungsten material can be efficiently manufactured, and the manufacturing cost can be reduced. From the viewpoint of workability, a sheet-like intermediate material is more preferable. The pressurized current heating method is a pressurized current heating sintering method.

上記の第2発明には、次のような好ましい形態を採用可能である。
第7の形態では、前記炭素材の接合される表面に微細な溝を形成しておき、この微細な溝を介して前記炭素材と前記中間材を接合する。
The following preferable forms can be adopted for the above second invention.
In a seventh embodiment, fine grooves are formed in the surface of the carbon material to be joined, and the carbon material and the intermediate material are joined through the fine grooves.

第8の形態では、前記加圧通電加熱法における焼結温度が1600℃以下である。
焼結温度が1600℃以下であって、タングステンの再度結晶温度(1527℃)から大きく逸脱しない温度であるため、タングステン材が脆くなることもなく、十分強力な接合強度を有する炭素材とタングステン材の接合体を製造することができる。
In the eighth form, the sintering temperature in the pressurized current heating method is 1600° C. or less.
Since the sintering temperature is 1600 ° C. or less and does not deviate greatly from the recrystallization temperature of tungsten (1527 ° C.), the tungsten material does not become brittle, and the carbon material and the tungsten material have sufficiently strong bonding strength. can be manufactured.

本願の第1,第2発明によれば、前記のような種々の効果が得られる。 According to the first and second inventions of the present application, various effects as described above can be obtained.

本発明による炭素材とタングステン材の接合体からなるダイバータ板を組み込んだ核融合炉の要部の斜視図である。1 is a perspective view of a main part of a nuclear fusion reactor incorporating a divertor plate made of a joint of a carbon material and a tungsten material according to the present invention; FIG. 図1のダイバータ板の正面図である。Figure 2 is a front view of the diverter plate of Figure 1; 図2のIII矢視図である。FIG. 3 is a view in the direction of arrow III in FIG. 2; 図2のIV矢視図である。FIG. 3 is a view in the direction of arrow IV in FIG. 2; 実験的に製作される炭素材とタングステン材の接合体の斜視図である。1 is a perspective view of an experimentally produced joined body of a carbon material and a tungsten material; FIG. 炭素材とその接合側端面に形成する溝パターンを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a carbon material and a groove pattern formed on the joint side end face thereof; 炭素材とその接合側端面に形成する溝パターンを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a carbon material and a groove pattern formed on the joint side end face thereof; 同心円溝と放射溝を含む溝パターンを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a groove pattern including concentric circular grooves and radial grooves; 同心正方形溝と放射溝を含む溝パターンを示す説明図である。FIG. 4 is an illustration showing a groove pattern including concentric square grooves and radial grooves; 渦巻き溝と放射溝を含む溝パターンを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a groove pattern including spiral grooves and radial grooves; 横溝と縦溝からなる格子状の溝パターンを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a grid-like groove pattern composed of lateral grooves and vertical grooves; パルス通電焼結機の要部の正面図である。It is a front view of the principal part of a pulse current sintering machine. 比較例10の炭素材とタングステン材の接合体の破断箇所の拡大写真ある。There is an enlarged photograph of a fractured portion of the joined body of the carbon material and the tungsten material of Comparative Example 10. FIG. 実施例10の炭素材とタングステン材の接合体の破断箇所の拡大写真である。11 is an enlarged photograph of a fractured portion of a joined body of a carbon material and a tungsten material of Example 10. FIG. 炭素繊維複合材料製の炭素材と試験片の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a carbon material made of a carbon fiber composite material and a test piece;

以下、本願の第1,第2発明を実施するための実施形態について説明する。但し、本願の発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Embodiments for carrying out the first and second inventions of the present application will be described below. However, the invention of the present application is not limited to the following embodiments.

炭素材とタングステン材とを接合した接合体であって、炭素材とタングステン材の間に配置した金属製の中間材を介して接合された炭素材とタングステン材の接合体を製作する。
接合する手法として加圧通電加熱法を用いる。加圧通電加熱法は、導電性の被加熱物を加圧しつつ直接電流を流し、被加熱物の内部抵抗によりジュール熱にて直接加熱して焼結接合するものである。
加圧通電加熱法として、放電プラズマ焼結法(以下SPS法ともいう、Spark Plasma Sintering)を好適に用いることができる。
A joined body in which a carbon material and a tungsten material are joined through a metal intermediate material arranged between the carbon material and the tungsten material is manufactured.
A pressurized current heating method is used as a joining method. In the pressurized current heating method, an electric current is directly applied while pressurizing a conductive object to be heated, and the object to be heated is directly heated by Joule heat due to the internal resistance of the object to be sintered and joined.
A discharge plasma sintering method (hereinafter also referred to as an SPS method, Spark Plasma Sintering) can be suitably used as the pressurized current heating method.

SPS法は、大電流のオン-オフ直流パルス通電を被加熱物に印加して行うものである。
炭素材は、人造黒鉛、炭素繊維複合材料など市販のものを用いることができる。
また、熱膨張係数がタングステンの熱膨張係数と近い炭素材が好ましい。
この炭素材とタングステン材の接合体は、核融合炉のダイバータ板、リミッター、第一壁の何れか1つに用いることができるが、これらは、できるだけ熱伝導率が高い炭素材料で製作するのが好ましい。また、この炭素材とタングステン材の接合体は、高温熱処理炉のヒートシンクと反射材のうちの何れか1つに用いることができる。尚、この炭素材とタングステン材の接合体は上記の用途以外の種々の用途に適用可能なものである。
The SPS method is carried out by applying a large current on-off DC pulse to the object to be heated.
Commercially available carbon materials such as artificial graphite and carbon fiber composite materials can be used.
Also, a carbon material having a coefficient of thermal expansion close to that of tungsten is preferable.
This joint of carbon material and tungsten material can be used for any one of the divertor plate, the limiter, and the first wall of the nuclear fusion reactor. is preferred. Also, this bonded body of carbon material and tungsten material can be used for either one of a heat sink and a reflector of a high-temperature heat treatment furnace. This joined body of carbon material and tungsten material can be applied to various uses other than the above uses.

図1は、核融合実験炉に装備される複数のダイバータ板1であって、高温プラズマ流に対する遮熱部材としての複数のダイバータ板1を示すものである。 FIG. 1 shows a plurality of divertor plates 1 installed in an experimental nuclear fusion reactor as heat shields against a high-temperature plasma flow.

図2~図4に示すように、前記ダイバータ板1は、タングステン材2と炭素材3との間にチタン箔4を介在させて接合した菱形形状の板部材である。このダイバータ板1は2分割構造であり、冷却水管5を挟持した状態にして2本のボルト6により締結される。2本のボルト6は、円筒状の透孔7に挿入されたバーナット8に螺合される。尚、冷却水管5を保持する厚肉状の部分がヒートシンクに相当する。 As shown in FIGS. 2 to 4, the diverter plate 1 is a diamond-shaped plate member formed by joining a tungsten material 2 and a carbon material 3 with a titanium foil 4 interposed therebetween. The divertor plate 1 has a two-part structure, and is fastened with two bolts 6 with a cooling water pipe 5 sandwiched therebetween. Two bolts 6 are screwed into a bar nut 8 inserted into a cylindrical through hole 7 . The thick portion that holds the cooling water pipe 5 corresponds to a heat sink.

接合体に用いるタングステン材は特に限定されず、市販のものを使用することができる。タングステン材は、タングステンだけでなく、タングステン-レニウム合金などのタングステン合金を含むものとする。タングステン材の厚みは、10mm以上の厚いものも接合可能である。 The tungsten material used for the joined body is not particularly limited, and commercially available materials can be used. Tungsten materials shall include not only tungsten but also tungsten alloys such as tungsten-rhenium alloys. Tungsten materials with a thickness of 10 mm or more can be joined.

また、核融合炉のダイバータ板等に使用する場合は、タングステン材は10mm程度の厚さのものでよいが、必要以上に厚さを厚くする必要はなく、5mm又は1mm程度であってもよい。炭素材の厚みは、用途に応じて適宜決めればよい。 Also, when used for a divertor plate of a nuclear fusion reactor, the tungsten material may have a thickness of about 10 mm, but it is not necessary to make the thickness thicker than necessary, and it may be about 5 mm or 1 mm. . The thickness of the carbon material may be appropriately determined depending on the application.

中間材としては、炭素材及びタングステン材の何れにも接合する金属を選択する。その種の金属として、Fe,Ti,Ti合金,Cr,V,Mo,Cu,Re,Zr或いはそれらの合金を挙げることができる。
これら金属は、シート状(箔)でもよく、粉末であってもよい。製作性を考慮すると箔を用いることが好ましい。箔の厚みは使用上(熱伝達の観点等)薄いほうが好ましいが、十分な接合強度が得られる厚みを選択する必要がある。
As the intermediate material, a metal that bonds to both the carbon material and the tungsten material is selected. Such metals include Fe, Ti, Ti alloys, Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, or alloys thereof.
These metals may be in the form of a sheet (foil) or powder. In consideration of manufacturability, it is preferable to use foil. It is preferable that the thickness of the foil is thin in terms of use (from the viewpoint of heat transfer, etc.), but it is necessary to select a thickness that provides sufficient bonding strength.

また、上記の種々の金属のうち、できるだけ融点が高く、箔の入手性がよいものが好ましい。その観点から、本実施形態では、例えば、チタン(但し、チタン合金を含む)を採用して炭素材とタングステン材の接合体を製作し、炭素材とタングステン材の接合体の性能を評価する実験を行った。
チタン箔の厚みとしては、0.05mm~0.3mm程度が好ましい。0.05mm以下になると入手性が問題となる他、十分な接合強度が得られにくくなる。0.3mmを越えると、熱伝達が阻害され易くなる。
Among the above-mentioned various metals, those having a melting point as high as possible and having good foil availability are preferred. From this point of view, in the present embodiment, for example, titanium (including titanium alloy) is used to produce a bonded body of a carbon material and a tungsten material, and an experiment to evaluate the performance of the bonded body of a carbon material and a tungsten material. did
The thickness of the titanium foil is preferably about 0.05 mm to 0.3 mm. If the thickness is 0.05 mm or less, availability becomes a problem, and it becomes difficult to obtain sufficient bonding strength. If it exceeds 0.3 mm, the heat transfer tends to be hindered.

炭素材の接合される表面に微細な溝を形成することができる。これによって、炭素材の表面と中間材の表面とが接触する面積が増えることにより接合強度を高めることができる。また、別の効果として、所謂アンカー効果による強度向上も期待できる。
溝は、例えば、深さ0.08~0.3mm、幅0.1~0.3mmとすることができるが、これらの諸寸法に限定されるものではない。溝は複数の同心円状、同心正方形状、格子状、渦巻き状とすることができ、もっと複雑な形状にすることもできる。
尚、溝の代わりに、微細な浅い穴を小間隔で形成してもよい。
Fine grooves can be formed on the surface of the carbon material to be joined. This increases the contact area between the surface of the carbon material and the surface of the intermediate material, thereby increasing the bonding strength. Further, as another effect, an improvement in strength due to a so-called anchor effect can be expected.
The grooves can be, for example, 0.08-0.3 mm deep and 0.1-0.3 mm wide, but are not limited to these dimensions. The grooves can be multiple concentric circles, concentric squares, grids, spirals, or even more complex shapes.
In place of the grooves, fine shallow holes may be formed at small intervals.

SPS法による接合処理において、温度、加圧圧力、保持時間を設定する必要がある。なお、接合時の雰囲気は真空中かアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気とする。炭素材は、酸素の存在下では、約400℃から酸化による劣化が起こるからである。接合処理における温度は、少なくとも必要な接合強度が得られる温度であることが求められる。 In the bonding process by the SPS method, it is necessary to set the temperature, pressure and holding time. The atmosphere during bonding is a vacuum or an inert gas atmosphere such as argon gas. This is because the carbon material deteriorates due to oxidation from about 400° C. in the presence of oxygen. The temperature in the bonding process is required to be a temperature at which at least the required bonding strength is obtained.

核融合炉のダイバータ板においては、タングステンの再結晶が起こらない条件で接合することが望ましい。タングステンの再結晶の発生は、加熱温度と保持時間が問題となる。
1700℃では30分間の保持時間でもタングステンの結晶が粗大化し、再結晶の発生が認められた。一方、1600℃では30分間の保持時間ではタングステンの再結晶が認められなかった。また、1600℃で120分間の保持時間ではタングステンの結晶が粗大化が一部認められた。従って、1600℃では、30分程度の保持時間とすることが好ましい。温度は1600℃以下であることが好ましい。
In the divertor plate of a nuclear fusion reactor, it is desirable to join the plates under conditions that do not cause recrystallization of tungsten. Heating temperature and holding time pose a problem for recrystallization of tungsten.
At 1700° C., the tungsten crystals were coarsened and recrystallization was observed even after a holding time of 30 minutes. On the other hand, no recrystallization of tungsten was observed at 1600° C. for a holding time of 30 minutes. Further, when the temperature was maintained at 1600° C. for 120 minutes, coarsening of tungsten crystals was partially observed. Therefore, at 1600° C., it is preferable to set the holding time to about 30 minutes. The temperature is preferably 1600° C. or less.

但し、後述する表2の実施例5に示すように、加熱温度が1700℃で、タングステンの再結晶が生じても、炭素材とタングステン材の接合体の接合強度について必要な剪断強度(例えば、5MPa以上)が得られるので、1700℃前後の加熱温度を排除するものではない。 However, as shown in Example 5 in Table 2 to be described later, even if the heating temperature is 1700 ° C. and tungsten recrystallization occurs, the shear strength required for the bonding strength of the bonded body of the carbon material and the tungsten material (for example, 5 MPa or more) can be obtained, a heating temperature of around 1700° C. is not excluded.

チタン製の中間材を用いる場合は、1600℃以下であって、1450℃以上にすることが望ましい。1450℃未満であると中間材とタングステン材の間、或いは中間材と炭素材の間で元素の拡散が起こりにくく、十分な接合強度が得られにくい。圧力は、装置から許されるものでよいが、10~30MPa程度であることが好ましい。 When a titanium intermediate material is used, the temperature is preferably 1600° C. or lower and 1450° C. or higher. If the temperature is less than 1450° C., it is difficult for elements to diffuse between the intermediate material and the tungsten material or between the intermediate material and the carbon material, making it difficult to obtain sufficient bonding strength. The pressure may be any pressure that is allowed by the apparatus, but is preferably about 10-30 MPa.

放電プラズマ焼結法によるチタン製中間材を用いる炭素材とタングステン材の接合
使用装置:パルス通電焼結機LABOX-325R(株式会社シンターランド製)
最大加圧力30kN,最大パルス電流出力2500A
Joining of carbon material and tungsten material using titanium intermediate material by discharge plasma sintering Equipment used: pulse current sintering machine LABOX-325R (manufactured by Sinterland Co., Ltd.)
Maximum pressure 30kN, maximum pulse current output 2500A

炭素材とタングステン材の接合体10:図5参照
炭素材11:人造黒鉛 銘柄IG-430U(東洋炭素株式会社製), φ10×10tmm
炭素材の接合側表面に微細な溝を形成することができる。
例えば、溝深さ0.08~0.3mm,溝幅0.1~0.3mm
タングステン材12:φ10×10tmm,接合面粗さRa1.6
中間材13:チタン箔,タングステン材12と炭素材11との間にチタン製の中間材
13を設けるものとする。
厚み0.05mmのチタン箔を用いた。厚い層が必要な場合は、箔を重ねた。
尚、0.05mm以上の厚さの箔を用いることもできる。
Joined body 10 of carbon material and tungsten material: See Fig. 5 Carbon material 11: Artificial graphite Brand IG-430U (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.), φ 10 × 10 tmm
Fine grooves can be formed on the joint-side surface of the carbon material.
For example, groove depth 0.08 to 0.3 mm, groove width 0.1 to 0.3 mm
Tungsten material 12: φ10×10tmm, bonding surface roughness Ra1.6
Intermediate material 13: titanium foil, intermediate material made of titanium between tungsten material 12 and carbon material 11
13 shall be provided.
A titanium foil with a thickness of 0.05 mm was used. If a thicker layer was desired, foil was overlaid.
A foil having a thickness of 0.05 mm or more can also be used.

炭素材11の接合側の端面に形成する微細な溝の形状について説明する。
図6の溝パターン:
4つの同心円の溝15であり、溝15の溝幅は0.5mm、ランド部16の幅は0.5mm、溝15の深さは0.1mm、中心の円形ランド部17の半径は1.0mmである。
図7の溝パターン:
4つの同心円の溝15Aであり、溝15Aの溝幅は0.5mm、ランド部16の幅は0.5mm、溝15Aの深さは0.2mm、中心の円形ランド部17の半径は1.0mmである。
The shape of fine grooves formed on the end face of the carbon material 11 on the joint side will be described.
Groove pattern in Figure 6:
There are four concentric grooves 15, the width of groove 15 is 0.5 mm, the width of land 16 is 0.5 mm, the depth of groove 15 is 0.1 mm, and the radius of central circular land 17 is 1.5 mm. 0 mm.
Groove pattern in Figure 7:
There are four concentric grooves 15A, the width of groove 15A is 0.5 mm, the width of land 16 is 0.5 mm, the depth of groove 15A is 0.2 mm, and the radius of central circular land 17 is 1.5 mm. 0 mm.

図8~図11はその他の種々の溝パターンの例を示すもので、溝幅は0.2mm、溝深さは0.1mmである。尚、上記の溝パターン以外の種々の溝パターンも採用可能である。
図8の溝パターンにおいて溝22、23は太線で示されている。この溝パターンは同心多重円溝22と8本の放射溝23を有する。
8 to 11 show examples of various other groove patterns, with a groove width of 0.2 mm and a groove depth of 0.1 mm. Various groove patterns other than the groove patterns described above can also be employed.
In the groove pattern of FIG. 8, the grooves 22, 23 are indicated by thick lines. This groove pattern has concentric multiple circular grooves 22 and eight radial grooves 23 .

図9の溝パターンは同心多重正方形の溝24と、8本の放射溝25を有する。
図10の溝パターンは、渦巻き状の溝26と、8本の放射溝27を有する。
図11の溝パターンは、複数の等間隔の横溝28と複数の等間隔の縦溝29を有する。
The groove pattern of FIG. 9 has concentric multiple square grooves 24 and eight radial grooves 25 .
The groove pattern of FIG. 10 has spiral grooves 26 and eight radial grooves 27 .
The groove pattern of FIG. 11 has a plurality of equally spaced lateral grooves 28 and a plurality of equally spaced longitudinal grooves 29 .

パルス通電焼結機(LABOX-325R)(図12参照)
下部治具:
人造黒鉛製の第1スペーサ31(φ90×30tmm)、第2スペーサ32(φ60×15tmm)、第3スペーサ33(φ30×15tmm)
パンチ34(汎用材の人造黒鉛)(φ10×20tmm)
Pulse current sintering machine (LABOX-325R) (see Fig. 12)
Lower fixture:
Artificial graphite first spacer 31 (φ90×30tmm), second spacer 32 (φ60×15tmm), third spacer 33 (φ30×15tmm)
Punch 34 (general-purpose synthetic graphite) (φ10×20tmm)

上部治具:
人造黒鉛製の第1スペーサ35(φ90×30tmm)、第2スペーサ36(φ60×15tmm)、第3スペーサ37(φ30×15tmm)
パンチ38(汎用材の人造黒鉛)(φ10×20tmm)
ケーシング30: 上下の第1~第3スペーサ31、32、33、35、36、37及びパンチ34、38の周囲を気密に覆う。
Upper jig:
Artificial graphite first spacer 35 (φ90×30tmm), second spacer 36 (φ60×15tmm), third spacer 37 (φ30×15tmm)
Punch 38 (general-purpose artificial graphite) (φ10×20tmm)
Casing 30: Airtightly covers the upper and lower first to third spacers 31, 32, 33, 35, 36, 37 and punches 34, 38.

加圧ユニット:加圧部材39を加圧駆動
パルス電源:上下1対の電極(図示略)から上下のパンチ34、38に高圧パルスを印加し、加圧通電加熱により炭素材11と中間材13とタングステン材12とを接合する。
冷却機構: 少なくとも上下のパンチ34、38を空冷又は水冷により冷却する。
真空ユニット:ケーシング30内空間を真空にする。
その他の部材:カーボンシート 0.2tmm (パンチ34の上に1枚、タングステン材12の上に1枚)
筒状カーボンフェルト40(側面に一重)
温度測定:放射温度計41で炭素材とタングステン材の接合体10の接合部付近の側面を測定。
Pressurizing unit: pressurizes and drives the pressurizing member 39 Pulse power supply: applies high-voltage pulses to the upper and lower punches 34 and 38 from a pair of upper and lower electrodes (not shown), and pressurizes and heats the carbon material 11 and the intermediate material 13. and the tungsten material 12 are joined.
Cooling Mechanism: At least the upper and lower punches 34, 38 are cooled by air cooling or water cooling.
Vacuum unit: evacuates the space inside the casing 30 .
Other members: Carbon sheet 0.2tmm (1 on punch 34, 1 on tungsten material 12)
Cylindrical carbon felt 40 (single layer on the side)
Temperature measurement: A radiation thermometer 41 is used to measure the side surface near the joint of the joint 10 of the carbon material and the tungsten material.

処理条件の例
雰囲気:真空、又はArガス 尚、真空における真空度は20Pa前後である。
加圧力:例えば30MPa(2.4kN)、保持温度での保持時間:例えば30分
昇温速度:室温~600℃は200℃/min,
600℃~1000℃は100℃/min
1000℃~(保持温度-50℃)は50℃/min
(保持温度-50℃)~保持温度は25℃/min
Example of Processing Conditions Atmosphere: Vacuum or Ar gas Incidentally, the degree of vacuum in a vacuum is around 20 Pa.
Applied pressure: for example 30 MPa (2.4 kN), holding time at holding temperature: for example 30 minutes Heating rate: room temperature to 600 ° C. is 200 ° C./min,
100°C/min from 600°C to 1000°C
50°C/min from 1000°C (holding temperature -50°C)
(Holding temperature -50°C) ~ Holding temperature is 25°C/min

炭素材とタングステン材の接合体10の接合部の剪断強度の評価について
接合部の剪断強度の評価は、島津製作所製の油圧材料試験機(型式:UH100kNNC)を用いて行った。今回の炭素材とタングステン材の接合体10はφ10×20tmmであり、長手方向の中央部が接合部である。
剪断モードでクロスヘッドスピード1mm/分にて応力を掛けて剪断強度を測定した。剪断強度が高い程接合の度合いが高い。炭素材11の部位での破壊は、接合の度合いが十分高いことを示す。
Evaluation of Shear Strength of Joined Portion of Joined Body 10 of Carbon Material and Tungsten Material Evaluation of shear strength of the joined portion was performed using a hydraulic material testing machine (model: UH100kNNC) manufactured by Shimadzu Corporation. The joined body 10 of the carbon material and the tungsten material this time has a size of φ10×20 tmm, and the central portion in the longitudinal direction is the joining portion.
Shear strength was measured by applying stress in shear mode at a crosshead speed of 1 mm/min. The higher the shear strength, the higher the degree of bonding. Fracture at the carbon material 11 site indicates that the degree of bonding is sufficiently high.

接合条件と接合部の剪断強度の測定結果
表1~表9に実施例1~25と比較例1~16についての各種データを示す。
「実施例」は剪断強度が5MPa(但し、小数点以下四捨五入した値)以上のもの、「比較例」は剪断強度が5MPa未満のものを示す。

Figure 2023028877000026
Bonding Conditions and Measurement Results of Shear Strength of Bonded Portions Tables 1 to 9 show various data for Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 16.
"Example" indicates that the shear strength is 5 MPa (value rounded off to the nearest whole number) or more, and "Comparative Example" indicates that the shear strength is less than 5 MPa.
Figure 2023028877000026

表1は、炭素材11とタングステン材12とを直接接合し、接合部の剪断強度を測定した比較例1~8の試験結果を示す。
中間材:無し
炭素材接合面の溝加工:無し
雰囲気:真空、保持温度:1000~2000℃、圧力:10MPa,30MPa
保持時間:5分,30分
1000~2000℃の保持温度でも必要な剪断強度を有する接合が得られない。
但し、保持温度が高くなる程剪断強度が高くなる傾向が見られる。

Figure 2023028877000027
Table 1 shows test results of Comparative Examples 1 to 8 in which the carbon material 11 and the tungsten material 12 were directly bonded and the shear strength of the bonded portion was measured.
Intermediate material: None Grooving of carbon material joint surface: None Atmosphere: Vacuum, Holding temperature: 1000 to 2000°C, Pressure: 10 MPa, 30 MPa
Holding time: 5 minutes, 30 minutes Even at a holding temperature of 1000 to 2000°C, bonding with the required shear strength cannot be obtained.
However, there is a tendency that the higher the holding temperature, the higher the shear strength.
Figure 2023028877000027

表2は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13(チタン箔)を挟着した状態で接合し、接合部の剪断強度を測定した実施例1~5と比較例9の試験結果を示す。
中間材13:チタン(Ti)箔を1枚(0.05mm)、3枚(0.15mm)
炭素材11の接合面の溝加工:無し
雰囲気:真空、保持温度1500~1700℃
圧力:30MPa,比較例9では60MPa
保持時間:30分、実施例3では120分
Table 2 shows the test results of Examples 1 to 5 and Comparative Example 9 in which the intermediate material 13 (titanium foil) was sandwiched between the carbon material 11 and the tungsten material 12 and the shear strength of the joint was measured. indicates
Intermediate material 13: 1 sheet (0.05 mm) and 3 sheets (0.15 mm) of titanium (Ti) foil
Grooving of joint surface of carbon material 11: none Atmosphere: vacuum, holding temperature 1500 to 1700°C
Pressure: 30 MPa, 60 MPa in Comparative Example 9
Holding time: 30 minutes, 120 minutes in Example 3

チタン箔を中間材13として配置することにより、高い剪断強度を示した。
実施例3,4を比較するとチタン箔が厚い方が、高い剪断強度を示した。
破断はすべてチタン箔と炭素材11の界面に発生した。
比較例9では、圧力が60MPaであるが、そのときの剪断強度が2.80MPaであった。実施例2と比較してかなり低い値となった。
By arranging the titanium foil as the intermediate material 13, high shear strength was exhibited.
Comparing Examples 3 and 4, the thicker the titanium foil, the higher the shear strength.
All breaks occurred at the interface between the titanium foil and the carbon material 11 .
In Comparative Example 9, the pressure was 60 MPa, and the shear strength at that time was 2.80 MPa. Compared with Example 2, the value was considerably low.

IG-430Uの炭素材11の圧縮強度(代表値)が90MPaである。例えば、圧縮強度の半分以上の圧力をかけると、炭素材11の組織が微細に影響を及ぼして強度低下を招いた可能性が考えられる。
このように、チタン箔の中間材13を介して炭素材11とタングステン材12とを接合すると、適切な加圧力で加圧する限り、接合部の強度は必要な剪断強度(例えば、5MPa)以上になる。因みに、炭素材11の接合面を荒らした他は、実施例2と同条件で試験した場合は剪断強度に大きな差異は認められなかった。
The compressive strength (representative value) of the carbon material 11 of IG-430U is 90 MPa. For example, when a pressure of half or more of the compressive strength is applied, it is possible that the structure of the carbon material 11 is affected minutely and the strength is lowered.
In this way, when the carbon material 11 and the tungsten material 12 are joined via the intermediate material 13 of titanium foil, the strength of the joint is above the required shear strength (for example, 5 MPa) as long as the pressure is applied with an appropriate pressure. Become. Incidentally, when the test was conducted under the same conditions as in Example 2, except that the joint surface of the carbon material 11 was roughened, no significant difference in shear strength was observed.

接合部界面の2000倍拡大の電子顕微鏡写真(図示略)によれば、実施例1のものでは、結晶粒が繊維状に伸びているのに対し、実施例5のものでは、結晶粒が丸くなっている。これは、1700℃以上の温度では、タングステンの再結晶化が生じるためである。

Figure 2023028877000028
According to an electron micrograph (not shown) of the joint interface at a magnification of 2000 times, in Example 1, the crystal grains are elongated in a fibrous shape, while in Example 5, the crystal grains are round. It's becoming This is because recrystallization of tungsten occurs at temperatures above 1700°C.
Figure 2023028877000028

表3は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に格子溝(図11参照)を形成して接合し、接合部の剪断強度を測定した実施例6~8の試験結果を示す。
中間材13:チタン箔を3枚(0.15mm)
炭素材11の接合面の微細な格子溝加工:
格子溝(a):溝幅0.2mm,深さ0.1mm,間隔0.2mm(ピッチ0.4mm)
格子溝(b):溝幅0.2mm,深さ0.1mm,間隔0.4mm(ピッチ0.8mm)
圧力:格子溝(a)のとき10MPa,30MPa、格子溝(b)のとき30MPa
雰囲気:真空,保持温度:1600℃,保持時間:30分
In Table 3, the intermediate material 13 is arranged between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the joint surface of the carbon material 11 is formed with lattice grooves (see FIG. 11), and the shear strength of the joint is measured. Test results of Examples 6-8 are shown.
Intermediate material 13: 3 sheets of titanium foil (0.15 mm)
Fine grating groove processing on the joint surface of the carbon material 11:
Grating groove (a): groove width 0.2 mm, depth 0.1 mm, interval 0.2 mm (pitch 0.4 mm)
Grating groove (b): groove width 0.2 mm, depth 0.1 mm, interval 0.4 mm (pitch 0.8 mm)
Pressure: 10 MPa, 30 MPa for grating groove (a), 30 MPa for grating groove (b)
Atmosphere: vacuum, holding temperature: 1600°C, holding time: 30 minutes

炭素材11の接合面に微細な格子溝加工を施すことにより、高い剪断強度を示した。
圧力は、10MPaと30MPaとで顕著な差異は認められなかった。

Figure 2023028877000029
A high shear strength was exhibited by performing fine lattice groove processing on the joint surface of the carbon material 11 .
No significant difference was observed between the pressure of 10 MPa and 30 MPa.
Figure 2023028877000029

表4は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に微細な溝加工(図8参照)を施して接合し、接合部の剪断強度を測定した比較例10と実施例9~12の試験結果を示す。 In Table 4, the intermediate material 13 is placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the joint surface of the carbon material 11 is subjected to fine groove processing (see FIG. 8) and joined, and the shear strength of the joint is measured. The test results of Comparative Example 10 and Examples 9 to 12 are shown.

中間材13:チタン箔を3枚(0.15mm)
炭素材11の接合面の溝加工:微細な多重同心円溝と放射溝
同心円溝:溝幅0.2mm,深さ0.2mm,間隔0.2mm(ピッチ0.4mm)
放射溝:溝幅0.2mm,深さ0.2mm
雰囲気:真空、圧力:30MPa、温度:1400~1600℃、保持時間:30分
Intermediate material 13: 3 sheets of titanium foil (0.15 mm)
Grooving of joint surface of carbon material 11: fine multiple concentric circular grooves and radial grooves Concentric circular grooves: groove width 0.2 mm, depth 0.2 mm, interval 0.2 mm (pitch 0.4 mm)
Radial groove: groove width 0.2 mm, depth 0.2 mm
Atmosphere: vacuum, pressure: 30 MPa, temperature: 1400 to 1600°C, holding time: 30 minutes

炭素材11の接合面に微細な溝加工を施すことにより、保持温度が1450~1600℃で高い剪断強度を示した。1400℃では十分な接合がなされていなかった。保持温度は1500℃以上であることが剪断強度面から望ましい。
破断箇所は、比較例10と実施例9ではチタン箔と炭素材11の界面、実施例10ではチタン箔と炭素材11の界面と炭素材部分、実施例11,12では炭素材部分であった。
By applying fine groove processing to the joint surface of the carbon material 11, high shear strength was exhibited at a holding temperature of 1450 to 1600°C. Sufficient bonding was not achieved at 1400°C. A holding temperature of 1500° C. or higher is desirable from the standpoint of shear strength.
The fracture location was the interface between the titanium foil and the carbon material 11 in Comparative Example 10 and Example 9, the interface between the titanium foil and the carbon material 11 and the carbon material portion in Example 10, and the carbon material portion in Examples 11 and 12. .

図13は比較例10の接合体10の破断箇所の拡大写真であり、炭素材11のバルク側破面とタングステン材12のバルク側破面には、炭素材11の溝パターンが印字されていた。図14は実施例10の接合体10の破断箇所の拡大写真であり、接合強度が高いため、炭素材11のバルクの下部が破断していた。

Figure 2023028877000030
FIG. 13 is an enlarged photograph of the fractured portion of the joined body 10 of Comparative Example 10. The groove pattern of the carbon material 11 was printed on the bulk-side fracture surface of the carbon material 11 and the bulk-side fracture surface of the tungsten material 12. . FIG. 14 is an enlarged photograph of the fractured portion of the bonded body 10 of Example 10. Since the bonding strength was high, the lower portion of the bulk of the carbon material 11 was fractured.
Figure 2023028877000030

表5は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に微細な溝加工を施して接合し(1500℃の保持温度にて圧力とチタン箔の厚みを変えて試験)、接合部の剪断強度を測定した比較例11と実施例10,13の試験結果を示す。
中間材:チタン箔を3枚(0.15mm)及び5枚(0.25mm)
炭素材接合面の溝加工:微細な多重同心円溝と放射溝形成 (表4の溝加工と同じ)
In Table 5, an intermediate material 13 is placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the bonding surface of the carbon material 11 is finely grooved and bonded (at a holding temperature of 1500 ° C., pressure and titanium foil The test results are shown for Comparative Example 11 and Examples 10 and 13 in which the shear strength of the joint portion was measured.
Intermediate material: 3 sheets (0.15 mm) and 5 sheets (0.25 mm) of titanium foil
Groove processing of carbon material joint surface: formation of fine multiple concentric circular grooves and radial grooves (same as groove processing in Table 4)

保持温度が1500℃において、チタン箔が0.15mmの場合は、圧力が20MPa であっても高い剪断強度が得られた。
破断箇所は、比較例11では炭素材11とチタンの界面であった。実施例13では炭素材部分であった。

Figure 2023028877000031
When the holding temperature was 1500° C. and the thickness of the titanium foil was 0.15 mm, a high shear strength was obtained even at a pressure of 20 MPa.
In Comparative Example 11, the breaking point was the interface between the carbon material 11 and titanium. In Example 13, it was the carbon material portion.
Figure 2023028877000031

表6は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に微細な溝加工を施して接合し(圧力とチタン箔の厚みを変えて試験)、接合部の剪断強度を測定した比較例12~14と実施例12,14~20の試験結果を示す。
中間材:チタン箔(厚さ0.05mm)を1枚,2枚、3枚,4枚,5枚
炭素材接合面の加工:微細な多重同心円溝と放射溝形成 (表4の溝加工と同じ)
雰囲気:真空、圧力:10~40MPa、温度:1600℃、保持時間:30分
In Table 6, the intermediate material 13 is placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the bonding surface of the carbon material 11 is subjected to fine groove processing and bonded (tested by changing the pressure and the thickness of the titanium foil), Test results of Comparative Examples 12 to 14 and Examples 12 and 14 to 20 in which the shear strength of the joint was measured are shown.
Intermediate material: 1, 2, 3, 4, 5 titanium foils (thickness 0.05 mm) Processing of carbon material joint surface: Fine multiple concentric circular grooves and radial groove formation (groove processing and groove processing in Table 4 same)
Atmosphere: vacuum, pressure: 10 to 40 MPa, temperature: 1600°C, holding time: 30 minutes

チタン箔が0.15mmの場合、10~40MPaの圧力の範囲では剪断強度はほぼ一定の高い値であった(実施例12,14,15,20参照)。
表2に示した比較例9において圧力60MPaの場合に、剪断強度が顕著に低くなることに鑑みると、圧力を40MPaより更に高めると、剪断強度が必要な剪断強度以下に低下すると推定される。
When the titanium foil had a thickness of 0.15 mm, the shear strength was a substantially constant high value in the pressure range of 10 to 40 MPa (see Examples 12, 14, 15 and 20).
In Comparative Example 9 shown in Table 2, when the pressure is 60 MPa, the shear strength is remarkably low. Considering this, it is presumed that if the pressure is further increased from 40 MPa, the shear strength will drop below the required shear strength.

微細な溝加工を施した場合、チタン箔が0.05mmでは剪断強度が低い(比較例12,実施例17参照)。破断箇所は何れも炭素材11とチタン箔の界面部分であった。
微細な溝加工を施し且つチタン箔が0.25mmの場合、実施例16では圧力が20MPaのときは高い剪断強度であったが、比較例13では圧力が30MPaのときは低い剪断強度であった。尚、表5に示す比較例11の場合、チタン箔0.25mmで、保持温度1500℃、30MPaの条件で低強度であった。
破断箇所は、実施例14,16,18の場合、炭素材部分であった。

Figure 2023028877000032
When fine grooving is applied, the shear strength is low when the thickness of the titanium foil is 0.05 mm (see Comparative Example 12 and Example 17). All fractured portions were at the interfaces between the carbon material 11 and the titanium foil.
When fine grooves were applied and the titanium foil was 0.25 mm, Example 16 had a high shear strength when the pressure was 20 MPa, but Comparative Example 13 had a low shear strength when the pressure was 30 MPa. . In the case of Comparative Example 11 shown in Table 5, the strength was low under the conditions of a titanium foil of 0.25 mm, a holding temperature of 1500° C. and a holding temperature of 30 MPa.
In the cases of Examples 14, 16 and 18, the broken portion was the carbon material portion.
Figure 2023028877000032

表7は、炭素繊維複合材料製の炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置して接合し、接合部の剪断強度を測定した比較例15,16と実施例21,22の試験結果を示す。 Table 7 shows comparative examples 15 and 16 and examples 21 and 22 in which the intermediate material 13 was placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12 made of carbon fiber composite material and joined, and the shear strength of the joint was measured. Test results are shown.

ここで、図15に示すように、炭素繊維複合材料は炭素繊維製のフェルト45を図15において上下方向に加圧しつつ積層して製作される。表7における接合面が「フェルト断面」とは、接合体である試験片aのように試験片aの長手方向がフェルト面と平行方向に向けられたものを示し、接合面が「フェルト平面」とは、試験片bのように試験片bの長手方向がフェルト積層方向に向けられたものを示す。 Here, as shown in FIG. 15, the carbon fiber composite material is produced by laminating felt 45 made of carbon fiber while applying pressure in the vertical direction in FIG. The term “felt cross section” as the joint surface in Table 7 indicates that the longitudinal direction of the test piece a is parallel to the felt surface, such as the test piece a, which is a joined body, and the joint surface is a “felt plane”. indicates that the longitudinal direction of the test piece b is oriented in the lamination direction of the felt, like the test piece b.

炭素繊維複合材料:商品名TCC-123U(東洋炭素株式会社製)
炭素繊維フェルトに熱分解炭素を化学気相浸透法にて含浸させ、黒鉛化処理したもの。
かさ密度:1.49g/cm
中間材:チタン箔を3枚(0.15mm)
炭素材の接合面の加工:無し
Carbon fiber composite material: trade name TCC-123U (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.)
Carbon fiber felt impregnated with pyrolytic carbon by chemical vapor infiltration and graphitized.
Bulk density: 1.49 g/ cm3
Intermediate material: 3 sheets of titanium foil (0.15 mm)
Processing of joint surface of carbon material: None

1600℃、圧力10MPaの条件で良好な接合体が得られた。破断箇所は、実施例21では炭素材11とチタン箔の界面であり、実施例22では炭素材部分であった。
圧力を高めて30MPaにすると剪断強度が低下した。破断箇所は、比較例15,16何れも炭素材とチタン箔の界面であった。

Figure 2023028877000033
A good joined body was obtained under the conditions of 1600° C. and 10 MPa of pressure. The breaking point was the interface between the carbon material 11 and the titanium foil in Example 21, and the carbon material portion in Example 22.
When the pressure was increased to 30 MPa, the shear strength decreased. The breaking point was the interface between the carbon material and the titanium foil in both Comparative Examples 15 and 16.
Figure 2023028877000033

表8は、炭素材11とタングステン材12の間に中間材13を配置し、炭素材11の接合面に微細な浅い穴加工を施して接合し、接合部の剪断強度を測定した実施例23~25の試験結果を示す。各実施例において2個ずつの試験片について試験した。
中間材:チタン箔(厚さ0.05mm)を3枚
炭素材11の接合面の加工:微細な浅い穴を微細なパターンで形成
穴加工(a)φ0.2mm、深さ0.2mmの穴をピッチ0.4mmで全面に形成
穴加工(b)φ0.2mm、深さ0.1mmの穴をピッチ0.8mmで全面に形成
穴加工(c)φ0.2mm、深さ0.2mmの穴をピッチ0.8mmで全面に形成
雰囲気:真空、圧力:30MPa、温度:1600℃、保持時間:30分
Table 8 shows Example 23 in which the intermediate material 13 is placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the joint surface of the carbon material 11 is subjected to fine shallow hole processing to join, and the shear strength of the joint is measured. -25 test results are shown. Two specimens were tested for each example.
Intermediate material: 3 sheets of titanium foil (thickness 0.05 mm) Machining of bonding surface of carbon material 11: Forming fine shallow holes in a fine pattern Hole machining (a) Holes with a diameter of 0.2 mm and a depth of 0.2 mm (b) Holes with a pitch of 0.2 mm and a depth of 0.1 mm are formed on the entire surface with a pitch of 0.4 mm. (c) Holes with a diameter of 0.2 mm and a depth of 0.2 mm. is formed on the entire surface at a pitch of 0.8 mm Atmosphere: vacuum, pressure: 30 MPa, temperature: 1600°C, holding time: 30 minutes

実施例23~25は、炭素材11の接合面に穴加工した点以外は、表2の実施例4と同様の条件で行ったものであるが、実施例4の剪断強度8.78MPaより高い剪断強度が得られたのは実施例24の試験片1個だけであった。炭素材11の接合面への穴加工の効果は認められなかった。

Figure 2023028877000034
Examples 23 to 25 were carried out under the same conditions as Example 4 in Table 2, except that the joint surface of the carbon material 11 was drilled, but the shear strength was higher than that of Example 4, 8.78 MPa. Only one specimen of Example 24 yielded shear strength. No effect of drilling the joint surface of the carbon material 11 was observed.
Figure 2023028877000034

表9は、炭素材11とタングステン材12の間にチタン箔とチタンろう又はチタンろうを配置し、炭素材11の接合面に溝加工なしで接合し、接合部の剪断強度を測定した参考例1~3の試験結果を示す。チタンろうは、東京ブレイズ株式会社製のものを用いた。
この参考例1~3のようにろう付けによっては剪断強度を十分に高めることが難しいものと推定される。
Table 9 is a reference example in which titanium foil and titanium brazing or titanium brazing are placed between the carbon material 11 and the tungsten material 12, and the joint surface of the carbon material 11 is joined without groove processing, and the shear strength of the joint is measured. 1 to 3 test results are shown. Titanium brazing material manufactured by Tokyo Blaze Co., Ltd. was used.
It is presumed that it is difficult to sufficiently increase the shear strength by brazing as in Reference Examples 1 to 3.

以上説明した実施例1~25と比較例1~16から次のことが分かる。
炭素材11とタングステン材12との放電プラズマ焼結法による接合において、接合を可能にするためには炭素材11とタングステン材12の界面に金属製の中間材13を配置して焼結することが望ましい。
The following can be understood from Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 16 described above.
In joining the carbon material 11 and the tungsten material 12 by the discharge plasma sintering method, in order to enable joining, a metal intermediate material 13 is arranged at the interface between the carbon material 11 and the tungsten material 12 and sintered. is desirable.

中間材13としては、Fe,Ti, Ti合金,Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, Ni のうちの何れかの金属材料製の中間材が好ましいが、チタン製の箔(チタン箔)が特に好ましい。
チタン箔の厚みは、炭素材11の種類や界面の加工、接合条件によって好適な厚みが異なるが、厚すぎても薄すぎても接合強度(剪断強度)が低くなる。
As the intermediate material 13, an intermediate material made of any one of metal materials such as Fe, Ti, Ti alloy, Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, and Ni is preferable. is particularly preferred.
The suitable thickness of the titanium foil varies depending on the type of carbon material 11, the processing of the interface, and the bonding conditions.

炭素材11が人造黒鉛である場合、接合面に溝加工を施すことにより剪断強度を高めることができる。溝は幅、深さ、ピッチ(間隔)や形状を適切に設定する必要がある。
微細な溝加工であることがより好ましい。炭素材11の接合面を荒らすことは効果がなかった。炭素材11の接合面に微細な穴加工を施しても、効果は少なかった。
炭素材11が炭素繊維複合材料である場合は、微細な溝加工はむしろ剪断強度を低下させた。
When the carbon material 11 is artificial graphite, the shear strength can be increased by grooving the joint surface. The width, depth, pitch (interval) and shape of the grooves must be set appropriately.
Fine grooving is more preferred. Roughening the joint surface of the carbon material 11 was ineffective. Even if fine hole processing was performed on the joint surface of the carbon material 11, the effect was small.
When the carbon material 11 was a carbon fiber composite material, fine groove processing rather lowered the shear strength.

接合のパラメータの内、保持温度は1450℃以上であることが好ましい。炭素材11が人造黒鉛の場合、1500~1600℃でほぼ同じ剪断強度が得られ、圧力は10~40MPaでほぼ同じ剪断強度が得られた。圧力が高すぎるとむしろ剪断強度が低くなる。
材料強度が低い炭素繊維複合材料では、10MPa程度がよく、30MPaでは剪断強度が低くなった。
Among the parameters for bonding, the holding temperature is preferably 1450° C. or higher. When the carbon material 11 was artificial graphite, substantially the same shear strength was obtained at 1500 to 1600° C., and substantially the same shear strength was obtained at a pressure of 10 to 40 MPa. If the pressure is too high, the shear strength will rather decrease.
For the carbon fiber composite material with low material strength, the shear strength was good at about 10 MPa, and the shear strength was low at 30 MPa.

保持時間は30分程度でよい。素材の種類、大きさや保持温度等の条件によって調整が必要と考えられる。
保持温度1600℃で、タングステンの再結晶化による組織の粗大化認められる場合と、そうでない場合があった。
The holding time may be about 30 minutes. It is considered that adjustment is necessary depending on conditions such as the type and size of the material and the holding temperature.
At a holding temperature of 1600° C., coarsening of the structure due to recrystallization of tungsten was observed in some cases and not in other cases.

前記実施形態は、核融合炉のダイバータ板に適用する炭素材とタングステン材との炭素材とタングステン材の接合体について説明したが、本発明は上記の炭素材とタングステン材の接合体以外の種々の用途に用いる種々の炭素材とタングステン材の接合体にも適用可能である。
当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加して実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。
In the above-described embodiment, a bonded body of a carbon material and a tungsten material applied to a divertor plate of a nuclear fusion reactor has been described. It can also be applied to joints of various carbon materials and tungsten materials used for the purpose of.
Those skilled in the art can add various modifications to the above-described embodiment without departing from the scope of the present invention, and the present invention also includes such modifications.

10 炭素材とタングステン材の接合体
11 炭素材
12 タングステン材
13 中間材
10 Joined body of carbon material and tungsten material 11 Carbon material 12 Tungsten material 13 Intermediate material

Claims (11)

炭素材とタングステン材とを接合した炭素材とタングステン材の接合体であって、炭素材とタングステン材の間に配置したFe,Ti, Ti合金,Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, Ni のうちの何れかの金属材料製の中間材を介して接合されていることを特徴とする炭素材とタングステン材の接合体。 A bonded body of a carbon material and a tungsten material in which a carbon material and a tungsten material are bonded, wherein Fe, Ti, Ti alloy, Cr, V, Mo, Cu, Re, Zr, and the like are placed between the carbon material and the tungsten material. A joined body of a carbon material and a tungsten material, characterized in that they are joined via an intermediate material made of any one of Ni metal materials. 前記中間材はチタン製又はチタン合金製の中間材であることを特徴とする請求項1に記載の炭素材とタングステン材の接合体。 2. A joined body of a carbon material and a tungsten material according to claim 1, wherein said intermediate material is an intermediate material made of titanium or a titanium alloy. 前記炭素材の接合される表面に微細な溝が形成され、この微細な溝を介して前記炭素材と前記中間材が接合されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭素材とタングステン材の接合体。 3. The carbon material according to claim 1 or 2, wherein fine grooves are formed on the surface of said carbon material to be joined, and said carbon material and said intermediate material are joined through these fine grooves. and tungsten material. 前記微細な溝は0.08~0.3mmの深さと、0.1~0.3mmの幅を有することを特徴とする請求項3に記載の炭素材とタングステン材の接合体。 4. The joint of carbon material and tungsten material according to claim 3, wherein the fine groove has a depth of 0.08 to 0.3 mm and a width of 0.1 to 0.3 mm. 前記中間材の厚みが0.05~0.3mmであることを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の炭素材とタングステン材の接合体。 A joined body of a carbon material and a tungsten material according to any one of claims 1 to 4, wherein the intermediate material has a thickness of 0.05 to 0.3 mm. 前記炭素材が人造黒鉛又は炭素繊維複合材料であることを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の炭素材とタングステン材の接合体。 A joined body of a carbon material and a tungsten material according to any one of claims 1 to 5, wherein the carbon material is artificial graphite or a carbon fiber composite material. 前記炭素材とタングステン材の接合体は、核融合炉のダイバータ板、リミター、第一壁のうちの何れか1つに用いられることを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載の炭素材とタングステン材の接合体。 7. The carbon material-tungsten joint body according to any one of claims 1 to 6, wherein the joint body of the carbon material and the tungsten material is used for any one of a divertor plate, a limiter, and a first wall of a nuclear fusion reactor. A bonded body of carbon material and tungsten material. 高温熱処理炉のヒートシンクと反射材のうちの何れか1つに用いられることを特徴とする請求項1~6の何れか1項に記載の炭素材とタングステン材の接合体。 The joined body of carbon material and tungsten material according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is used for either one of a heat sink and a reflector of a high-temperature heat treatment furnace. 炭素材とタングステン材とを接合した接合体の製造方法であって、炭素材とタングステン材の間にチタン製又はチタン合金製の中間材を配置した状態で、加圧通電加熱法によって接合することを特徴とする炭素材とタングステン材の接合体の製造方法。 A method for manufacturing a bonded body in which a carbon material and a tungsten material are bonded, wherein the bonding is performed by a pressure current heating method in a state in which an intermediate material made of titanium or a titanium alloy is arranged between the carbon material and the tungsten material. A method for producing a joined body of a carbon material and a tungsten material, characterized by: 前記炭素材の接合される表面に微細な溝を形成しておき、この微細な溝を介して前記炭素材と前記中間材を接合することを特徴とする請求項9に記載の炭素材とタングステン材の接合体の製造方法。 10. The carbon material and tungsten according to claim 9, wherein fine grooves are formed in the surface of the carbon material to be joined, and the carbon material and the intermediate material are joined through the fine grooves. A method for manufacturing a joined body of lumber. 前記加圧通電加熱法における焼結温度が1600℃以下であることを特徴とする請求項9又は10に記載の炭素材とタングステン材の接合体の製造方法。 11. The method for producing a joined body of a carbon material and a tungsten material according to claim 9 or 10, wherein the sintering temperature in the pressurized current heating method is 1600[deg.] C. or less.
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