JP2950436B2 - 複合化材料の製造方法 - Google Patents
複合化材料の製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばW(タングステ
ン)とCu (銅)の如き、融点が異なり、しかも互いに
固溶しない二つの金属材料を複合化する複合化材料の製
造方法に関する。
ン)とCu (銅)の如き、融点が異なり、しかも互いに
固溶しない二つの金属材料を複合化する複合化材料の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】活性金属溶解用るつぼ又は受熱板に代表
される超高温場を有する機器においては、高温で高エネ
ルギー密度を持った電子ビームやプラズマ等に耐え得る
材料、つまりビームターゲット材料が必要不可欠な場合
が多い。
される超高温場を有する機器においては、高温で高エネ
ルギー密度を持った電子ビームやプラズマ等に耐え得る
材料、つまりビームターゲット材料が必要不可欠な場合
が多い。
【0003】このビームターゲット材料は、過酷な条件
で使用されることから、次の2つの特性を満足するもの
でなけばならない。(1)温度が上昇する熱源直下で耐
熱性が十分であること。(2)熱伝導性が良く、かつ冷
却特性が優れていること。この(2)の特性が必要なの
は、一般に熱源の反対側はなんらかの手段により冷却さ
れているからである。
で使用されることから、次の2つの特性を満足するもの
でなけばならない。(1)温度が上昇する熱源直下で耐
熱性が十分であること。(2)熱伝導性が良く、かつ冷
却特性が優れていること。この(2)の特性が必要なの
は、一般に熱源の反対側はなんらかの手段により冷却さ
れているからである。
【0004】ところが、単一の材料では、耐熱性と熱伝
導性を切り離して考えることはできず、片方の特性が決
まれば、他方の特性が決まるため、おのずと限界があ
る。このような事から、従来2つの特性を共に上げるた
めには、材料の複合化されたものの製造方法が試みられ
ている。この一つとして、金属の中で最も融点が高いW
と熱伝導性の良いCu を複合化し、耐熱性と熱伝導性の
両方の特性に優れた複合化材料の創製が試みられてい
る。
導性を切り離して考えることはできず、片方の特性が決
まれば、他方の特性が決まるため、おのずと限界があ
る。このような事から、従来2つの特性を共に上げるた
めには、材料の複合化されたものの製造方法が試みられ
ている。この一つとして、金属の中で最も融点が高いW
と熱伝導性の良いCu を複合化し、耐熱性と熱伝導性の
両方の特性に優れた複合化材料の創製が試みられてい
る。
【0005】ところが、WとCu を複合化する場合、こ
の二つの材料は互いに固溶しないため、その接合方法は
限られ、単純な張り合わせやろう付等の主として機械的
接合方法が使用されている。
の二つの材料は互いに固溶しないため、その接合方法は
限られ、単純な張り合わせやろう付等の主として機械的
接合方法が使用されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述のようにWとCu
を複合化したものを、高温場で用いようとする場合、両
者の熱膨張率の差が大きい。具体的には、Wは4.5×
10-6/Kであるのに対し、Cu は17.1×10-6/
Kと大きく、発生する熱応力も極めて大きい。このた
め、WとCu を単にろう付して複合化した場合には、W
とCu の界面で発生する熱応力で剥離や加熱時に引っ張
り応力が、熱膨脹率の小さい側のW中に割れが生じやす
い。その割れや剥離は、トータルの熱伝導率を低下させ
るため、材料の温度上昇につながり、最悪の場合には溶
融事故を引き起こす。
を複合化したものを、高温場で用いようとする場合、両
者の熱膨張率の差が大きい。具体的には、Wは4.5×
10-6/Kであるのに対し、Cu は17.1×10-6/
Kと大きく、発生する熱応力も極めて大きい。このた
め、WとCu を単にろう付して複合化した場合には、W
とCu の界面で発生する熱応力で剥離や加熱時に引っ張
り応力が、熱膨脹率の小さい側のW中に割れが生じやす
い。その割れや剥離は、トータルの熱伝導率を低下させ
るため、材料の温度上昇につながり、最悪の場合には溶
融事故を引き起こす。
【0007】このような事から、最近2種類の粉末を混
ぜると共に、この混合比率を変えて積層し、この積層し
たものを焼結して傾斜組成材料を得ることが試みられて
いる。ところが、この手法は、混合する2種類の粉末の
融点が互いに類似しているものでは、傾斜組成材料を得
ることが可能であるが、混合する2種類の粉末の融点が
極端に異なる場合には、片方が溶融して他方のみが残る
事になり、傾斜組成材料を製造することは困難である。
ぜると共に、この混合比率を変えて積層し、この積層し
たものを焼結して傾斜組成材料を得ることが試みられて
いる。ところが、この手法は、混合する2種類の粉末の
融点が互いに類似しているものでは、傾斜組成材料を得
ることが可能であるが、混合する2種類の粉末の融点が
極端に異なる場合には、片方が溶融して他方のみが残る
事になり、傾斜組成材料を製造することは困難である。
【0008】本発明は、互いに接合すべき二つの材料の
界面の接合強度および熱伝導性に優れた複合化材料の製
造方法を提供することを目的とする。
界面の接合強度および熱伝導性に優れた複合化材料の製
造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、以下のように構成したものである。請求項
1に対応する発明は、互いに固溶せず、融点の異なる融
点の高い側の高融点材料と融点の低い側の低融点材料を
複合化する複合化材料の製造方法において、前記高融点
材料に気孔を形成すると共に、その気孔率が少なくとも
表面の一部分で大きく、またその部分に向かって次第に
気孔率が大きくなるように気孔率分布をもった材料を得
る第1の工程と、この第1の工程で得られた材料の気孔
率の大きい部分から前記低融点側材料を溶浸する第2の
工程を含み、前記高融点材料と前記低融点材料の組成比
率が傾斜分布するようにしたことを特徴とする複合化材
料の製造方法である。
成するため、以下のように構成したものである。請求項
1に対応する発明は、互いに固溶せず、融点の異なる融
点の高い側の高融点材料と融点の低い側の低融点材料を
複合化する複合化材料の製造方法において、前記高融点
材料に気孔を形成すると共に、その気孔率が少なくとも
表面の一部分で大きく、またその部分に向かって次第に
気孔率が大きくなるように気孔率分布をもった材料を得
る第1の工程と、この第1の工程で得られた材料の気孔
率の大きい部分から前記低融点側材料を溶浸する第2の
工程を含み、前記高融点材料と前記低融点材料の組成比
率が傾斜分布するようにしたことを特徴とする複合化材
料の製造方法である。
【0010】請求項3に対応する発明は、互いに固溶せ
ず、融点の異なる融点の高い側の高融点材料と融点の低
い側の低融点材料を複合化する複合化材料の製造方法に
おいて、前記高融点材料の粒度の異なる粉末と、この粉
末に固溶する第2元素の粉末を添加混合し複数の粒度の
異なる混合物を作成する第1の工程と、この第1の工程
で作成された混合物のうち、粒度の小さいものから順に
積層した積層体を得る第2の工程と、この第2の工程で
得られた積層体を成形して固溶強化した成形体を得る第
3の工程と、この第3の工程で得た成形体を焼結して気
孔を形成すると共に、その気孔率が少なくとも表面の一
部分で大きく、またその部分に向かって次第に気孔率が
大きくなるように気孔率分布をもった焼結体を得る第4
の工程と、この第4の工程で得られた焼結体の気孔に前
記低融点材料を溶浸する第5の工程を含み、前記高融点
材料と低融点材料の組成比率が傾斜分布するようにした
ことを特徴とする複合化材料の製造方法である。
ず、融点の異なる融点の高い側の高融点材料と融点の低
い側の低融点材料を複合化する複合化材料の製造方法に
おいて、前記高融点材料の粒度の異なる粉末と、この粉
末に固溶する第2元素の粉末を添加混合し複数の粒度の
異なる混合物を作成する第1の工程と、この第1の工程
で作成された混合物のうち、粒度の小さいものから順に
積層した積層体を得る第2の工程と、この第2の工程で
得られた積層体を成形して固溶強化した成形体を得る第
3の工程と、この第3の工程で得た成形体を焼結して気
孔を形成すると共に、その気孔率が少なくとも表面の一
部分で大きく、またその部分に向かって次第に気孔率が
大きくなるように気孔率分布をもった焼結体を得る第4
の工程と、この第4の工程で得られた焼結体の気孔に前
記低融点材料を溶浸する第5の工程を含み、前記高融点
材料と低融点材料の組成比率が傾斜分布するようにした
ことを特徴とする複合化材料の製造方法である。
【0011】請求項4に対応する発明は、高融点材料と
低融点材料を複合化する複合化材料の製造方法におい
て、高融点材料の粒度の異なる粉末と、この粉末に固溶
しない第2元素や化合物の粉末を添加混合し複数の粒度
の異なる混合物を作成する第1の工程と、この第1の工
程で作成された混合物のうち、粒度の小さいものから順
に積層した積層体を得る第2の工程と、この第2の工程
で得られた積層体を成形して分散強化した成形体を得る
第3の工程と、この第3の工程で得た成形体を焼結して
気孔を形成すると共に、その気孔率が少なくとも表面の
一部分で大きく、またその部分に向かって次第に気孔率
が大きくなるように気孔率分布をもった焼結体を得る第
4の工程と、この第4の工程で得られた焼結体の気孔に
前記低融点材料を溶浸する第5の工程を含み、高融点材
料と低融点材料の組成比率が傾斜分布するようにしたこ
と複合化材料の製造方法である。
低融点材料を複合化する複合化材料の製造方法におい
て、高融点材料の粒度の異なる粉末と、この粉末に固溶
しない第2元素や化合物の粉末を添加混合し複数の粒度
の異なる混合物を作成する第1の工程と、この第1の工
程で作成された混合物のうち、粒度の小さいものから順
に積層した積層体を得る第2の工程と、この第2の工程
で得られた積層体を成形して分散強化した成形体を得る
第3の工程と、この第3の工程で得た成形体を焼結して
気孔を形成すると共に、その気孔率が少なくとも表面の
一部分で大きく、またその部分に向かって次第に気孔率
が大きくなるように気孔率分布をもった焼結体を得る第
4の工程と、この第4の工程で得られた焼結体の気孔に
前記低融点材料を溶浸する第5の工程を含み、高融点材
料と低融点材料の組成比率が傾斜分布するようにしたこ
と複合化材料の製造方法である。
【0012】請求項5に対応する発明は、互いに固溶せ
ず、融点の異なる融点の高い側の高融点材料と融点の低
い側の低融点材料を複合化する複合化材料の製造方法に
おいて、前記高融点材料を圧延、鍛造等の塑性加工、又
は、合金化により機械的強度を強化した基材を得る第1
の工程と、この第1の工程で得られた基材に、減圧プラ
ズマ溶射手段により共材を溶射させる事により、気孔を
形成すると共に、その気孔率が少なくとも表面の一部分
で大きく、またその部分に向かって次第に気孔率が大き
くなるように気孔率分布をもった溶射皮膜を形成する第
2の工程と、この第2の工程で得られた溶射皮膜の気孔
に前記低融点材料を溶浸する第3の工程とを含み、前記
高融点材料と低融点材料の組成比率が傾斜分布するよう
にしたことを特徴とする複合化材料の製造方法である。
ず、融点の異なる融点の高い側の高融点材料と融点の低
い側の低融点材料を複合化する複合化材料の製造方法に
おいて、前記高融点材料を圧延、鍛造等の塑性加工、又
は、合金化により機械的強度を強化した基材を得る第1
の工程と、この第1の工程で得られた基材に、減圧プラ
ズマ溶射手段により共材を溶射させる事により、気孔を
形成すると共に、その気孔率が少なくとも表面の一部分
で大きく、またその部分に向かって次第に気孔率が大き
くなるように気孔率分布をもった溶射皮膜を形成する第
2の工程と、この第2の工程で得られた溶射皮膜の気孔
に前記低融点材料を溶浸する第3の工程とを含み、前記
高融点材料と低融点材料の組成比率が傾斜分布するよう
にしたことを特徴とする複合化材料の製造方法である。
【0013】請求項6に対応する発明は、請求項5記載
の複合化材料の製造方法において、第1の工程は、基材
に、これと同一種類の材料を溶射手段により溶射させる
ことにより、気孔を形成したものである。
の複合化材料の製造方法において、第1の工程は、基材
に、これと同一種類の材料を溶射手段により溶射させる
ことにより、気孔を形成したものである。
【0014】請求項7に対応する発明は、請求項5記載
の複合化材料の製造方法において、第1の工程は、基材
に、これと同一種類の材料を溶射手段により溶射させる
ことにより気孔を有する材料を得、この第1の工程で得
られた材料を孔が外部と連通している開気孔を残し、か
つ孔が外部と連通していない閉気孔を除去する熱間等方
性加圧した後、第2の工程を行うことを特徴とするもの
である。
の複合化材料の製造方法において、第1の工程は、基材
に、これと同一種類の材料を溶射手段により溶射させる
ことにより気孔を有する材料を得、この第1の工程で得
られた材料を孔が外部と連通している開気孔を残し、か
つ孔が外部と連通していない閉気孔を除去する熱間等方
性加圧した後、第2の工程を行うことを特徴とするもの
である。
【0015】
【0016】
【0017】
【作用】請求項1に対応する発明によれば、高融点材料
と低融点材料の材料の傾斜組成領域(界面)での組成が
連続的に変化する、いわゆる組成が傾斜化する事から、
両材料の界面の接合強度(密着性)および熱伝導性が優
れる。
と低融点材料の材料の傾斜組成領域(界面)での組成が
連続的に変化する、いわゆる組成が傾斜化する事から、
両材料の界面の接合強度(密着性)および熱伝導性が優
れる。
【0018】請求項3、4に対応する発明によれば、高
融点材料例えばWにこれに固溶する第2の元素、または
固溶しない第2の元素あるいは化合物を添加混合して工
程を含んでいるため、高融点側材料が固溶強化または分
散強化され、これにより各材料、各部位の機械的強度
が、請求項1に比べて優れる。
融点材料例えばWにこれに固溶する第2の元素、または
固溶しない第2の元素あるいは化合物を添加混合して工
程を含んでいるため、高融点側材料が固溶強化または分
散強化され、これにより各材料、各部位の機械的強度
が、請求項1に比べて優れる。
【0019】請求項5に対応する発明によれば、熱応力
の発生が大きい部位を高強度材料で構成することによ
り、請求項1,3,4に比べてより過酷な条件、例えば
ビームターゲットの場合高熱負荷条件に耐え得ることが
できる。
の発生が大きい部位を高強度材料で構成することによ
り、請求項1,3,4に比べてより過酷な条件、例えば
ビームターゲットの場合高熱負荷条件に耐え得ることが
できる。
【0020】請求項6,7に対応する発明によれば、溶
射手段を用いて焼結プロセスを変更するようにしている
ので、円筒等の3次元表面での傾斜組成化が可能とな
る。
射手段を用いて焼結プロセスを変更するようにしている
ので、円筒等の3次元表面での傾斜組成化が可能とな
る。
【0021】
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の複合化材料の製造方法の第
1の実施例を説明するための工程図であり、第1の工程
1では、Wの粉末を得てこれを所望の形状にするため
に、図示しない型内に充填する。第2の工程2におい
て、第1の工程1で得たW粉末の成形体を得る。第3の
工程3では、第2の工程2で得た成形体を焼結して気孔
を形成すると共に、その気孔率が少なくとも表面の一部
分で大きく、またその部分に向かって次第に気孔率が大
きくなるように気孔率分布をもったW焼結体を得る。第
4の工程4では図示しない容器内でCu を溶融すると共
に、この中に第3の工程3で得たW焼結体を溶浸させ
る。第5の工程5では、第4工程4で得たものを機械加
工して最終的に希望する製品形状にする。
て説明する。図1は本発明の複合化材料の製造方法の第
1の実施例を説明するための工程図であり、第1の工程
1では、Wの粉末を得てこれを所望の形状にするため
に、図示しない型内に充填する。第2の工程2におい
て、第1の工程1で得たW粉末の成形体を得る。第3の
工程3では、第2の工程2で得た成形体を焼結して気孔
を形成すると共に、その気孔率が少なくとも表面の一部
分で大きく、またその部分に向かって次第に気孔率が大
きくなるように気孔率分布をもったW焼結体を得る。第
4の工程4では図示しない容器内でCu を溶融すると共
に、この中に第3の工程3で得たW焼結体を溶浸させ
る。第5の工程5では、第4工程4で得たものを機械加
工して最終的に希望する製品形状にする。
【0023】この様にして得られた複合化金属材料によ
れば、以下のような効果が得られる。
れば、以下のような効果が得られる。
【0024】 1)WとCu の界面での組成が略連続的に変化すなわち
組成が傾斜化する。図2は前述のように製造された複合
化金属材料の模式図で、図2(a)は組成分布図であ
り、図2(b)はWとCu の重量比に対する分布特性図
である。この図から明らかなように、WとCu の傾斜組
成領域での組成が傾斜化されるので、単純な材料の張り
合わせや溶射等の機械的接合を利用した従来の複合化金
属材料に比べて本実施例の複合化金属材料は、WとCu
間に微視的なネットワーク構造が作られるため、その結
果WとCu の微視的ネットワーク構造が形成され、微視
的接触面積が増大するため、密着性が大幅に向上する。
組成が傾斜化する。図2は前述のように製造された複合
化金属材料の模式図で、図2(a)は組成分布図であ
り、図2(b)はWとCu の重量比に対する分布特性図
である。この図から明らかなように、WとCu の傾斜組
成領域での組成が傾斜化されるので、単純な材料の張り
合わせや溶射等の機械的接合を利用した従来の複合化金
属材料に比べて本実施例の複合化金属材料は、WとCu
間に微視的なネットワーク構造が作られるため、その結
果WとCu の微視的ネットワーク構造が形成され、微視
的接触面積が増大するため、密着性が大幅に向上する。
【0025】 2)本実施例は、WとCu の混合層における熱膨張率が
ほぼ混合比に従い連続的に変化するため、図3に示すよ
うに前述した従来の機械的接合方法による複合化金属材
料に比べて熱膨張率の差から生じる熱応力(圧縮応力と
引張り応力)が大幅に低減する。このため、WとCu の
接合部の破断事故をなくすことができる。
ほぼ混合比に従い連続的に変化するため、図3に示すよ
うに前述した従来の機械的接合方法による複合化金属材
料に比べて熱膨張率の差から生じる熱応力(圧縮応力と
引張り応力)が大幅に低減する。このため、WとCu の
接合部の破断事故をなくすことができる。
【0026】 3)本実施例の材料は、WとCu の接触面積の増大とと
もに、単純な張り合わせの時(従来例)に見られるよう
な材料間の隙間をなくすことができる。そのため、Wと
Cu の傾斜組成領域での熱抵抗が低減され、W単体やC
u単体のような優れた熱伝導性をもたせることができ
る。図4はこれを説明するための熱伝導率特性図であ
り、この図から明らかなように、組成が傾斜化した部位
の熱伝導率が大きいCu に大きく依存する特徴を生かせ
ば、全体としてもW単体以上の優れた熱伝導性を得る事
ができる。
もに、単純な張り合わせの時(従来例)に見られるよう
な材料間の隙間をなくすことができる。そのため、Wと
Cu の傾斜組成領域での熱抵抗が低減され、W単体やC
u単体のような優れた熱伝導性をもたせることができ
る。図4はこれを説明するための熱伝導率特性図であ
り、この図から明らかなように、組成が傾斜化した部位
の熱伝導率が大きいCu に大きく依存する特徴を生かせ
ば、全体としてもW単体以上の優れた熱伝導性を得る事
ができる。
【0027】次に、前述の第1の実施例によって得られ
た複合化材料を活性金属溶解用るつぼ又は受熱板に適用
した第2の実施例について、図5を参照して説明する。
図5(a)は活性金属溶解用るつぼ本体11と水冷ハー
ス13を示す断面図であり、図5(b)は図5(a)の
A部の微細組織を模式的に示す図である。るつぼ本体1
1側は、高温にさらされるため、高融点金属のWで構成
され、また、水冷ハース13は熱伝熱性の優れたCu で
構成され、さらに、WとCu の傾斜組成領域14では連
続的に組成が変化した、いわゆる傾斜組成となってい
る。なお、12は水冷用穴である。
た複合化材料を活性金属溶解用るつぼ又は受熱板に適用
した第2の実施例について、図5を参照して説明する。
図5(a)は活性金属溶解用るつぼ本体11と水冷ハー
ス13を示す断面図であり、図5(b)は図5(a)の
A部の微細組織を模式的に示す図である。るつぼ本体1
1側は、高温にさらされるため、高融点金属のWで構成
され、また、水冷ハース13は熱伝熱性の優れたCu で
構成され、さらに、WとCu の傾斜組成領域14では連
続的に組成が変化した、いわゆる傾斜組成となってい
る。なお、12は水冷用穴である。
【0028】以上のような構成のものを製造するには、
図6の工程図のように行う。すなわち、第1の工程21
では、W微粉末を作ると共に、このW微粉末の粒径を連
続的に変化させて図5のるつぼ本体11形状に積層し、
これにより密度を変化させる。第2の工程22では、第
1の工程21で得られた積層体をCIP成形し、W成形
体を作成する。第3の工程23では、この第2の工程2
2で得られたW成形体を、H2 等の還元高温雰囲気中に
数時間程度保持し、W焼結体を作成する。この第3の工
程では、Wに気孔を形成すると共に、その気孔率が少な
くとも表面の一部分で大きく、またその部分に向かって
次第に気孔率が大きくなるように気孔率分布をもったW
焼結体を材料を得る。第4の工程24では、第3の工程
23で得たW焼結体を機械加工し、最終的なるつぼ形状
に仕上げる。この場合、界面の傾斜組成部を含んで機械
加工を行う。
図6の工程図のように行う。すなわち、第1の工程21
では、W微粉末を作ると共に、このW微粉末の粒径を連
続的に変化させて図5のるつぼ本体11形状に積層し、
これにより密度を変化させる。第2の工程22では、第
1の工程21で得られた積層体をCIP成形し、W成形
体を作成する。第3の工程23では、この第2の工程2
2で得られたW成形体を、H2 等の還元高温雰囲気中に
数時間程度保持し、W焼結体を作成する。この第3の工
程では、Wに気孔を形成すると共に、その気孔率が少な
くとも表面の一部分で大きく、またその部分に向かって
次第に気孔率が大きくなるように気孔率分布をもったW
焼結体を材料を得る。第4の工程24では、第3の工程
23で得たW焼結体を機械加工し、最終的なるつぼ形状
に仕上げる。この場合、界面の傾斜組成部を含んで機械
加工を行う。
【0029】第1〜第4の行程21〜24では、るつぼ本体
11の内側が密度95%以上になるように、また、るつぼ本
体11の外周側が密度は50%程度になるまで連続的に変化
するように、原料粉末、成形圧、焼結温度等の製造条件
を制御する。なお、W微粉末は粒径を連続的に変化させ
たのみでは空隙の大きさは変わるが気孔率は同一のまま
である。しかしながら、W微粉末は焼結され、この焼結
現象は元素の表面拡散に依存し、比表面積が大きいも
の、すなわち粒度の小さいものほど焼結が進行し、空隙
部に溶融したW微粉末の一部が入り込み緻密になる。よ
って、W微粉末の粒径に応じて、気孔率を連続的に変化
させることができる。
11の内側が密度95%以上になるように、また、るつぼ本
体11の外周側が密度は50%程度になるまで連続的に変化
するように、原料粉末、成形圧、焼結温度等の製造条件
を制御する。なお、W微粉末は粒径を連続的に変化させ
たのみでは空隙の大きさは変わるが気孔率は同一のまま
である。しかしながら、W微粉末は焼結され、この焼結
現象は元素の表面拡散に依存し、比表面積が大きいも
の、すなわち粒度の小さいものほど焼結が進行し、空隙
部に溶融したW微粉末の一部が入り込み緻密になる。よ
って、W微粉末の粒径に応じて、気孔率を連続的に変化
させることができる。
【0030】第5の工程25では、Cu を何等かの手段
により溶融し、このCu の溶融槽内に第3の工程23で
得たW焼結体を溶浸させ、W焼結体の気孔中に溶融した
Cu が十分に染み込む時間保持した後、冷却する。第5
の工程25の処理は、H2等の還元高温雰囲気中で行う
が、第6の工程26では、十分冷却した後は大気中に取
り出し、所定の寸法のるつぼ本体11と水冷ハース13
に機械加工で仕上げる。
により溶融し、このCu の溶融槽内に第3の工程23で
得たW焼結体を溶浸させ、W焼結体の気孔中に溶融した
Cu が十分に染み込む時間保持した後、冷却する。第5
の工程25の処理は、H2等の還元高温雰囲気中で行う
が、第6の工程26では、十分冷却した後は大気中に取
り出し、所定の寸法のるつぼ本体11と水冷ハース13
に機械加工で仕上げる。
【0031】以上のような製造方法で製造した複合化金
属材料からなるるつぼ(図5)は、その界面14とWと
Cu の接触面積が大きいために、密着性および熱伝導性
が優れている。また、界面14での組成が傾斜化してい
るため、WとCu の熱膨張率の差に起因して加熱時に生
じる熱応力のピーク値が低減する。
属材料からなるるつぼ(図5)は、その界面14とWと
Cu の接触面積が大きいために、密着性および熱伝導性
が優れている。また、界面14での組成が傾斜化してい
るため、WとCu の熱膨張率の差に起因して加熱時に生
じる熱応力のピーク値が低減する。
【0032】一方、本実施例のるつぼは、るつぼ本体1
1の外周側で気孔率が連続的に変化するW焼結るつぼが
作成できる大きなポイントとなる。原料粉末が焼結体密
度に与える影響については、図7に示すように粉末粒度
を1μm〜10μmの範囲内で変化させることで、60
%〜95%の相対密度を有するW焼結体が作成できる。
この事を利用すれば、W粉末の積層時に使用するW粉末
粒径を連続的に変化させることにより、95%から60
%まで連続的に密度が変化したW焼結るつぼの作成が可
能となる。具体的には、W粉末の積層時にるつぼ本体1
1の内側となる部分に粉末粒度1μmの原料粉を使用
し、順次外周側となる部分に粉末粒度の大きい原料粉を
使用し、最外周部に粉末粒度10μmの原料粉を使用し
てるつぼ形状にW粉末を積層していく、よって、焼結後
に粉末粒度1μmを使用した部分が密度95%となり、
粉末粒度10μmを使用した部分が密度60%となる。
また、粉末粒径を変える程効果が大きくないが、成形圧
と焼結温度も焼結体密度を変える方法の一つであるため
に、これらを組み合わせることにより、さらに効果的に
前述のW焼結るつぼ本体11の作成が可能となる。ま
た、そのW焼結るつぼ本体11の溶融Cu 中への溶浸に
おいては、溶融Cu はWと非常に濡れやすいために、W
焼結体の閉気孔中へは染み込む。W焼結体の閉気孔と開
気孔の境は90%程度であるために、W焼結るつぼ本体
11の外周側の密度が低い箇所には大部分Cu が染み込
む。従って、W焼結体るつぼ本体11の外周側の密度
は、連続的に変化していることから、これでWとCu の
組成が傾斜したるつぼが完成する。
1の外周側で気孔率が連続的に変化するW焼結るつぼが
作成できる大きなポイントとなる。原料粉末が焼結体密
度に与える影響については、図7に示すように粉末粒度
を1μm〜10μmの範囲内で変化させることで、60
%〜95%の相対密度を有するW焼結体が作成できる。
この事を利用すれば、W粉末の積層時に使用するW粉末
粒径を連続的に変化させることにより、95%から60
%まで連続的に密度が変化したW焼結るつぼの作成が可
能となる。具体的には、W粉末の積層時にるつぼ本体1
1の内側となる部分に粉末粒度1μmの原料粉を使用
し、順次外周側となる部分に粉末粒度の大きい原料粉を
使用し、最外周部に粉末粒度10μmの原料粉を使用し
てるつぼ形状にW粉末を積層していく、よって、焼結後
に粉末粒度1μmを使用した部分が密度95%となり、
粉末粒度10μmを使用した部分が密度60%となる。
また、粉末粒径を変える程効果が大きくないが、成形圧
と焼結温度も焼結体密度を変える方法の一つであるため
に、これらを組み合わせることにより、さらに効果的に
前述のW焼結るつぼ本体11の作成が可能となる。ま
た、そのW焼結るつぼ本体11の溶融Cu 中への溶浸に
おいては、溶融Cu はWと非常に濡れやすいために、W
焼結体の閉気孔中へは染み込む。W焼結体の閉気孔と開
気孔の境は90%程度であるために、W焼結るつぼ本体
11の外周側の密度が低い箇所には大部分Cu が染み込
む。従って、W焼結体るつぼ本体11の外周側の密度
は、連続的に変化していることから、これでWとCu の
組成が傾斜したるつぼが完成する。
【0033】以上述べた第2の実施例によれば、WとC
u の界面の組成が傾斜化し、かつWとCu の接触面積を
増大することにより、次のような効果が得られる。
u の界面の組成が傾斜化し、かつWとCu の接触面積を
増大することにより、次のような効果が得られる。
【0034】 a)界面における14における密着性が向上し、合わせ
て高温使用中における界面14での熱応力が緩和するこ
とにより、界面14での割れや破壊が低減し、寿命が向
上する。
て高温使用中における界面14での熱応力が緩和するこ
とにより、界面14での割れや破壊が低減し、寿命が向
上する。
【0035】 b)界面14における熱抵抗が少なくなり、トータルの
熱伝導性が向上することにより、水冷ハース13の水冷
効果を十分生かせる。これにより、るつぼ本体11内の
溶融金属の温度勾配を大きくできるようになるととも
に、るつぼ本体11内壁温度を下げることができるよう
になり、るつぼの寿命が向上する。
熱伝導性が向上することにより、水冷ハース13の水冷
効果を十分生かせる。これにより、るつぼ本体11内の
溶融金属の温度勾配を大きくできるようになるととも
に、るつぼ本体11内壁温度を下げることができるよう
になり、るつぼの寿命が向上する。
【0036】以上述べた第2の実施例は、活性金属溶解
用るつぼ又は受熱板をあげたが、これ以外にWとCu の
組み合わせを必要とする他の高温機器のすべてにおいて
も適用可能である。さらに、実施例では複合化される材
料としてWとCu の組み合わせを取り上げているが、こ
れに限らず融点が異なり、かつ互いに固溶しない二つの
材料であればなんでも適用できる。いずれの場合であっ
ても、高融点側の材料の焼結と、その焼結体の低融点側
の溶融材料中への溶浸工程を必ず経る必要があり、この
工程を経ればできた複合化金属材料の界面において、組
成が傾斜化した材料が得られる。
用るつぼ又は受熱板をあげたが、これ以外にWとCu の
組み合わせを必要とする他の高温機器のすべてにおいて
も適用可能である。さらに、実施例では複合化される材
料としてWとCu の組み合わせを取り上げているが、こ
れに限らず融点が異なり、かつ互いに固溶しない二つの
材料であればなんでも適用できる。いずれの場合であっ
ても、高融点側の材料の焼結と、その焼結体の低融点側
の溶融材料中への溶浸工程を必ず経る必要があり、この
工程を経ればできた複合化金属材料の界面において、組
成が傾斜化した材料が得られる。
【0037】次に、本発明の複合化材料の製造方法の第
3の実施例、第4の実施例について、図8〜図10を参
照して説明する。前述の第1の実施例では、WとCu 界
面での熱膨脹率の変化を低減させているので、前述の従
来のろう付け材に比べると、大幅な熱応力の緩和が可能
である。ところが、第1の実施例は、気孔率が少なくと
も表面の一部分で大きく、またその部分に向かって次第
に気孔率が大きくなるように気孔率分布をもったW焼結
体(気孔率は溶浸させる側つまり溶浸した結果溶浸材料
が100%となる側に向かって増大したW焼結体)を製
造する工程と、そのW焼結体の気孔中へのCu の溶浸か
らなる焼結溶浸工程を経ているので、機械的強度の面で
見ると必ずしも十分はとはいえない。すなわち、機械的
強度を支配するWは焼結と言う工程を経ているため、再
結晶粒で特に粒界が弱い。さらに、そのW焼結体は板厚
方向に気孔率分布を持つ必要があるために、機械的強度
を上げるための後加工である熱間鍛造等が使用できな
い。従って、WとCu の界面での組成を傾斜させて熱応
力を緩和させても、機械的強度が低いため、W中に割れ
が発生することがある。
3の実施例、第4の実施例について、図8〜図10を参
照して説明する。前述の第1の実施例では、WとCu 界
面での熱膨脹率の変化を低減させているので、前述の従
来のろう付け材に比べると、大幅な熱応力の緩和が可能
である。ところが、第1の実施例は、気孔率が少なくと
も表面の一部分で大きく、またその部分に向かって次第
に気孔率が大きくなるように気孔率分布をもったW焼結
体(気孔率は溶浸させる側つまり溶浸した結果溶浸材料
が100%となる側に向かって増大したW焼結体)を製
造する工程と、そのW焼結体の気孔中へのCu の溶浸か
らなる焼結溶浸工程を経ているので、機械的強度の面で
見ると必ずしも十分はとはいえない。すなわち、機械的
強度を支配するWは焼結と言う工程を経ているため、再
結晶粒で特に粒界が弱い。さらに、そのW焼結体は板厚
方向に気孔率分布を持つ必要があるために、機械的強度
を上げるための後加工である熱間鍛造等が使用できな
い。従って、WとCu の界面での組成を傾斜させて熱応
力を緩和させても、機械的強度が低いため、W中に割れ
が発生することがある。
【0038】この様なことから、第3の実施例は第1の
実施例の機械的強度を高めるため、W/Cu の傾斜組成
材料のように、単一組成の二つの材料からなる組成材料
において、固溶する第2元素、例えばRe (レニウ
ム)、Ta (タンタル)、Nb (ニオブ)、Hf (ハフ
ニウム)粉末等を添加することにより、固溶強化した組
成を傾斜化することによる機能を保持したままで、機械
的強度だけを向上させた複合化材料の製造方法である。
実施例の機械的強度を高めるため、W/Cu の傾斜組成
材料のように、単一組成の二つの材料からなる組成材料
において、固溶する第2元素、例えばRe (レニウ
ム)、Ta (タンタル)、Nb (ニオブ)、Hf (ハフ
ニウム)粉末等を添加することにより、固溶強化した組
成を傾斜化することによる機能を保持したままで、機械
的強度だけを向上させた複合化材料の製造方法である。
【0039】具体的には、図8の工程図に示すように、
前述した第2の実施例の第1の工程21と同様に、第1
の工程31では、それぞれ粒度の異なるW粉末に、Re
粉末を添加したものを混合している。第2の工程32で
は、粒度の小さいものから順に積層している。そして、
第3の工程33では、第2の工程32で積層された積層
体を金型プレス成形方法またはCIP成形方法で成形す
る。第4の工程34では、第3の工程33で得た成形体
を焼結し、特に固溶する元素はWと合金化し、板厚方向
に気孔率分布を有したW合金焼結体(図9のWーHIP
材)を得ている。第5の工程35では、第4の工程34
で得たW合金焼結体を溶融したCu に浸し、気孔中にC
u を溶浸させて冷却している。第6の工程36では、第
5の工程35で得た溶浸材を機械加工し、所望の製品形
状にする。
前述した第2の実施例の第1の工程21と同様に、第1
の工程31では、それぞれ粒度の異なるW粉末に、Re
粉末を添加したものを混合している。第2の工程32で
は、粒度の小さいものから順に積層している。そして、
第3の工程33では、第2の工程32で積層された積層
体を金型プレス成形方法またはCIP成形方法で成形す
る。第4の工程34では、第3の工程33で得た成形体
を焼結し、特に固溶する元素はWと合金化し、板厚方向
に気孔率分布を有したW合金焼結体(図9のWーHIP
材)を得ている。第5の工程35では、第4の工程34
で得たW合金焼結体を溶融したCu に浸し、気孔中にC
u を溶浸させて冷却している。第6の工程36では、第
5の工程35で得た溶浸材を機械加工し、所望の製品形
状にする。
【0040】また、第4の実施例は第3の実施例と同様
に、第1の実施例の機械的強度を高めるため、W/Cu
の傾斜組成材料のように、単一組成の二つの材料からな
る組成材料において、固溶しない第2元素や化合物、例
えばThO2 (トリヤ)粉末等を添加することにより、
分散強化し組成を傾斜化することによる機能を保持した
ままで、機械的強度だけを向上させた複合化材料の製造
方法である。
に、第1の実施例の機械的強度を高めるため、W/Cu
の傾斜組成材料のように、単一組成の二つの材料からな
る組成材料において、固溶しない第2元素や化合物、例
えばThO2 (トリヤ)粉末等を添加することにより、
分散強化し組成を傾斜化することによる機能を保持した
ままで、機械的強度だけを向上させた複合化材料の製造
方法である。
【0041】具体的には、第4の実施例は図8の工程図
に示すように、第1の工程31では、それぞれ粒度の異
なるW粉末に、ThO2 (トリヤ)粉末を添加したもの
を混合している。この工程以外は前述の第3の実施例と
同一である。
に示すように、第1の工程31では、それぞれ粒度の異
なるW粉末に、ThO2 (トリヤ)粉末を添加したもの
を混合している。この工程以外は前述の第3の実施例と
同一である。
【0042】以上述べた第3の実施例および第4の実施
例によって得られた材料には次のような効果がある。
例によって得られた材料には次のような効果がある。
【0043】 1)本材料の機械的強度を支配するWは、図9に示すよ
うに合金化により大幅に曲げ強度が向上する。
うに合金化により大幅に曲げ強度が向上する。
【0044】 2)W合金とCu の界面が傾斜組成化しているため、熱
膨脹率の急激な変化がなく、従って、従来のろう付け等
による接合体に比べ、熱応力が緩和される。
膨脹率の急激な変化がなく、従って、従来のろう付け等
による接合体に比べ、熱応力が緩和される。
【0045】 3)W合金の熱伝導率は主として、熱伝導の良いWに支
配されるために、ThO2 の熱伝導率は10W/mkと
低いが、全体としての熱伝導率の低下はほとんどない。
配されるために、ThO2 の熱伝導率は10W/mkと
低いが、全体としての熱伝導率の低下はほとんどない。
【0046】 4)本実施例で得られた材料の工程から明らかなよう
に、熱伝導性の良いCuがネットワーク状組織となって
いるため、トータルとして非常に熱伝導性が良い。
に、熱伝導性の良いCuがネットワーク状組織となって
いるため、トータルとして非常に熱伝導性が良い。
【0047】第4の実施例では、分散強化材としては、
ThO2 を上げているが、基本的には、化学的に安定で
融点の高い材料なら良く、図10に示す分散強化材料、
すなわち、TaB2 、TiB2 、HfB2 、Y2 O3 、
ZrO2 のいずれでも適用できる。
ThO2 を上げているが、基本的には、化学的に安定で
融点の高い材料なら良く、図10に示す分散強化材料、
すなわち、TaB2 、TiB2 、HfB2 、Y2 O3 、
ZrO2 のいずれでも適用できる。
【0048】以上述べた事から、第3および第4の実施
例によれば、熱応力によるWとCu 界面の剥離や材料中
の割れをなくすことができ、最終的には、剥離や割れに
よる熱抵抗の増大に起因した材料温度の上昇、溶融事故
をなくすことができる。
例によれば、熱応力によるWとCu 界面の剥離や材料中
の割れをなくすことができ、最終的には、剥離や割れに
よる熱抵抗の増大に起因した材料温度の上昇、溶融事故
をなくすことができる。
【0049】次に、第3の実施例でできた材料を電子ビ
ームターゲットとして適用した例を図11〜図14を参
照して説明する。図11(a),図11(b)は前述の
第3の実施例によって得られた複合化材料を活性金属溶
解用るつぼ等のビームターゲットに適用した例であり、
図11(a)は電子ビーム(EB)用ターゲットの模式
図であり、図11(b)は図11(a)のAーA線に沿
って切断し、この断面を見た断面図である。ビームター
ゲット121のC側は、EB116にさらされ高温とな
るため、高融点で高強度なW合金で構成されている。
ームターゲットとして適用した例を図11〜図14を参
照して説明する。図11(a),図11(b)は前述の
第3の実施例によって得られた複合化材料を活性金属溶
解用るつぼ等のビームターゲットに適用した例であり、
図11(a)は電子ビーム(EB)用ターゲットの模式
図であり、図11(b)は図11(a)のAーA線に沿
って切断し、この断面を見た断面図である。ビームター
ゲット121のC側は、EB116にさらされ高温とな
るため、高融点で高強度なW合金で構成されている。
【0050】一方、ビームターゲット121の反対側の
D側は、熱伝導性と加工性に優れたCu で構成されてお
り、水冷パイプ117を有する水冷構造となっている。
さらに、C側とD側の間は、W合金とCu の組成比が連
続的に変化した、いわゆる、傾斜組成となっている。
D側は、熱伝導性と加工性に優れたCu で構成されてお
り、水冷パイプ117を有する水冷構造となっている。
さらに、C側とD側の間は、W合金とCu の組成比が連
続的に変化した、いわゆる、傾斜組成となっている。
【0051】図11(a)、図11(b)に使用する複
合化材料は、以下のように製造する。すなわち、W合金
焼結体118の作成は、図8に示す第1の工程から第4
の工程までは、同じである。ところが、W合金焼結体1
18の気孔中へのCu 119の溶浸の際、図12に示す
ように多少大型の黒鉛るつぼ120に気孔率が低い側を
上側にして入れ、その反対側にCu の余盛部を設ける。
この状態でCu の溶浸が完了した後、機械加工により所
定寸法に仕上げると共に、水冷パイプ117用の穴を加
工する。最後に、水冷パイプ117を、AgーCu ろう
等を用いてろう付することによりビームターゲット12
1が完成する。
合化材料は、以下のように製造する。すなわち、W合金
焼結体118の作成は、図8に示す第1の工程から第4
の工程までは、同じである。ところが、W合金焼結体1
18の気孔中へのCu 119の溶浸の際、図12に示す
ように多少大型の黒鉛るつぼ120に気孔率が低い側を
上側にして入れ、その反対側にCu の余盛部を設ける。
この状態でCu の溶浸が完了した後、機械加工により所
定寸法に仕上げると共に、水冷パイプ117用の穴を加
工する。最後に、水冷パイプ117を、AgーCu ろう
等を用いてろう付することによりビームターゲット12
1が完成する。
【0052】以上のような製造方法で製造したビームタ
ーゲット121は、W合金とCu が傾斜組成化してお
り、また、熱伝導性の良いCu がネットワーク構造とな
っているために、使用中の最高到達温度の低減と熱応力
の緩和ができる。
ーゲット121は、W合金とCu が傾斜組成化してお
り、また、熱伝導性の良いCu がネットワーク構造とな
っているために、使用中の最高到達温度の低減と熱応力
の緩和ができる。
【0053】図13は、図11に示す電子ビームターゲ
ットに電子ビームをあてた時の温度分布と熱応力(主応
力)分布の解析結果を示すものである。具体的には、図
13(a)と図13(c)は各々5kw/cm 2 のリニアE
Bにより加熱したときの温度分布の有限要素法による解
析結果を、W合金/Cu の傾斜組成材料と、W合金/C
u のろう付材料の二つの場合について比較したものであ
る。図13(b)と図13(d)は各々5kw/cm 2 のリ
ニアEBにより加熱したときの熱応力分布の有限要素法
による解析結果を、W合金/Cu の傾斜組成材料と、W
合金/Cu のろう付材料の二つの場合について比較した
ものである。この結果から、傾斜組成化することによ
り、最高到達温度を約80k低下させることができる。
さらに、温度勾配が最も大きくなるEB直下で最大とな
る熱応力も1/3程度に低減できることがわかる。
ットに電子ビームをあてた時の温度分布と熱応力(主応
力)分布の解析結果を示すものである。具体的には、図
13(a)と図13(c)は各々5kw/cm 2 のリニアE
Bにより加熱したときの温度分布の有限要素法による解
析結果を、W合金/Cu の傾斜組成材料と、W合金/C
u のろう付材料の二つの場合について比較したものであ
る。図13(b)と図13(d)は各々5kw/cm 2 のリ
ニアEBにより加熱したときの熱応力分布の有限要素法
による解析結果を、W合金/Cu の傾斜組成材料と、W
合金/Cu のろう付材料の二つの場合について比較した
ものである。この結果から、傾斜組成化することによ
り、最高到達温度を約80k低下させることができる。
さらに、温度勾配が最も大きくなるEB直下で最大とな
る熱応力も1/3程度に低減できることがわかる。
【0054】また、ビームターゲット121は、Wの合
金化により高強度化を図っているため、破壊に達するま
でのEB入力を増大することができる。図14にEB入
熱密度と発生する最大熱応力、最高到達温度の有限要素
法による解析結果を示している。図13で示したよう
に、最大熱応力は熱源直下のW合金層で発生しており、
Cu との複合化により各部の強度低下はそれ程大きくな
いと思われるので、ビームターゲット121の破壊は、
W合金層で発生する応力が、その強度より大きくなった
場合に起こるものと考えられる。
金化により高強度化を図っているため、破壊に達するま
でのEB入力を増大することができる。図14にEB入
熱密度と発生する最大熱応力、最高到達温度の有限要素
法による解析結果を示している。図13で示したよう
に、最大熱応力は熱源直下のW合金層で発生しており、
Cu との複合化により各部の強度低下はそれ程大きくな
いと思われるので、ビームターゲット121の破壊は、
W合金層で発生する応力が、その強度より大きくなった
場合に起こるものと考えられる。
【0055】ここで、図9に示した常温におけるW、ま
たはW合金の強度測定結果をもとにして、合金化する事
により、与える入熱をどれだけ増大できるかについて考
える。純Wの場合、強度が約0.4GPa であるため
に、与えることができる入熱密度がせいぜい4kw/cm 2
程度であるのに対し、5%Re を添加したWー5Re 合
金では、強度が0.8GPa と約2倍に増大するため
に、約8kw/cm 2 のEB入力が可能となる。さらに、入
熱密度を9kw/cm 2 とすると、最高到達温度がW合金の
融点を越えるために、Re 量を上げて強度を上げても意
味がなく、ビームターゲット121の適用限界となる。
たはW合金の強度測定結果をもとにして、合金化する事
により、与える入熱をどれだけ増大できるかについて考
える。純Wの場合、強度が約0.4GPa であるため
に、与えることができる入熱密度がせいぜい4kw/cm 2
程度であるのに対し、5%Re を添加したWー5Re 合
金では、強度が0.8GPa と約2倍に増大するため
に、約8kw/cm 2 のEB入力が可能となる。さらに、入
熱密度を9kw/cm 2 とすると、最高到達温度がW合金の
融点を越えるために、Re 量を上げて強度を上げても意
味がなく、ビームターゲット121の適用限界となる。
【0056】以上述べた第3,4の実施例は、ビームタ
ーゲット121で、特に、リニアEB加熱の場合につい
て説明したが、これ以外に、耐熱性と高熱伝導性を必要
とするすべての高温機器部品に適用でき、ビームの形態
もEBに限ったものではなく、すべての熱源に適用でき
る。
ーゲット121で、特に、リニアEB加熱の場合につい
て説明したが、これ以外に、耐熱性と高熱伝導性を必要
とするすべての高温機器部品に適用でき、ビームの形態
もEBに限ったものではなく、すべての熱源に適用でき
る。
【0057】次に、第5の実施例について、図15と図
16を参照して説明する。第5の実施例の製造方法は第
1の工程41から第4の工程44を含んでいる。第1の
工程41では、圧延、鍛造等の塑性加工により高強度基
板45を作成する。第2の工程42では、第1の工程4
1で作成した高強度基板45を、局所的に大きな応力が
生じる材料、EB照射されたビームターゲットの場合に
は加熱表面に、後述する公知の減圧プラズマ溶射装置に
より溶射して、両材料で気孔率が傾斜した溶射皮膜を形
成する。第3の工程43では、第2の工程42で得られ
た材料を、オープンHIP(Hot Isostatic Pressing
:熱間等方性加圧)装置により破壊の起点となる閉気
孔(欠陥)を除去する。第4の工程44では、第3の工
程で得た材料に有する開気孔に、第2の材料を溶浸する
ことにより、図16に示す傾斜組成層46を有する複合
化材料が完成する。
16を参照して説明する。第5の実施例の製造方法は第
1の工程41から第4の工程44を含んでいる。第1の
工程41では、圧延、鍛造等の塑性加工により高強度基
板45を作成する。第2の工程42では、第1の工程4
1で作成した高強度基板45を、局所的に大きな応力が
生じる材料、EB照射されたビームターゲットの場合に
は加熱表面に、後述する公知の減圧プラズマ溶射装置に
より溶射して、両材料で気孔率が傾斜した溶射皮膜を形
成する。第3の工程43では、第2の工程42で得られ
た材料を、オープンHIP(Hot Isostatic Pressing
:熱間等方性加圧)装置により破壊の起点となる閉気
孔(欠陥)を除去する。第4の工程44では、第3の工
程で得た材料に有する開気孔に、第2の材料を溶浸する
ことにより、図16に示す傾斜組成層46を有する複合
化材料が完成する。
【0058】ここで、減圧プラズマ溶射装置(VPS)
について、簡単に説明する。高圧容器内に、数十〜数百
TOrrの減圧不活性ガスが封入されており、この雰囲気内
で溶射すべきワークを入れ、これに粉末供給装置からの
粉末を、プラズマ制御装置からのプラズマともに溶射す
るものである。
について、簡単に説明する。高圧容器内に、数十〜数百
TOrrの減圧不活性ガスが封入されており、この雰囲気内
で溶射すべきワークを入れ、これに粉末供給装置からの
粉末を、プラズマ制御装置からのプラズマともに溶射す
るものである。
【0059】また、オープン(カプセルフリー)HIP
は、材料をカプセルに入れないで、熱間等方性加圧を行
うことであり、通常のHIPは、材料内部に圧力がかか
らないようにように、すなわち外圧のみがかかるように
するため、高温で潰される真空カプセルに材料を入れて
行うものとは異なる。
は、材料をカプセルに入れないで、熱間等方性加圧を行
うことであり、通常のHIPは、材料内部に圧力がかか
らないようにように、すなわち外圧のみがかかるように
するため、高温で潰される真空カプセルに材料を入れて
行うものとは異なる。
【0060】このようにして得られた複合化材料は、塑
性加工を行った高強度基板45を使用しているので、機
械的強度の強化を図ることができる。また、溶射法によ
る気孔率は、使用する粉末粒子粒径に大きく依存するた
め、逆に言えば、使用する粉末粒径を変えるだけで、気
孔率が傾斜した溶射皮膜を形成することができる。さら
に、減圧プラズマ溶射方法は、数十〜数百TOrrの減圧不
活性雰囲気中で溶射するため、酸化被膜の少ない、粒子
間の結合力の強い、高強度基板との密着性の良い被膜が
形成できる。また、オープンHIPにより、熱抵抗の増
大の原因や、応力集中部となる閉気孔が除去できる。こ
の場合の溶浸は、不活性ガス、または、還元雰囲気で常
圧、または高圧下で行うことにより、第2の材料で開気
孔を埋めることができる。
性加工を行った高強度基板45を使用しているので、機
械的強度の強化を図ることができる。また、溶射法によ
る気孔率は、使用する粉末粒子粒径に大きく依存するた
め、逆に言えば、使用する粉末粒径を変えるだけで、気
孔率が傾斜した溶射皮膜を形成することができる。さら
に、減圧プラズマ溶射方法は、数十〜数百TOrrの減圧不
活性雰囲気中で溶射するため、酸化被膜の少ない、粒子
間の結合力の強い、高強度基板との密着性の良い被膜が
形成できる。また、オープンHIPにより、熱抵抗の増
大の原因や、応力集中部となる閉気孔が除去できる。こ
の場合の溶浸は、不活性ガス、または、還元雰囲気で常
圧、または高圧下で行うことにより、第2の材料で開気
孔を埋めることができる。
【0061】以上ように第5の実施例によれば、電子ビ
ーム加熱時の割れ等の損傷を低減させることができると
同時に、入熱密度を増大させることが可能となる。
ーム加熱時の割れ等の損傷を低減させることができると
同時に、入熱密度を増大させることが可能となる。
【0062】次に、本発明の第6の実施例について、図
17を参照して説明する。この実施例は、図17に示す
ように第1の工程51から第5の工程55を含んでお
り、第1の工程51では、基材の表面を清浄にする。第
2の工程52では、第1の工程51で清浄にした基板
と、これと同一種類の材料を、溶射例えば減圧プラズマ
溶射により、連続傾斜組成化を行う。第3の工程53で
は、オープンHIPにより第2の工程52で形成された
開気孔(孔が外部と連通している)を残し、閉気孔(孔
が外部と連通していない)を消滅させる。第4の工程5
4では、第3の工程53で得られた気孔中に低融点金
属、例えばCu を溶浸する。第5の工程55では、機械
加工を行う。
17を参照して説明する。この実施例は、図17に示す
ように第1の工程51から第5の工程55を含んでお
り、第1の工程51では、基材の表面を清浄にする。第
2の工程52では、第1の工程51で清浄にした基板
と、これと同一種類の材料を、溶射例えば減圧プラズマ
溶射により、連続傾斜組成化を行う。第3の工程53で
は、オープンHIPにより第2の工程52で形成された
開気孔(孔が外部と連通している)を残し、閉気孔(孔
が外部と連通していない)を消滅させる。第4の工程5
4では、第3の工程53で得られた気孔中に低融点金
属、例えばCu を溶浸する。第5の工程55では、機械
加工を行う。
【0063】以上述べた第6の実施例によれば、次のよ
うな効果が得られる。第2の工程52で行う減圧プラズ
マ溶射は、数十Torrの不活性ガス雰囲気で溶射するた
め、材料は酸化しない。また、使用する溶射用粉末を大
粒径とすることで、内部未溶融粒子が飛来付着し、比較
的気孔率の大きな皮膜を形成することができる。
うな効果が得られる。第2の工程52で行う減圧プラズ
マ溶射は、数十Torrの不活性ガス雰囲気で溶射するた
め、材料は酸化しない。また、使用する溶射用粉末を大
粒径とすることで、内部未溶融粒子が飛来付着し、比較
的気孔率の大きな皮膜を形成することができる。
【0064】さらに、第3の工程53で行うオープンH
IP処理では、第2の工程52の減圧プラズマ溶射によ
って形成された開気孔を残し、閉気孔を消滅させること
ができる。このようにして得られた開気孔のみを有し、
この気孔が傾斜化した材料Wに低融点の材料Cu 溶浸す
ることで、比較的広範囲に溶射し、大型で連続傾斜の材
料を製作できる。
IP処理では、第2の工程52の減圧プラズマ溶射によ
って形成された開気孔を残し、閉気孔を消滅させること
ができる。このようにして得られた開気孔のみを有し、
この気孔が傾斜化した材料Wに低融点の材料Cu 溶浸す
ることで、比較的広範囲に溶射し、大型で連続傾斜の材
料を製作できる。
【0065】このようなことから、前述の第1の実施例
で得ることが難しかった3次元曲面上にも、傾斜組成化
組織を形成することが可能で、第1の実施例では段階傾
斜であったものが、連続傾斜組成化となることから、よ
り熱応力緩和が図れる。この事により、コーティング、
継手など異種界面の熱応力緩和が有効に働き、熱サイク
ル特性の向上、耐熱性が改善される。
で得ることが難しかった3次元曲面上にも、傾斜組成化
組織を形成することが可能で、第1の実施例では段階傾
斜であったものが、連続傾斜組成化となることから、よ
り熱応力緩和が図れる。この事により、コーティング、
継手など異種界面の熱応力緩和が有効に働き、熱サイク
ル特性の向上、耐熱性が改善される。
【0066】第6の実施例の基材としては、W、Mo 、
Ta 、Nb 、Re 、V、Zr O2 、Mg O、Al
2 O 3、Y 2O 3、Si C、Si 3 N 4、BN、Al N
のいずれかを用い、低融点材料としては、Cu 、Ag 、
Fe 、Ni 、Co あるいはそれらを主成分とする合金の
いずれかをもちいればよい。
Ta 、Nb 、Re 、V、Zr O2 、Mg O、Al
2 O 3、Y 2O 3、Si C、Si 3 N 4、BN、Al N
のいずれかを用い、低融点材料としては、Cu 、Ag 、
Fe 、Ni 、Co あるいはそれらを主成分とする合金の
いずれかをもちいればよい。
【0067】さらに、第6の実施例で用いた減圧プラズ
マ溶射は、これに限らず耐酸化特性に優れた材料であれ
ば、大気中の溶射法、例えばプラズマ溶射法、ガス溶射
法、アーク溶射法のいずれであっても同様に実施できる
とともに、同様な効果が得られる。
マ溶射は、これに限らず耐酸化特性に優れた材料であれ
ば、大気中の溶射法、例えばプラズマ溶射法、ガス溶射
法、アーク溶射法のいずれであっても同様に実施できる
とともに、同様な効果が得られる。
【0068】次に、第7の実施例について、図18の工
程図を参照して説明する。この実施例は、前述の第1の
実施例の第4の工程で第1材料の気孔中に第2の材料を
溶浸する際に、高圧下で処理するHIP溶浸を行ったと
ころに特徴を有する。すなわち、第3の工程63で焼結
体を得た後、第4の工程64としてオープンHIPによ
り溶浸を行い、その後、第5の工程65でHIP溶浸を
行うものである。
程図を参照して説明する。この実施例は、前述の第1の
実施例の第4の工程で第1材料の気孔中に第2の材料を
溶浸する際に、高圧下で処理するHIP溶浸を行ったと
ころに特徴を有する。すなわち、第3の工程63で焼結
体を得た後、第4の工程64としてオープンHIPによ
り溶浸を行い、その後、第5の工程65でHIP溶浸を
行うものである。
【0069】いま、円形の細孔の半径rに、表面張力σ
の流体が入るためには、接触角Θとすると、圧力Pは以
下の式を満足する必要がある。
の流体が入るためには、接触角Θとすると、圧力Pは以
下の式を満足する必要がある。
【0070】 P≧(2σcosΘ)÷r 従って、材料系が決まれば、Θとσは一義的に決まるた
め、小さい孔に液体をしみこませようとすれば、圧力P
を大きくしなければならない。逆に言えば、圧力Pをか
ければ、かける程小さい孔に液体がしみこむことにな
る。
め、小さい孔に液体をしみこませようとすれば、圧力P
を大きくしなければならない。逆に言えば、圧力Pをか
ければ、かける程小さい孔に液体がしみこむことにな
る。
【0071】この事から、高温、高圧場を作ることがで
きるHIP装置を用いて溶浸すれば、開気孔中に第2材
料を確実に溶浸できる。また、ガスの種類として、Ar
,He のような不活性ガスを用いれば、材料の酸化の
問題も解消できる。
きるHIP装置を用いて溶浸すれば、開気孔中に第2材
料を確実に溶浸できる。また、ガスの種類として、Ar
,He のような不活性ガスを用いれば、材料の酸化の
問題も解消できる。
【0072】一方、温度を上げていけば、一般的には接
触角Θが小さくなる。これに伴って、cosΘも小さく
なるために、圧力Pを一定とした場合、半径rも小さく
できるが、材料の反応が問題となる。
触角Θが小さくなる。これに伴って、cosΘも小さく
なるために、圧力Pを一定とした場合、半径rも小さく
できるが、材料の反応が問題となる。
【0073】以上のことから、高圧場でのHIP溶浸に
より開気孔が残らなく、しかも材料間の反応が小さい傾
斜組成材料の作製が可能となる。気孔が無くなることに
より、機械的強度が向上し、熱伝導性の向上が図れる。
より開気孔が残らなく、しかも材料間の反応が小さい傾
斜組成材料の作製が可能となる。気孔が無くなることに
より、機械的強度が向上し、熱伝導性の向上が図れる。
【0074】第7の実施例において、接触角Θが小さく
なるように、液体中に活性元素を添加し、微細気孔への
溶浸を促進させるようにしてもよい。
なるように、液体中に活性元素を添加し、微細気孔への
溶浸を促進させるようにしてもよい。
【0075】次に、図19と図20を用いて本発明によ
る受熱材料の製造方法と、この方法によってできた受熱
材料(以下、第8の実施例と称する)に、ついて説明す
る。図22はその製造方法を示す工程図であり、第1の
工程71で受熱面側を、W,Mo の単結晶化とするため
に、ドープ圧延材を作製する。第2の工程72では、第
1の工程71で得られた圧延材の表面をブラスト等で粗
面化し、W粉末を傾斜積層する。第3の工程73では、
第2の工程72で得られたW圧延材とW粉末を焼結接合
し、第4の工程74では、第3の工程73と同時に、2
次再結晶を利用してW、Mo の最小表面ドープW、Mo
圧延材部を巨大結晶粒育成を行い、WまたはM0 のスケ
ルトンを作製する。この場合、受熱面側を単結晶とす
る。その後、第5の工程75では、第4の工程74で傾
斜した気孔中にCu を溶浸し、第6の工程76で機械加
工により仕上げる。
る受熱材料の製造方法と、この方法によってできた受熱
材料(以下、第8の実施例と称する)に、ついて説明す
る。図22はその製造方法を示す工程図であり、第1の
工程71で受熱面側を、W,Mo の単結晶化とするため
に、ドープ圧延材を作製する。第2の工程72では、第
1の工程71で得られた圧延材の表面をブラスト等で粗
面化し、W粉末を傾斜積層する。第3の工程73では、
第2の工程72で得られたW圧延材とW粉末を焼結接合
し、第4の工程74では、第3の工程73と同時に、2
次再結晶を利用してW、Mo の最小表面ドープW、Mo
圧延材部を巨大結晶粒育成を行い、WまたはM0 のスケ
ルトンを作製する。この場合、受熱面側を単結晶とす
る。その後、第5の工程75では、第4の工程74で傾
斜した気孔中にCu を溶浸し、第6の工程76で機械加
工により仕上げる。
【0076】このような工程によりできた受熱材料77
を図20に示している。この場合、非定常的に受ける大
きな熱応力は、受熱面78の延性の優れた単結晶W,ま
たはMo が受け持ち、定常的な熱応力は、その下部のW
/Cu 傾斜組成により緩和される。粒界脆化を生じやす
いW、Mo の粒界をなくすことで、極めて延性が優れた
W,Mo が加熱面側に配設された受熱材料を得ることが
でき、加熱性に優れると共に、急加熱による熱衝撃特性
が向上する。
を図20に示している。この場合、非定常的に受ける大
きな熱応力は、受熱面78の延性の優れた単結晶W,ま
たはMo が受け持ち、定常的な熱応力は、その下部のW
/Cu 傾斜組成により緩和される。粒界脆化を生じやす
いW、Mo の粒界をなくすことで、極めて延性が優れた
W,Mo が加熱面側に配設された受熱材料を得ることが
でき、加熱性に優れると共に、急加熱による熱衝撃特性
が向上する。
【0077】以上述べた受熱材料を製造する実施例は、
次の点も回避している。すなわち、W,Mo のスケルト
ンの作製と、巨大結晶粒育成において、W,Mo 粉末の
焼結が進み過ぎて気孔率の傾斜した領域が十分に製作が
出来ないことがある。このため、本実施例では10ミク
ロン程度の大きさの粒子を使うことで、それを回避して
いる。その他、減圧プラズマ溶射により、単結晶板の裏
面に、W,Mo の傾斜組成領域80を形成することが可
能となる。さらに、巨大単結晶成長を先に実施し、単結
晶化した材料の表面にW粉末を傾斜積層し、焼結結合C
u を溶浸させることによっても同様な受熱板の製造が可
能である。
次の点も回避している。すなわち、W,Mo のスケルト
ンの作製と、巨大結晶粒育成において、W,Mo 粉末の
焼結が進み過ぎて気孔率の傾斜した領域が十分に製作が
出来ないことがある。このため、本実施例では10ミク
ロン程度の大きさの粒子を使うことで、それを回避して
いる。その他、減圧プラズマ溶射により、単結晶板の裏
面に、W,Mo の傾斜組成領域80を形成することが可
能となる。さらに、巨大単結晶成長を先に実施し、単結
晶化した材料の表面にW粉末を傾斜積層し、焼結結合C
u を溶浸させることによっても同様な受熱板の製造が可
能である。
【0078】受熱材料77を製造する第8の実施例で
は、受熱面78がW,またはMo の受熱材料をあげた
が、受熱面をRe 、Vのいずれか、あるいはW,Mo ,
Re ,Vを主とした合金からなるものであっても良い。
また、図20の受熱面78と反対側の面(例えば水冷却
する面)79に、高熱伝導材料としてCu ,Ag ,Fe
あるいはこれらを主成分とする合金で形成し、受熱面7
8からこれと反対側の面まで、組成を傾斜化させるよう
にしても良い。
は、受熱面78がW,またはMo の受熱材料をあげた
が、受熱面をRe 、Vのいずれか、あるいはW,Mo ,
Re ,Vを主とした合金からなるものであっても良い。
また、図20の受熱面78と反対側の面(例えば水冷却
する面)79に、高熱伝導材料としてCu ,Ag ,Fe
あるいはこれらを主成分とする合金で形成し、受熱面7
8からこれと反対側の面まで、組成を傾斜化させるよう
にしても良い。
【0079】前述の実施例では、高融点材料または低熱
伝導性材料に気孔を形成するのに、焼結方法、減圧プラ
ズマ溶射方法のいずれかを使用したが、これに限らず化
学蒸着方法、物理蒸着方法等を使用してもよい。前記焼
結方法では、粒度の小さいものから順に、積層、成形、
焼結することで、気孔率が傾斜した焼結体の製造ができ
る。これは焼結現象が元素の表面拡散に依存するためで
あり、比表面積が大きい粒度の小さいものほど焼結が進
行し緻密になる。減圧プラズマ溶射方法は、プラズマや
燃焼ガスを熱源とし、溶射すべき材料の粉末を溶融し、
これにより得られる溶射噴流を高速で吹き付けて被膜を
形成する方法である。そして、溶射すべき材料が細かい
粉末ほど比表面積が増大し、単位体積当たりの受熱量が
多くなるのでよく溶融して偏平組織となる。よって偏平
組織ほど溶射皮膜の空隙が小さくなり、溶射粉末の粒度
を変化させることで溶射時の空隙を変化させることがで
き、気孔率の制御が可能である。化学蒸着方法は、金属
酸化物などの原料ガスの熱分解・水素還元などによるガ
ス反応を利用した皮膜を形成する方法であり、該皮膜の
形成は、該ガス反応に依存し、反応速度が大きいほど気
孔が大きくなる傾向があり、ガス反応を求める温度、ガ
ス濃度、雰囲気などにより気孔率の制御が可能である。
さらに、物理蒸着方法は、原料を加熱して蒸発させ、そ
の蒸発粒子をコーティングすることにより皮膜を形成す
る方法であり、該蒸発粒子の加速が大きいほど気孔が小
さくなりより緻密となる。よって、加速電圧を変化させ
ることにより気孔率の制御が可能である。
伝導性材料に気孔を形成するのに、焼結方法、減圧プラ
ズマ溶射方法のいずれかを使用したが、これに限らず化
学蒸着方法、物理蒸着方法等を使用してもよい。前記焼
結方法では、粒度の小さいものから順に、積層、成形、
焼結することで、気孔率が傾斜した焼結体の製造ができ
る。これは焼結現象が元素の表面拡散に依存するためで
あり、比表面積が大きい粒度の小さいものほど焼結が進
行し緻密になる。減圧プラズマ溶射方法は、プラズマや
燃焼ガスを熱源とし、溶射すべき材料の粉末を溶融し、
これにより得られる溶射噴流を高速で吹き付けて被膜を
形成する方法である。そして、溶射すべき材料が細かい
粉末ほど比表面積が増大し、単位体積当たりの受熱量が
多くなるのでよく溶融して偏平組織となる。よって偏平
組織ほど溶射皮膜の空隙が小さくなり、溶射粉末の粒度
を変化させることで溶射時の空隙を変化させることがで
き、気孔率の制御が可能である。化学蒸着方法は、金属
酸化物などの原料ガスの熱分解・水素還元などによるガ
ス反応を利用した皮膜を形成する方法であり、該皮膜の
形成は、該ガス反応に依存し、反応速度が大きいほど気
孔が大きくなる傾向があり、ガス反応を求める温度、ガ
ス濃度、雰囲気などにより気孔率の制御が可能である。
さらに、物理蒸着方法は、原料を加熱して蒸発させ、そ
の蒸発粒子をコーティングすることにより皮膜を形成す
る方法であり、該蒸発粒子の加速が大きいほど気孔が小
さくなりより緻密となる。よって、加速電圧を変化させ
ることにより気孔率の制御が可能である。
【0080】
【発明の効果】本発明によれば、二つの材料の接合強度
(密着性)および熱伝導性が優れる複合化材料の製造方
法を提供できる。
(密着性)および熱伝導性が優れる複合化材料の製造方
法を提供できる。
【図1】本発明による複合化材料の製造方法の第1の実
施例を示す工程図。
施例を示す工程図。
【図2】図1のWとCu の界面での組成が傾斜化した複
合化金属材料の模式図。
合化金属材料の模式図。
【図3】図1のWとCu の界面で発生する応力の模式
図。
図。
【図4】図1の組成傾斜部のWとCu の混合層での熱伝
導率を示す図。
導率を示す図。
【図5】図1の実施例により得られた材料を活性金属溶
解用るつぼの断面図およびA部の微細組織を模式的に示
す図。
解用るつぼの断面図およびA部の微細組織を模式的に示
す図。
【図6】本発明による複合化材料の製造方法の第2の実
施例を示す工程図。
施例を示す工程図。
【図7】第2の実施例におけるWの粉末粒度や成形圧が
焼結体の相対密度に与える影響を説明するための図。
焼結体の相対密度に与える影響を説明するための図。
【図8】本発明による複合化材料の製造方法の第3,第
4の実施例を示す工程図。
4の実施例を示す工程図。
【図9】第3の実施例により得られた材料の機械的強度
を説明するための図。
を説明するための図。
【図10】第3の実施例の分散強化材料の候補例とその
主な特性を示す図。
主な特性を示す図。
【図11】第3の実施例でできた材料を電子ビームター
ゲットとして適用した例を説明するための図。
ゲットとして適用した例を説明するための図。
【図12】図11の電子ビームターゲット材を製造する
際のCu の溶浸方法を説明するための図。
際のCu の溶浸方法を説明するための図。
【図13】図11に示す電子ビームターゲットに電子ビ
ームをあてた時の温度分布と機械的応力分布の解析結果
を図。
ームをあてた時の温度分布と機械的応力分布の解析結果
を図。
【図14】図11に示す電子ビームターゲットに電子ビ
ームをあてた時の電子ビームの入熱密度と最大主応力
(熱応力)や最高到達温度の関係を示す図。
ームをあてた時の電子ビームの入熱密度と最大主応力
(熱応力)や最高到達温度の関係を示す図。
【図15】本発明による複合化材料の製造方法の第5の
実施例を示す工程図。
実施例を示す工程図。
【図16】第5の実施例により得られた材料の概略断面
図。
図。
【図17】本発明による複合化材料の製造方法の第6の
実施例を示す工程図。
実施例を示す工程図。
【図18】本発明による複合化材料の製造方法の第7の
実施例を示す工程図。
実施例を示す工程図。
【図19】本発明による複合化材料の製造方法の第8の
実施例を示す工程図。
実施例を示す工程図。
【図20】第8の実施例により得られた材料の概略断面
図。
図。
11…るつぼ本体、12…水冷用穴、13…水冷ハー
ス、14…WとCu の界面、16…リニア電子ビーム、
17…水冷パイプ、18…W合金焼結体、19…Cu 、
20…黒鉛るつぼ、21…ビームターゲット。
ス、14…WとCu の界面、16…リニア電子ビーム、
17…水冷パイプ、18…W合金焼結体、19…Cu 、
20…黒鉛るつぼ、21…ビームターゲット。
Claims (8)
- 【請求項1】 互いに固溶せず、融点の異なる融点の高
い側の高融点材料と融点の低い側の低融点材料を複合化
する複合化材料の製造方法において、 前記高融点材料に気孔を形成すると共に、その気孔率が
少なくとも表面の一部分で大きく、またその部分に向か
って次第に気孔率が大きくなるように気孔率分布をもっ
た材料を得る第1の工程と、 この第1の工程で得られた材料の気孔率の大きい部分か
ら前記低融点側材料を溶浸する第2の工程を含み、 前記高融点材料と前記低融点材料の組成比率が傾斜分布
するようにしたことを特徴とする複合化材料の製造方
法。 - 【請求項2】 第1の工程は、高融点材料を焼結工程、
物理蒸着工程、化学蒸着工程のいずれか一つであること
を特徴とする請求項1記載の複合化学材料の製造方法。 - 【請求項3】 互いに固溶せず、融点の異なる融点の高
い側の高融点材料と融点の低い側の低融点材料を複合化
する複合化材料の製造方法において、 前記高融点材料の粒度の異なる粉末と、この粉末に固溶
する第2元素の粉末を添加混合し複数の粒度の異なる化
合物を作成する第1の工程と、 この第1の工程で作成された混合物のうち、粒度の小さ
いものから順に積層した積層体を得る第2の工程と、 この第2の工程で得られた積層体を成形して固溶強化し
た成形体を得る第3の工程と、 この第3の工程で得た成形体を焼結して気孔を形成する
と共に、その気孔率が少なくとも表面の一部分で大き
く、またその部分に向かって次第に気孔率が大きくなる
ように気孔率分布をもった焼結体を得る第4の工程と、 この第4の工程で得られた焼結体の気孔に前記低融点材
料を溶浸する第5の工程を含み、 前記高融点材料と低融点材料の組成比率が傾斜分布する
ようにしたことを特徴とする複合化材料の製造方法。 - 【請求項4】 互いに固溶せず、融点の異なる融点の高
い側の高融点材料と融点の低い側の低融点材料を複合化
する複合化材料の製造方法において、 前記高融点材料の粒度の異なる粉末と、この粉末に固溶
しない第2元素や化合物の粉末を添加混合し複数の粒度
の異なる混合物を作成する第1の工程と、 この第1の工程で作成された混合物のうち、粒度の小さ
いものから順に積層した積層体を得る第2の工程と、 この第2の工程で得られた積層体を成形して分散強化し
た成形体を得る第3の工程と、 この第3の工程で得た成形体を焼結して気孔を形成する
と共に、その気孔率が少なくとも表面の一部分で大き
く、またその部分に向かって次第に気孔率が大きくなる
ように気孔率分布をもった焼結体を得る第4の工程と、 この第4の工程で得られた焼結体の気孔に前記低融点材
料を溶浸する第5の工程を含み、 前記高融点材料と低融点材料の組成比率が傾斜分布する
ようにしたことを特徴とする複合化材料の製造方法。 - 【請求項5】 互いに固溶せず、融点の異なる融点の高
い側の高融点材料と融点の低い側の低融点材料を複合化
する複合化材料の製造方法において、 前記高融点材料を圧延、鍛造等の塑性加工、又は、合金
化により機械的強度を強化した基材を得る第1の工程
と、 この第1の工程で得られた基材に、減圧プラズマ溶射手
段により共材を溶射させる事により、気孔を形成すると
共に、その気孔率が少なくとも表面の一部分で大きく、
またその部分に向かって次第に気孔率が大きくなるよう
に気孔率分布をもった溶射皮膜を形成する第2の工程
と、 この第2の工程で得られた溶射皮膜の気孔に前記低融点
材料を溶浸する第3の工程とを含み、 前記高融点材料と低融点材料の組成比率が傾斜分布する
ようにしたことを特徴とする複合化材料の製造方法。 - 【請求項6】 第1の工程は、基材に、これと同一種類
の材料を溶射手段により溶射させることにより、気孔を
形成することを特徴とする請求項5記載の複合化材料の
製造方法。 - 【請求項7】 第1の工程は、基材に、これと同一種類
の材料を溶射手段により溶射させることにより気孔を有
する材料を得、この第1の工程で得られた材料を孔が外
部と連通している開気孔を残し、かつ孔が外部と連通し
ていない閉気孔を除去する熱間等方性加圧した後、第2
の工程を行うことを特徴とする請求項5記載の複合化材
料の製造方法。 - 【請求項8】 熱間等方性加圧処理は、材料をカプセル
に入れないで処理するカプセルフリー熱間等方性加圧処
理であることを特徴とする請求項7記載の複合化材料の
製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3059545A JP2950436B2 (ja) | 1990-03-15 | 1991-02-28 | 複合化材料の製造方法 |
DE69130237T DE69130237T2 (de) | 1990-03-15 | 1991-03-14 | Verfahren zur Herstellung von Kompositmaterial |
EP91103974A EP0446934B1 (en) | 1990-03-15 | 1991-03-14 | Method of fabricating a composite material |
KR1019910004112A KR940008937B1 (ko) | 1990-03-15 | 1991-03-15 | 복합화 재료의 제조방법 및 수열재료(受熱材料)와 수열재료의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2-65197 | 1990-03-15 | ||
JP6519790 | 1990-03-15 | ||
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Publication Number | Publication Date |
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JPH04214826A JPH04214826A (ja) | 1992-08-05 |
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Family
ID=26400588
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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US5814161A (en) * | 1992-11-30 | 1998-09-29 | Massachusetts Institute Of Technology | Ceramic mold finishing techniques for removing powder |
US5775402A (en) | 1995-10-31 | 1998-07-07 | Massachusetts Institute Of Technology | Enhancement of thermal properties of tooling made by solid free form fabrication techniques |
US6146567A (en) * | 1993-02-18 | 2000-11-14 | Massachusetts Institute Of Technology | Three dimensional printing methods |
GB2287038A (en) * | 1993-09-30 | 1995-09-06 | Automotive Products Plc | Metal matrix composites |
GB9320150D0 (en) * | 1993-09-30 | 1993-11-17 | Automotive Products Plc | Metal matrix composite components |
US5660621A (en) * | 1995-12-29 | 1997-08-26 | Massachusetts Institute Of Technology | Binder composition for use in three dimensional printing |
DE10301175B4 (de) * | 2003-01-08 | 2006-12-07 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Bauteilen |
AT13536U1 (de) * | 2013-05-07 | 2014-02-15 | Plansee Se | Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers und damit herstellbarer Formkörper |
DE102015207602A1 (de) * | 2015-04-24 | 2016-10-27 | Gfe Metalle Und Materialien Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Rohrkathode zum Einsatz in PVD-ARC-Beschichtungsanlagen |
JP6366643B2 (ja) * | 2016-06-20 | 2018-08-01 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | 溶射膜を有する基材の製造方法 |
CN115923262A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-04-07 | 青海大学 | 一种采用粉末夹层法制备W和Al多层复合板材的方法 |
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US3960554A (en) * | 1974-06-03 | 1976-06-01 | Westinghouse Electric Corporation | Powdered metallurgical process for forming vacuum interrupter contacts |
US4718941A (en) * | 1986-06-17 | 1988-01-12 | The Regents Of The University Of California | Infiltration processing of boron carbide-, boron-, and boride-reactive metal cermets |
DE3627775A1 (de) * | 1986-08-16 | 1988-02-18 | Demetron | Verfahren zur herstellung von targets |
DE3724995A1 (de) * | 1987-02-26 | 1988-09-08 | Radex Heraklith | Verfahren zur herstellung eines verbundkoerpers und verbundkoerper selbst |
US4917722A (en) * | 1988-05-18 | 1990-04-17 | Tosoh Corporation | Single crystals of chromium and method for producing the same |
DE3907625C1 (ja) * | 1989-03-09 | 1990-02-15 | Mtu Muenchen Gmbh |
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1991
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