JP4338353B2 - 高温材料の複合部材製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温材料からなる複合部材を、多数の構造部材（その中には少なくとも１つの非金属の構造部材を含む）をその接合面内に金属の中間層を挿入して接合することで製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非金属の高温材料とは、炭素又は炭化珪素をベースとし、例えば炭素繊維で強化された炭素（ＣＦＣ）のような、特に例えば炭素繊維で強化された材料のことであるが、他のセラミックス材料も含まれる。これら材料は高温で高融点金属よりも高い強度を示し、特に高融点金属に比べ著しく低密度である。従って非金属の高温材料の技術的使用分野は、一方では高速移動用の部材、乗物では例えば航空機や宇宙飛行体の部材の分野にあり、他方では、例えば核融合炉の第一壁等の熱交換器の機能を有する保護隔壁のような高熱放射の分野にある。他の用途は、Ｘ線設備の回転陽極の分野や高温炉内の原料装入キャリアにもある。
【０００３】
従来技術により非金属の高温材料から形成される部材及びこの部材に使用される製造方法は、これらの満足すべき利点の他に、一連の欠点や難点を示す。１つの重大な難点は、これら材料の接合能力が劣ることである。溶接、ねじ締め、鋲接等の通常の接合法は、しばしば使用できないか又は大きな欠損リスクを覚悟の上で辛うじて使用可能である。この種材料のろう付は、一方では濡れの問題で、特にこの種材料の通常高い気孔率のため、多孔性材料がろう材を制御不能に吸収してしまうために困難であるか不可能である。この種材料の残存気孔は、例えば気密な真空容器の被覆として使用する場合、気体や液体用管系への使用時に妨げとなる。この種材料の芳しくない耐蝕性や耐酸化性は、しばしばその使用分野を著しく制限する。これら材料は、多くの場合液状金属に対し不十分な反応耐性を示す。また炭素繊維で強化したＣＦＣ及びＣ−ＳｉＣの複合材料も、１０００℃以下で既に、空気中でのその繊維の酸化により急速に軟化する。
【０００４】
非金属の高温材料は確かに通常高温で、高耐熱性の耐火金属より高い引張り及び圧縮強度を示すが、比較的脆く、従ってより高度の曲げ及び繰り返し負荷に対し役立たない。
【０００５】
各非金属高温材料に関し、様々に該当するこれら欠点に対応して、当業者は材料の結合及び種々の材料から成る複合部材、場合によっては金属材料又は金属の高温材料と組合わせた複合材料、つまり複合部材の形態により、これら非金属材料群の欠点を補い或いは低減し、また同時にそれらの有利な特性を利用するようにして対処している。複合部材の形成は、個々の部材構成要素の良好な接合を前提条件とする。非金属の高温材料を１つの複合部材に接合する際の上記リスク及び欠点は、その他考えられる多様な使用分野を著しく狭めるものである。
【０００６】
例えば欧州特許第０１８１３８５号明細書は、複合部材を開示する。黒鉛、炭化物又はセラミックス等の耐熱性の材料又は金属とセラミックスの複合材料からなり、積極的に冷却される装置は、この場合その断面内に金属製の冷却材導管を平面的にろう付した円形の凹所を有する。その断面内に円形の金属製導管が、部材の表面内の半円形の凹所内でろう付されており、同時に複数のこの種部材がろう付により接合されて１つの複合部材を形成する。この冷却管は、通常熱的に高負荷可能な材料に類似した熱膨張係数を有する高融点金属からなっている。高温材料でできたこの複合部材の場合、この管を、管面全体にわたり熱的に高負荷可能な材料中に十分な耐久性をもってろう付できず、またそのため管壁を介して必要な冷却材への熱の伝達が長期的に与えられない欠点がある。
【０００７】
仏国特許出願公開第２７８５６６４号明細書には、接合された高温複合材料からなる熱交換器並びにその製造方法が記載されている。この隔壁状の部材は、多数の異なる材料で層を成して組立てられる。まず別個に形成され、炭素繊維で強化された黒鉛等の高温複合材料からなる中間層内に、表面的な凹所の形で冷却材用の溝が形成される。この中間層は、一方ではセラミックスをベースとした、例えばＣ／ＳｉＣ等の複合材料からなり、他方ではそれとは別の、炭素繊維で強化された炭素等の高温複合材料から成る２つの外側層により囲まれている。
【０００８】
選択的に、これら中間層の表面内の凹所に、複合部材として接合する前に、この上に金属層を析出で設けることもある。この複合部材の溝表面の被覆層が、貫流する冷媒を通さない役目をする。冷却材は、この層がなければ、通常多孔性の複合材料の構造内に浸透することになる。複合部材のこの３つの層は互いに、特に接合面間にろう材箔を入れることでろう付される。
【０００９】
この種熱交換器の複合部材の重大な欠点は、複合部材の個々の層や積層体を、各接合面を介して十分に確実な制御下で接合できないことである。ろう付は、均一性が不十分であり、そのため耐久性を保持できない。ろう付処理段階で材料の加熱歪みを来たし、また材料特性を低下させる不所望な溶融反応をろう付層に隣接する複合材料の縁帯域内に生じさせる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、非金属の高温材料からなる少なくとも１つの構造部材を、上述した欠点を回避しつつ複合部材に接合する製造方法を提供することにある。それには個々の構造部材間に、耐久性に信頼がおけ、できるだけ物質的な結合を保証する、改善された製造方法を使用せねばならない。その改善された方法は、高い残存気孔率、乏しい耐蝕性及び非金属の高温材料の機械的及び熱的繰返しに対する負荷能力の欠如により、これまで適切な使用が不可能であった分野に、この種複合材料を多様に使用する道を開こうとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、高温材料から成る少なくとも１つの非金属の構造部材とこの非金属の構造部材と高温材料から成る少なくとも１つ又は複数の別の金属又は非金属の構造部材とを接合して複合部材を製造する方法において、少なくとも非金属の構造部材の表面上に厚さ１０〜２０００μmの気密性の金属箔を、缶封入及びそれに続く加圧成形又は等方加圧成形により前記表面の輪郭に沿って設け、次いで接合すべき前記個々の構造部材の接合面をろう付することによって、又は溶接することによって、又は前記全構造部材を別の金属箔内へ缶封入し高温プレス又は高温等方加圧成形することによって、前記個々の構造部材を結合して複合部材とすることにより解決される。
【００１２】
本発明方法の有利な実施態様は従属請求項に記載してある。
【００１３】
金属の高温材料は、高融点金属又は耐火金属、特に周期表第Ｖ族及び第ＶＩ副族の金属であるが、その他に融点１８００℃未満の金属も該当する。
【００１４】
高温材料とは、冒頭に記載した金属及び非金属の材料群を意味するが、それだけに限定されるものではない。
【００１５】
構造部材とは、既に種々の予定寸法に形成され、選択的に表面内に複雑な形状の、例えば切り込み溝や半シャーレ形の凹所（これは後に接合された複合部材内で冷却材の管として使用される）を有し、成形された部材又は構成要素を言う。
【００１６】
本発明において缶封入とは、加圧成形や等方加圧成形と同様に、特に粉末冶金法で広く使用され、技術的に練り上げられた方法である。缶材としての金属箔内に処理すべき材料を真空密に密閉する処理をいい、この方法によって、引続く圧縮成形時、缶材の中味と圧力を伝える周囲の媒体との間で材料交換が起こることがない。粉末冶金法では、材料を異なる粉末成分から成る材料合成の目的で又は多孔性材料の追加圧縮のため缶材に封入し、次いで圧縮又は高温プレスする。個々の圧縮される成分から成る複合部材の高温プレスや高温等方加圧成形による接合も、粉末冶金法では公知である。
【００１７】
接合すべき部材、ないし構成要素又は構造部材を、各々個々に接合面に沿って缶封入せず直接並置して一まとめに封入し、次いで上記の目的のため、ただ一つの工程で等方加圧又は高温等方加圧成形より接合する従来技術と異なり、本発明方法では、形状や物質に適合した缶材とその構造部材の表面を目標とし、また缶材とその寸法の選択から、缶封入体を形成するため高温等方加圧成形する処理パラメータに至る迄、全て缶材の箔の成形と構造部材の表面及びその複雑な表面の凹所の形成を目標とする。この圧縮力を、本発明の場合必要に応じ有効な副次的作用として利用する。
【００１８】
従って、本発明方法の第１段階の終わりに、非金属の高温材料から成る構造部材が存在し、この構造部材を完全に又は引続き目的とする範囲だけを切削加工する場合は、少なくとも予定の接合面を金属で被覆し、そのためこの構造部材は、接合によるその更なる加工可能性に関し、缶材から作った金属の構造部材の部材材料として振舞う。
【００１９】
従って本発明により被覆された構造部材は、硬ろう付、溶接、高温プレス又は高温等方加圧成形のような、公知で確認済みの接合法による金属と同程度に、一様に接合可能である。高融点金属から成る箔内に缶封入された構造部材の高温等方加圧成形による接合は、特に有効であることが認められた。
【００２０】
従って複合部材として接合する処理段階に、非金属の高温材料の特性の１つを有する構造部材が存在するが、これは非金属の高温材料の不足する接合能力の欠点をもはや持たないか又は著しく低減された範囲で持つものである。更に内部にある金属により気密に封じられた空洞や溝を有する複合部材は、比較的簡単な方法と比較的僅かな費用で製造可能である。
【００２１】
本発明による接合方法は、処理技術的に確実な制御下で実施できる。従って各目標に沿う部材特性の組合せを、極めて確実にかつ再現性よく獲得できる。
【００２２】
本発明の方法により、非金属高温材料製の構造部材を従来技術による硬ろう付で接合する場合と異なり、一連の最高に有利な作用と材料特性が得られる。
【００２３】
従って本発明方法では、両方の処理段階で一様に与えられ、各々生じた接合の材料的な対称性のため、材料歪みによる不所望な形状変化は完全に排除できる。
【００２４】
しかし他方、高温の溶融ろう材が、隣接する材料と攻撃的な化学反応を生じ、従来技術の硬ろう付で甘受せねばならない現象を引き起こす。特にろう材の溶融により、隣接する部材帯域は、局部的に溶融物の侵入に対しもはや構造物の密封性を保証不能な程に溶解する。従って硬ろうによる構造部材の、本発明の複合部材への接合は、ろう材の溶融がかかる欠点を生じない用途に限定される。
【００２５】
本発明による高温等方加圧成形や高温プレスの場合、温度は接合面に隣接する最も高融点である金属成分の溶融温度Ｔ_Mの０．３〜０．６倍、典型的には０．４×Ｔ_M（４０％）である。それに対し、従来技術で硬ろう付する際のろう材の融解温度は、強度の観点から、構造部材の最高限度の使用温度より大幅に高い。この理由から、本発明方法は、複合部材の機械的負荷能力、結合応力、材料歪み及び不所望な化学的副反応に関し、従来方法に比べて著しい利点を示す。
【００２６】
本発明による缶材としての金属箔の高温プレス又は高温等方加圧成形により、物質的に接合し（即ち相接する材料間の拡散による置換が行われて接合されること）、かつ厚さの比較的均一な、高真空密な金属被覆を輪郭通りに施せる。それに対し従来技術による金属のＰＶＤ又はＣＶＤ気相被覆の場合、冷却液を貫流させるための導溝として表面凹所を有し、引続き接合される面の実質的な凹所の範囲内に、厚さの均一な及び／又は気密な金属層を形成できない。
【００２７】
本発明による複合部材、例えば９００℃以下の使用範囲の温度Ｔに積極的に冷却される複合部材には、缶材として銅合金を特に推奨するが、ニッケル、アルミニウム、貴金属及び鉄合金でさえも成功裡に使用できる。
【００２８】
高融点又は高分解点の非金属の高温材料には、使用温度１０００℃以上の缶材として、高融点金属、特にタングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、チタン及びそれらの合金を奨める。
【００２９】
封入体として施す金属被覆の壁厚は、本発明では１０〜２０００μmである。 この壁厚は、後に形成される表面構造の寸法、構造部材の機械的及び／又は腐食応力、更に缶材の機械的、熱機械的及び腐食化学的特性に従う。通常缶材の箔の厚さは必要最少限に薄く、好ましくは１０〜５００μmに保持される。
【００３０】
他方、缶材の箔の壁厚は、超塑性の変形条件下で起こるような、１００％以上の局部的伸張でも、例えば気密性や機械的安定性の理由から、必要な最低限度を下回らない厚さに選択する。この缶材の局部的な過度の伸張のリスクは、例えばエッジに丸味を付けて型を適合させることで回避するのが好ましい。
【００３１】
金属製の内張りが比較的厚いと、複合部材に例えば冷媒の内圧に対する複合部材のより高度な機械的負荷能力が得られる。
【００３２】
従って、缶材を後に冷却溝となる構造部材の表面凹所上に施す本発明方法は、例えば金属製の管を非金属の高温材料から成る複合部材の内部にろう付する、公知の従来技術より一層柔軟でかつ経済的な方法である。
【００３３】
構造部材の接合面及び／又は複合部材全体を覆う金属被覆は、著しく高い延性により、通常複合部材全体の強度を、特に衝撃応力、周期的な繰り返し負荷又は曲げ負荷に関し明らかに高める。この利点は、特に複合部材が専ら非金属の高温材料から成り、かつ金属製の保護層を持たない実施形態で、重要な意味を持つ。
【００３４】
缶材の箔の構造部材表面への形成は、本発明では圧縮成形や高温プレスにより行う。その際の設定温度は、処理方法に依存し、また缶材の成形性に従う。箔を母材の輪郭に沿って結合する他に、相互拡散時に物質的な結合も保証すべく、温度を圧縮成形時間との関連で選択することは技術上重要である。その際、通常拡散帯域は、０．１〜１０μmあれば十分である。構造部 材に封入体を形成するには、缶材の特性温度で、例えば缶材の融点をＴ_Mとして、Ｔ＝０．３〜０．６×Ｔ_Mの範囲の温度で行うとよい。
【００３５】
従来技術による部材でしばしば見られる欠点、即ち接合面の範囲での、例えばろう付時にろう材で湿潤しないことに伴う物質的な結合の欠如並びに特に熱交換器に用いられる複合部材の冷却時に懸念される、知らぬ間の剥がれは、本発明による接合では実際に除外できるものである。
【００３６】
本発明による、被覆時の構造部材上及び接合時の複合部材上への外部圧力の印加により、処理条件（圧力、温度、時間）に応じて、通常多孔性の非金属高温材料に著しい圧縮が生じ、そのため機械的特性の改善も、また不所望な周囲のガス状媒体の侵入に対する緊密性も達成される。これと並行して起こる部材の外側寸法の減少も防止措置により対処できる。
【００３７】
非金属の材料は、しばしば大きさと深さの異なる微細孔や加工条溝のような表面粗面性を持つ。製造上可能なら、これら材料を缶材で覆い、輪郭から離して成形する。従って箔の厚さは、この表面の粗さより厚く選択せねばならない。こうして得た、被覆済みの構成要素の表面は、接合すべき出発材料のどれよりも極めて平滑で、これは通常それに次ぐ複合部材の接合工程の接合を高品質化する。
【００３８】
本発明方法の実施中に、合金の生成の他に、構造部材の高温材料と缶材の材料との間に妨げとなる化学反応が生じる可能性がある。従って、例えば炭化物又は難融性の珪化物のような加工し難い化合物が生じる可能性がある。このような場合、封入前に金属箔の内側を、例えば気相プロセスにより薄い反応障壁層で被覆する。黒鉛と炭素を含有する高温材料を被覆する場合、炭化物を形成しない金属として公知のレニウムの内側被覆を特に奨める。缶詰プロセス前の、金属箔の被覆が重要な他の理由は、複合部材を、冷却導管を有し、積極的に冷却される部材として形成する際の冷媒に対する腐食保護にある。
【００３９】
本発明方法の特別な利点は、個々の構造部材、例えば冷却溝の網状組織の接合面内に、複雑な形状の凹所構造を持つ複合部材を製造できることにある。この表面的な成形とそれに次ぐ接合、特に２つの部材内に鏡像の上下を逆転させて形成した表面凹所の接合は、複雑な断面とこれら内部構造の配置を可能にし、固体内に相応しい空洞組織を形成する代案法で生じる高い製造コストを低減する。
【００４０】
本発明方法の有利な実施態様によれば、缶材中で十分に溶解しない、缶材よりも低融点の追加材料を、例えば金属薄板や粉末の形で、缶材の金属薄板と構造部材の非金属の高温材料との間に設ける。特に通常１０〜２０容積％の残存気孔率を持つ、例えばＣＦＣ等の炭素をベースとする高気孔率の高温材料の場合、銅を粉末状材料や金属箔板として気孔容積に適合する分量でニオブ合金から成る封入体に添加する。続く高温等方加圧成形時、粉末状の銅が液状に融解し、高温材料の気孔内に侵入するよう温度を１１００〜１３００℃に調整する。この方法で、接合工程と同時に、多孔性の高温材料の特性を目的に合わせて変更できる。
【００４１】
この金属の缶材は、複合部材の加圧成形又は等方加圧成形後に、複合部材の表面からその下にある材料迄機械的に、例えば切削加工で除去される。しかし、特に高温材料自体が、例えば破壊靱性が低く機械的安定性に劣る場合は、必要に応じて封入材料を複合部材中に部分的に又は完全にその儘残す。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明方法を実施例に基づき以下に詳述する。
【００４３】
例 １
この例は、内部に冷却溝を有し炭素繊維で強化された炭化珪素から成り、積極的冷却のために設けられる壁面要素の製造について記載する。
２５０×１４０×１０ｍｍ³の寸法を有する２つの構造部材を、厚さ０．２５ｍｍのタンタル箔で真空密に封入し、１１００〜１４００℃の温度と、圧縮媒体としてのアルゴンによる５０〜１００×１０⁶Ｐａの圧力下で、１〜２時間高温等方加圧成形した。 この工程の後、タンタル箔を原材料中の凹所の輪郭に沿って成形した。試料の研磨テストで、タンタルと炭化珪素との間に珪化タンタルから成る薄い中間層が生じたことが証明された。この缶材の溶接に使用した２つの構造部材のタンタル被覆の外周側の突出部を、一定の長さに切断し、部材表面内の切り込み溝を覆うための塊状タンタル製の短い棒を添えて真空溶接した。このように機械的にその位置で互いに固定し、各々被覆した構造部材を、上記と同じ処理パラメータで高温プレスし、物質的に相互に結合した。切り込み溝内に装入した棒の穿孔と、最後の外周の加工後に、内部に冷却溝を有し、炭素繊維で強化された炭化珪素から成る完成複合部材を得た。
【００４４】
図１は、排気プロセス後に溶接継ぎ目（５）に沿う縁で溶接した金属箔（２）で形成した金属の缶内にある、長い切り込み溝（４）を有する（非金属の）構造部材（１）の概略断面図を示す。
【００４５】
図２は、互いに間を開けて置いた、外圧／温度作用により輪郭に接し、物質的に結合するよう形成した２つの金属製の缶材に封入した本発明による（非金属の）構造部材の断面を示す。
【００４６】
図３は、被覆した２つの構造部材を再度缶封入し、本明細書に記載した圧力／温度作用による接合後の、本発明方法により接合した複合部材の断面を示す。この接合により表面の凹所から構造部材内に封入された溝（６）が生じる。
【００４７】
個々の構成要素も、接合された冷却要素も２５０ｍｍの構造長にわたり０．２ｍｍよりも優れた平面性を示す。それら溝は狭まることなく一様な断面を示し、高真空密であった。この接合は、８０バールの溝内の所要テスト圧力で、損傷なしに持ちこたえた。被覆した試料の室温で測定した曲げ強度は、被覆なしの原材料でできた同じ全体断面積の参照試料のそれより３５％程高かった。
【００４８】
例 ２
この例は、積極的冷却のための冷却材が貫流する導溝を持ち、炭素繊維で強化された炭素（ＣＦＣ）から成る管の製造について記載する。
管は２つの構造部材、即ち１９３ｍｍの内径と２０３．５ｍｍの外径を持つ内管と、２０７ｍｍの内径と２１８ｍｍの外径を持つ外管とからなる。管の長さは各々４００ｍｍであった。内管の外側表面に、後で冷却溝となる半径３ｍｍの半円筒形の螺旋状切り込み溝をフライス盤で切削加工した。この場合、この切り込み溝は管端の約５ｍｍ手前で終わっており、従って管端には円筒形の断面が残った。内管と外管を１．０ｍｍの厚さのニオブ箔で封入した。この封入前に、ニオブ薄板の片面をイオンプレーティングにより厚さ２０μmのレニウム層で被覆した。この被覆された薄板表面は、封入時にＣＦＣに面していた。
【００４９】
更に２つの部材を、各々１３５０℃の温度と７０×１０⁶Ｐａの圧力下で４時間、高温等方加圧成形した。その際管表面の輪郭に沿いニオブ薄板を管と不分離に成形し接合した。引続き内管の外周と外管の内周を、約０．２５ｍｍの直径の遊びを持つはめ合いに平削り加工し、かつ鍔付き缶の縁を旋盤仕上げした。次いでこの２つの管部材を互に重ね合わせて差し込み、管端を各々ニオブ箔を用い、管を輪郭に沿って覆うニオブ箔と溶接した。このように組立てた２重管を、最後に１３５０℃の温度と１００×１０⁶Ｐａの圧力で高温等方加圧成形し、こうして材料に適合した接合を行った。最後にこうして形成した複合管の外周を余分に研磨した。ニオブ被覆の壁厚残は約０．５ｍｍであった。２つの管端を、ニオブ突出部の厚さの範囲で旋盤加工し、螺旋の切り込み溝を各々表側に穿った。
【００５０】
こうして形成した複合材料の側面研磨テストの結果は、その壁厚が一様で、かつ輪郭通りにニオブで覆った冷却溝であることを示した。内管と外管の元の分離面は、高温等方加圧成形時に生じた材料の拡散と同時の結晶成長により完全に消失した。この冷却溝は漏れテストで高真空密であることが判明した。こうして製造した複合部材の機械的負荷能力の限界は、接合面の強度ではなくて、ＣＦＣの引張り強さ又は剪断強度によって制約された。
【００５１】
例 ３
この例は、裏側にＣＦＣを施したＸ線管回転陽極の製造について記載する。 ＣＦＣ（炭素繊維強化炭素）から成る直径１５０ｍｍ、厚さ５０ｍｍの円柱状のディスクを、厚さ１．０ｍｍのＮｂ薄板から成る鍋形の缶材内に真空密に固定した。この缶材の薄板のＣＦＣ側を、厚さ２０μmのレニウム層で被覆した。ＣＦＣディスクの側面に、缶材の部分として鍋底に入れたＴａ₁₀Ｗから成る円柱状の棒形の軸をディスクの回転軸心に心合わせして固定した。このように缶封入した部品を排気し、引続き１５００〜１８００℃の温度と１００〜２００×１０⁶Ｐａの圧力で４〜６時間高温等方加圧成形した。その際、缶材の薄板とＴａ₁₀Ｗの軸はＣＦＣ部材に物質的に結合した。こうして得た、全面をＮｂで被覆したＣＦＣ部材を、缶材の鍔状の突出部を利用して部材上に置いたモリブデン合金（ＴＺＭ）から成るディスクとＷ₁₀Ｒｅから成る焦点軌道薄層と一緒に真空密に溶接し、１４００℃の温度と８０×１０⁶Ｐａの圧力で４時間にわたり高温等方加圧成形した。最後にＸ線管回転陽極を、焦点軌道の自由研磨と、その他の外側面の旋盤加工とにより形成した。
【００５２】
ろう付により形成したＴＺＭとＣＦＣの接合に比べ、本発明方法は高い再現性と極めて高度の接合強度において優れている。遠心分離テストにおいて、本発明により製造したＸ線管回転陽極は、比較陽極よりも明らかに高いバースト値を示した。この驚くべき結果は、ニオブの缶によりＣＦＣ部品に加えられた圧縮応力並びに高められた接合強度によるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による金属製の缶材内にある長い切り込み溝を有する非金属の構造部材の概略断面図。
【図２】 本発明による金属製の缶材に封入した（非金属の）構造部材の断面図。
【図３】 本発明による２つの被覆された構造部材を再度缶封入して接合した複合部材の断面図。
【符号の説明】
１ 非金属の構造部材
２ 金属箔
３ 缶の鍔状の突出部
４ 構造部材の表面の長い切り込み溝
５ 溶接継ぎ目
６ ２つの構造部材の接合により封入された溝

Claims (17)

1. 高温材料から成る少なくとも１つの非金属の構造部材とこの非金属の構造部材と高温材料から成る少なくとも１つ又は複数の別の金属又は非金属の構造部材とを接合して複合部材を製造する方法において、少なくとも非金属の構造部材の表面上に厚さ１０〜２０００μmの気密性の金属箔を、缶封入及びそれに続く加圧成形又は等方加圧成形により前記表面の輪郭に沿って設け、次いで接合すべき前記個々の構造部材の接合面をろう付することによって、又は溶接することによって、又は前記全構造部材を別の金属箔内へ缶封入し高温プレス又は高温等方加圧成形することによって、前記個々の構造部材を結合して複合部材とする高温材料の複合部材製造方法。
2. 少なくとも１つの非金属の構造部材の材料として、炭素繊維で強化された炭素、黒鉛及び繊維強化された炭化珪素の少なくとも１つを使用する請求項１記載の方法。
3. 少なくとも１つの非金属の構造部材の材料として、炭化物、窒化物及び酸化物セラミックスの少なくとも１つを使用する請求項１又は２記載の方法。
4. 前記金属箔として、厚さ１０〜５００μmの高融点金属を使用する請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記金属箔としてＴａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）又はＴａもしくはＮｂベース合金からなる箔を使用する請求項４記載の方法。
6. 缶封入され金属箔により結合される２つの構造部材を、両構造部材の接合面に対し鏡像対称な表面凹所が形成されるように結合する請求項１乃至５のいずれか１つに記載の方法。
7. 前記金属箔として、ＣＶＤ（化学蒸着）又はＰＶＤ（物理蒸着）により片面をレニウムで被覆したタンタル又はタングステン箔を使用する請求項１乃至６のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記金属箔として、５０〜２００μmの厚さが使用される請求項１乃至７のいずれか１つに記載の方法。
9. 前記加圧成形を高温プレスとして、また等方加圧成形を高温等方加圧成形として行う請求項１乃至８のいずれか１つに記載の方法。
10. 前記高温プレス又は高温等方加圧成形により個々の構造部材を接合する際に、構造部材と金属箔との対向する材料が結合される請求項８記載の方法。
11. 少なくとも１つの構造部材を缶封入する前に、少なくともその表面の一部領域上に金属箔を気相からの析出により密接して設ける請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 非金属の構造部材を少なくとも１つの金属の構造部材と共に金属箔内に缶封入して接合する請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の方法。
13. 接合後に複合部材の外側表面にある前記金属箔を、完全に又は部分的に機械的に除去する請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の方法。
14. 前記複合部材が飛行機又は宇宙飛行体の駆動装置の部材として製造される請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の方法。
15. 前記構造部材の表面に、接合された複合部材内で空洞を形成する凹所が設けられる請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の方法。
16. 前記空洞が冷媒を貫流させるための溝として形成される請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の方法。
17. 前記複合部材が、炭素をベースとする材料から成る少なくとも１つの構造部材と耐火金属からなる少なくとも１つの別の構造部材とからＸ線管回転陽極の部材として製造される請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の方法。

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