JP6528257B1 - Brazing bonding method of alumina dispersion strengthened copper - Google Patents

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Abstract

【課題】 アルミナ分散強化銅のろう付接合を実現する。【解決手段】 アルミナ分散強化銅であるGlidCop(登録商標)と他の金属を用意し、接合対象となる表面を微鏡面仕上げした後、リンを11%含有するニッケル合金であるBNi—6のろう材を挟み込み、圧力を加える。この状態で、960℃の熱処理温度で10分間の熱処理を行う。その後、十分に自然冷却した後、窒素ガスを用いて急冷する。こうすることにより、アルミナ分散強化銅と他の金属とのろう付接合を実現することが可能となる。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To realize braze bonding of alumina dispersion strengthened copper. SOLUTION: GlidCop (registered trademark) which is an alumina dispersion strengthened copper and other metals are prepared, and after mirror-finishing the surfaces to be joined, a brazing alloy BNi-6 which is a nickel alloy containing 11% of phosphorus. Insert the material and apply pressure. In this state, heat treatment is performed at a heat treatment temperature of 960 ° C. for 10 minutes. Then, after natural cooling sufficiently, quenching is performed using nitrogen gas. By doing this, it is possible to realize brazing connection of alumina dispersion strengthened copper and other metals. [Selected figure] Figure 1

Description

本発明は、アルミナ分散強化銅のろう付接合方法に関する。   The present invention relates to a method of brazing and joining alumina dispersion strengthened copper.

核融合炉のダイバータのように高温に曝される部位にはタングステンが用いられることがあるが、このタングステンをさらに冷却するために銅が用いられる。銅は、熱伝導率が高いという特性を有しているが、同時に機械的強度が低いという課題を有しており、これを克服する目的で銅合金が利用されることも多い。かかる銅合金の一種である酸化物分散強化銅は、強度が高いものの、接合ができない、という特性がある。特に、酸化物としてアルミナを分散させたアルミナ分散強化銅については、相互の接合は未だ実現されていない。
アルミナ分散強化銅を接合する技術として、特許文献1は、表面に無酸素銅が来るようにアルミナ分散強化銅と無酸素銅を積層してろう付接合可能にする技術を開示する。特許文献2は、アルミナ分散強化銅の表面に銅、銀などのめっき層を形成することでろう付接合を可能とする技術を開示する。
Tungsten may be used at locations exposed to high temperatures, such as divertors in fusion reactors, but copper is used to further cool the tungsten. Copper has the property of high thermal conductivity, but also has the problem of low mechanical strength, and copper alloys are often used for the purpose of overcoming this. Such oxide dispersion strengthened copper, which is a type of such copper alloy, has high strength but can not be joined. In particular, in the case of alumina dispersion-strengthened copper in which alumina is dispersed as an oxide, mutual bonding has not yet been realized.
As a technique of joining alumina dispersion strengthened copper, Patent Document 1 discloses a technique of laminating alumina dispersion reinforced copper and oxygen free copper so that oxygen free copper is present on the surface and enabling brazing. Patent document 2 discloses the technique which enables brazing joining by forming plating layers, such as copper and silver, on the surface of alumina dispersion strengthening copper.

特開平2−243331号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2-243331 特開2010−120034号公報JP, 2010-120034, A

特許文献1、特許文献2に開示された従来技術は、いずれもアルミナ分散強化銅自体を接合可能とするものではない。特許文献1のような積層構造としたり、特許文献2のようなめっき層を形成することにより、アルミナ分散強化銅の加工性が制限され、その適用用途が限られることとなっていた。
一方、アルミナ分散強化銅とタングステンのように融点の高い金属との間では、ろう付による接合が実現できることが知られている。しかし、タングステンとの間で、ろう付による接合が実現できたからといって他の金属でも同様にろう付による接合が実現できるという保証はなく、実際、アルミナ分散強化銅とタングステン以外の金属との間のろう付接合は実現されていなかった。
本発明は、かかる課題に鑑み、アルミナ分散強化銅と他の金属とのろう付接合を実現する技術を提供することを目的とする。
The prior art disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 do not allow bonding of alumina dispersion strengthened copper itself. By forming a laminated structure as in Patent Document 1 or forming a plating layer as in Patent Document 2, the processability of the alumina dispersion-strengthened copper is limited, and the application thereof is limited.
On the other hand, it is known that bonding by brazing can be realized between alumina dispersion strengthened copper and a metal having a high melting point such as tungsten. However, there is no guarantee that even if other metals can be brazed to tungsten, it is not guaranteed that other metals can be brazed as well, in fact, alumina dispersion-strengthened copper and metals other than tungsten There was no realized brazing joint between them.
An object of the present invention is to provide a technique for realizing brazing and joining of alumina dispersion strengthened copper and another metal, in view of such problems.

本発明は、アルミナ分散強化銅からなる第1部材と、被接合金属からなる第2部材とをろう付接合する接合方法であって、
(a) リンを含有するろう材を用意する工程と、
(b) 前記第1部材、第2部材で前記ろう材を挟み込み、所定の熱処理温度で所定時間加熱する熱処理工程と、
(c) 前記熱処理工程の後、接合された前記第1部材および第2部材を冷却する工程と、を備え、
前記被接合金属は、その融点がタングステンよりも低く、前記熱処理温度よりも高い金属であり、
前記熱処理温度は、銅の融点よりも低く、リンと銅との共晶反応により低下した銅の融点よりも高い範囲で設定されている接合方法として構成することができる。
The present invention is a bonding method of brazing and bonding a first member made of alumina dispersion strengthened copper and a second member made of a metal to be bonded,
(A) preparing a brazing material containing phosphorus;
(B) a heat treatment step of sandwiching the brazing material with the first member and the second member and heating the brazing material at a predetermined heat treatment temperature for a predetermined time;
(C) cooling the joined first and second members after the heat treatment step;
The bonding metal is a metal whose melting point is lower than tungsten and higher than the heat treatment temperature,
The heat treatment temperature can be configured as a bonding method set in a range lower than the melting point of copper and higher than the melting point of copper lowered by the eutectic reaction of phosphorus and copper.

発明者は、タングステン(融点3422℃)よりも融点の低い被接合金属、具体的にはアルミナ分散強化銅(融点1085℃)およびステンレス鋼(融点1400〜1500℃)との間でろう付接合の実験を試みた結果、上記工程および熱処理温度によればろう付接合が可能であることを見いだした。ろう付接合が可能となる原理は、必ずしも明らかにはなっていないが、リンを含有するろう材を用いることにより、ろう材と接触するアルミナ分散強化銅の極表面の融点がリンとの共晶反応によって若干、低下し、接合面で被接合金属との間で拡散が生じるということであろうと考えられる。熱処理温度は、銅の融点よりも低いため、第1部材は、接合部分以外では溶融しない。従って、接合部分のみで溶融が生じ、第1部材、第2部材のろう付接合が実現されるのである。
実験で確認されたのは、アルミナ分散強化銅とステンレス鋼であるが、タングステンとのろう付接合も同様の原理によって実現されていたものと考えられる。従って、発明者は、実験の結果、タングステンよりも融点の低い被接合金属との間であれば、本発明の方法によってろう付接合が実現できることを見いだした。
The inventor of the present invention has made it possible to braze the joining metal having a melting point lower than tungsten (melting point 3422.degree. C.), specifically alumina dispersion strengthened copper (melting point 1085.degree. C.) and stainless steel (melting point 1400.degree. As a result of experimenting, it has been found that brazing can be performed according to the above-described process and heat treatment temperature. Although the principle that enables brazing can not always be clarified, the melting point of the electrode surface of alumina dispersion strengthened copper in contact with the brazing material is eutectic with phosphorus by using a brazing material containing phosphorus. It is believed that the reaction is slightly lowered by the reaction and that diffusion occurs with the metal to be joined at the joint surface. Since the heat treatment temperature is lower than the melting point of copper, the first member does not melt except at the bonding portion. Therefore, melting occurs only at the joint portion, and brazing of the first member and the second member is realized.
Although it is alumina dispersion strengthening copper and stainless steel which were confirmed by experiment, it is thought that the brazing joint with tungsten was also realized by the same principle. Therefore, the inventor has found, as a result of experiments, that the brazing can be realized by the method of the present invention to the bonding metal having a melting point lower than that of tungsten.

本発明において、ろう材のリンの含有量は、任意に決めることができるが、実験では、11%の含有量のニッケル合金、具体的にはBNi−6を用いた。
熱処理の時間は、被接合金属の種類、接合の結果を踏まえ実験的に設定することができる。実験では、10分としたが、さらに短くしても良い。
また第1部材、第2部材の形状や寸法は問わない。
被接合金属としては、タングステンよりも融点の低い金属であり、例えば、モリブデン(融点2623℃)、イリジウム(融点2466℃)などが考えられる。
アルミナ分散強化銅としては、GlidCop(登録商標)を用いることができる。
In the present invention, the phosphorus content of the brazing material can be determined arbitrarily, but in the experiment, a nickel alloy having a content of 11%, specifically, BNi-6 was used.
The heat treatment time can be set experimentally based on the type of metal to be joined and the result of bonding. In the experiment, it was 10 minutes, but it may be shorter.
Further, the shape and dimensions of the first member and the second member do not matter.
The metal to be joined is a metal having a melting point lower than that of tungsten, and, for example, molybdenum (melting point 2623 ° C.), iridium (melting point 2466 ° C.), etc. can be considered.
GlidCop (registered trademark) can be used as the alumina dispersion strengthened copper.

本発明において、
前記被接合金属は、アルミナ分散強化銅またはステンレス鋼であるものとしてもよい。
In the present invention,
The metal to be joined may be alumina dispersion strengthened copper or stainless steel.

先に説明した通り、これらの被接合金属に対しては、実験でろう付接合が可能であることが確認された。かかる成果も、少なくとも従来、実現されていなかったろう付接合である。   As described above, it was confirmed by experiments that brazed bonding is possible for these metals to be bonded. Such a result is also at least a brazing joint which has not been realized at least conventionally.

本発明において、
前記被接合金属は、アルミナ分散強化銅であり、
前記熱処理温度は、960℃である接合方法としてもよい。
In the present invention,
The metal to be joined is alumina dispersion strengthened copper,
The heat treatment temperature may be 960 ° C. as a bonding method.

より具体的に、アルミナ分散強化銅を被接合金属とする場合、熱処理温度は960℃とすることができる。もっとも、かかる温度に限定されるものではない。   More specifically, when alumina dispersion strengthened copper is used as a metal to be joined, the heat treatment temperature can be set to 960 ° C. However, it is not limited to such temperature.

本発明では、
(d) 前記熱処理工程に先だって、前記第1部材と第2部材の接合される表面を、それぞれ微鏡面に表面仕上げする工程を備え、
前記熱処理工程における前記ろう材は、1〜100マイクロメートルの厚さとしてもよい。
In the present invention,
(D) Prior to the heat treatment step, the method further comprises the step of surface finishing the surfaces to be joined of the first member and the second member to a fine mirror surface,
The brazing material in the heat treatment step may have a thickness of 1 to 100 micrometers.

ろう付の際の表面仕上げおよびろう材の厚さは、任意に決定することができるが、上記態様のように設定することにより、密着性に優れるろう付接合を実現できることが分かった。厚さは、38〜76マイクロメートルとすることがより好ましく、さらに約38マイクロメートルとすることがより好ましい。   Although the surface finish and the thickness of the brazing material during brazing can be arbitrarily determined, it has been found that setting as in the above-described embodiment can achieve brazing with excellent adhesion. The thickness is more preferably 38 to 76 micrometers, and more preferably about 38 micrometers.

また、本発明においては、
前記熱処理工程において、前記第1部材と第2部材に対して、両者が接合される方向に圧力を加えるものとしてもよい。
In the present invention,
In the heat treatment step, pressure may be applied to the first member and the second member in a direction in which the first member and the second member are joined.

こうすることにより、さらに接合部分の密着性を向上させることが可能となる。
圧力を加える方法は、種々の方法をとることができる。
例えば、ホットプレス、即ち熱処理炉の中に備えられたプレス機によって、第1部材、第2部材を挟んでプレスする方法としてもよい。かかる方法をとるときは、プレス機の熱容量を加味して熱処理工程を設定することが好ましい。
また別の方法として、熱間等方圧加圧(HIP:Hot Isostatic Pressing)という方法をとってもよい。熱間等方圧加圧は、圧力を等方的に掛けることができるため、複数方向に接合する必要がある場合などに有用である。
By doing this, it is possible to further improve the adhesion of the joint portion.
The pressure may be applied in various ways.
For example, the first member and the second member may be sandwiched and pressed by a hot press, that is, a press provided in a heat treatment furnace. When this method is adopted, it is preferable to set the heat treatment process in consideration of the heat capacity of the press.
As another method, a method called hot isostatic pressing (HIP) may be adopted. Since hot isostatic pressing can apply pressure isotropically, it is useful when joining in a plurality of directions is required.

圧力を加える方法は、例えば、
相互に締結された第1、第2の端プレートと、両者間に配置される中央プレートを用意し、
前記第1の端プレートと中央プレートによって、前記第1部材と第2部材を挟み、
前記第2の端プレートと中央プレート間に弾性体を介在させることにより、第1の端プレートと中央プレート間に配置された前記第1部材および第2部材に圧力を加えるものとしてもよい。
The method of applying pressure is, for example,
Providing first and second end plates fastened together and a central plate disposed between them;
Sandwiching the first member and the second member by the first end plate and the center plate;
An elastic body may be interposed between the second end plate and the central plate to apply pressure to the first member and the second member disposed between the first end plate and the central plate.

かかる方法によれば、板状の第1、第2の端プレートおよび中央プレートを介して圧力を加えるため、第1部材、第2部材に比較的均一に圧力を加えやすい利点がある。また、比較的、低コストで圧力を加えることができ、ホットプレスや熱間等方圧加圧のように特別な装置を使用する必要がない点で、比較的適用しやすいという利点もある。
プレートの素材は任意に選択できるが、剛性の高い素材を選択することが好ましい。
また弾性体も種々の選択が可能であるが、熱処理工程においても弾性力を加え得る素材であることが好ましく、例えば、カーボンばねを利用することができる。
圧力の大きさも任意に決定可能であるが、有意な効果が得られる圧力として、例えば、0.54MPaとすることができる。
According to such a method, since pressure is applied through the plate-like first and second end plates and the central plate, there is an advantage that it is easy to apply pressure relatively uniformly to the first member and the second member. It also has the advantage of being relatively easy to apply in that it is relatively inexpensive to apply pressure and does not require the use of special equipment such as hot pressing or hot isostatic pressing.
Although the material of the plate can be selected arbitrarily, it is preferable to select a rigid material.
In addition, although an elastic body can be variously selected, it is preferable that the elastic body be a material to which an elastic force can be applied also in the heat treatment process, and for example, a carbon spring can be used.
Although the magnitude of the pressure can also be determined arbitrarily, the pressure at which a significant effect can be obtained can be, for example, 0.54 MPa.

また、上記態様の場合、
前記第1、第2の端プレートおよび中央プレートは、前記第1部材および第2部材にかかる圧力分布が略均一となる厚さを有しているものとすることが好ましい。
In the case of the above embodiment,
It is preferable that the first and second end plates and the center plate have a thickness such that the pressure distribution applied to the first and second members is substantially uniform.

こうすることにより、第1部材、第2部材に均一に圧力を加えることができ、偏りのない接合を実現することができる。
第1、第2の端プレートおよび中央プレートの具体的な厚さは、これらの素材および圧力の大きさによって実験的または解析的に定めることができる。
By so doing, pressure can be applied uniformly to the first member and the second member, and non-uniform bonding can be realized.
The specific thickness of the first and second end plates and the central plate can be determined experimentally or analytically by the size of these materials and pressure.

本発明において、
前記工程(c)は、自然冷却としてもよい。
In the present invention,
The step (c) may be natural cooling.

熱処理温度が非常に高温であるため、自然冷却の場合、数時間〜48時間など非常な長時間をかけて第1部材、第2部材は冷却されることになる。このように長時間をかけて冷却することにより、熱処理によって生じた熱応力を緩和することが可能となる利点がある。冷却にかける時間は、被接合金属の種類に応じて決定できる。例えば、アルミナ分散強化銅と熱膨張係数が比較的近い金属の場合には、8時間程度の冷却時間でも問題ないことが確認されている。
自然冷却によって100℃など、両部材の熱膨張が十分に緩和されたと考えられる程度の温度まで冷却された後は、冷媒を用いた強制冷却を施しても良い。
Since the heat treatment temperature is very high, in the case of natural cooling, the first member and the second member are cooled over a very long time such as several hours to 48 hours. Cooling for a long time as described above has an advantage of being able to relieve the thermal stress generated by the heat treatment. The time for cooling can be determined according to the type of metal to be bonded. For example, in the case of alumina dispersion strengthened copper and a metal having a thermal expansion coefficient relatively close to each other, it has been confirmed that a cooling time of about 8 hours causes no problem.
After cooling to a temperature at which thermal expansion of both members is considered to be sufficiently alleviated, such as 100 ° C., natural cooling may be followed by forced cooling using a refrigerant.

本発明は、接合相手となる被接合金属が一種類の場合のみならず、複数種類存在する場合も適用可能である。かかる場合に、どのような順序で接合するかは任意に決定できるが、
例えば、
複数種類の金属からなる複数の前記第2部材が存在するとき、
前記第1部材を形成する前記アルミナ分散強化銅に熱膨張係数が近い金属で形成された第2部材から順に接合するものとしてもよい。
The present invention is applicable not only to the case where there is only one type of metal to be joined, but also to the case where there are a plurality of types. In such a case, the order of joining can be determined at will.
For example,
When there are a plurality of second members made of a plurality of types of metals,
The first member may be joined sequentially from a second member formed of a metal having a thermal expansion coefficient close to that of the alumina dispersion-strengthened copper forming the first member.

複数種類の被接合金属を順次、接合する場合、最初に接合された金属には、繰り返し熱処理が施されることになる。第1部材、第2部材間の熱応力は、部材間の熱膨張係数の差によって生じるから、上記態様のように熱膨張係数が近い順に接合するものとすれば、繰り返し施される熱処理によって生じる熱応力を緩和することができる。   In the case of sequentially bonding a plurality of types of metals to be bonded, the metal first bonded is repeatedly subjected to heat treatment. Since the thermal stress between the first member and the second member is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the members, if they are joined in the order of close thermal expansion coefficient as in the above embodiment, they are generated by repeated heat treatment Thermal stress can be relieved.

複数種類の被接合金属の具体例としては、例えば、
複数の前記第2部材は、それぞれアルミナ分散強化銅、ステンレス鋼、タングステンでそれぞれ形成されており、
前記第1部材を、前記アルミナ分散強化銅、ステンレス鋼、タングステンで形成された第2部材の順に接合してもよい。
As a specific example of a plurality of types of bonded metals, for example,
The plurality of second members are respectively formed of alumina dispersion strengthened copper, stainless steel, and tungsten.
The first member may be joined in order of the alumina dispersion strengthened copper, stainless steel, and a second member formed of tungsten.

本発明は、種々の構造体を製造するために利用可能であるが、
例えば、
前記第1部材は、アルミナ分散強化銅で形成され熱除去器の冷媒の流路が形成された部材であり、
前記第2部材は、アルミナ分散強化銅で形成され前記流路に蓋をする部材であるものとできる。
The present invention can be used to produce various structures, but
For example,
The first member is a member which is formed of alumina dispersion-strengthened copper and in which a refrigerant flow path of a heat remover is formed,
The second member may be a member formed of alumina dispersion-strengthened copper and covering the flow passage.

かかる方法によれば、本発明の接合方法を用いて、熱除去器内部に冷媒の流路を形成することができる。
上記態様において、流路の形状は不問である。
上記態様において、更に種々の部材を接合してもよい。例えば、ステンレス鋼を接合し、流路に冷媒を供給する供給部、流路から排出する排出部を構成してもよい。
According to such a method, the refrigerant flow path can be formed inside the heat remover by using the bonding method of the present invention.
In the above embodiment, the shape of the flow path is not limited.
In the above aspect, various members may be further joined. For example, stainless steel may be joined to form a supply unit that supplies a coolant to the flow channel, and a discharge unit that discharges the flow channel from the flow channel.

以上で説明した本発明の種々の特徴は、必ずしも全てを備えている必要はなく、本発明は、適宜、その一部を省略したり、組み合わせたりして構成してもよい。
また、本発明は、接合方法としての構成のみならず、かかる接合方法を踏まえた構造体として構成してもよい。
The various features of the present invention described above do not necessarily have to be all-inclusive, and the present invention may be configured by partially omitting or combining them.
Further, the present invention may be configured not only as the bonding method but also as a structure based on the bonding method.

ろう付接合処理の工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of a brazing joining process. 接合中心近傍の分析結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the analysis result of the junction center vicinity. 接合層の硬さ試験結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the hardness test result of a joining layer. 接合時に加える圧力の影響を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the influence of the pressure added at the time of joining. ろう材の厚さによる影響を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the influence by the thickness of brazing filler metal. GlidCop(登録商標)とSUSとの接合結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the joining result of GlidCop (trademark) and SUS. ダイバータの製造例を示す説明図である。It is an explanatory view showing an example of manufacture of a diverter.

図1は、ろう付接合処理の工程を示すフローチャートである。この工程では、まず接合する部材の準備をする(ステップS10)。本実施例では、アルミナ分散強化銅であるGlidCop(登録商標)同士を接合するものとした。接合する部材の形状は、任意であるが、接合面が相互に平面となっていることを要する。
次に接合面を微鏡面仕上げ処理する(ステップS11)。一般に表面仕上げは、粗い順に粗仕上げ、並仕上げ、微鏡面仕上げ、鏡面仕上げという段階に分かれるが、この中の微鏡面仕上げである。微鏡面仕上げとするのは、次の理由による。ろう付接合を行う際、鏡面仕上げにしてしまうと、接合面が過剰に滑らかとなり、強い接合が実現できない場合がある。一方、表面仕上げが粗いと、極端に言えば、部材同士が面ではなく点で接合するのに近い状態となり、やはり強い接合が実現できない場合がある。発明者は、種々の表面仕上げで接合を検討した結果、微鏡面仕上げとすることが好ましいことを見いだした。
FIG. 1 is a flowchart showing the steps of the brazing and bonding process. In this step, first, members to be joined are prepared (step S10). In this example, GlidCop (registered trademark), which is alumina dispersion-strengthened copper, is bonded to each other. The shape of the members to be joined is optional, but it is required that the joining surfaces be mutually flat.
Next, the bonding surface is subjected to fine mirror surface finishing (step S11). In general, the surface finish is divided into coarse finish, regular finish, fine mirror finish, and mirror finish in rough order, but the fine mirror finish among these is. The reason for the fine mirror finish is as follows. When mirror bonding is performed when brazing is performed, the bonding surface may be excessively smooth and strong bonding may not be realized. On the other hand, if the surface finish is rough, in extreme terms, it will be close to joining members at points instead of faces, and strong joining may not be realized again. As a result of examining bonding with various surface finishes, the inventor has found that it is preferable to use a fine mirror finish.

次に、ろう材を準備する。本実施例では、ニッケルにリンが11%含有されたニッケル合金であるBNi−6を用いた。ろう材は、リンが含有されているものであれば、種々の選択が可能である。
そして、接合する部材の間に、ろう材を挟み込み、圧力を加える(ステップS13)。図中に、圧力を加える方法を示した。本実施例では、3枚の鋼性のプレートを用意する。下側から第1の端プレート(または下プレート)、中央プレート(または中プレート)、第2の端プレート(または上プレート)と称するものとする。そして、第1の端プレートと中央プレートとの間に接合部材を挟み込む。また、中央プレートと第2の端プレートとの間にカーボンばねを挟み込む。第1、第2の端プレートは、ボルトで締結されている。かかる構造を用いることにより、カーボンばねの弾性力は、中央プレートを介して圧力として接合部材にかけられることになる。圧力は、任意に決めることができるが、本実施例では、0.54MPaであった。
本実施例においてカーボンばねを用いたのは、後述する熱処理に耐えられる素材を選択したからである。他の素材であってもよい。
また、圧力を加えることは、必ずしも必要という訳ではなく、圧力をかけずに熱処理を行っても差し支えない。ただし、接合面の気密性を確保するためには、圧力を加えることが望ましい。
Next, prepare the brazing material. In this example, BNi-6, which is a nickel alloy containing 11% of phosphorus in nickel, was used. As the brazing material, various choices are possible as long as it contains phosphorus.
Then, the brazing material is sandwiched between the members to be joined, and pressure is applied (step S13). The figure shows how to apply pressure. In the present embodiment, three steel plates are prepared. The lower end will be referred to as a first end plate (or lower plate), a center plate (or middle plate), and a second end plate (or upper plate). Then, the joining member is sandwiched between the first end plate and the center plate. Also, sandwich a carbon spring between the center plate and the second end plate. The first and second end plates are bolted together. By using such a structure, the elastic force of the carbon spring is applied to the joint member as pressure via the central plate. Although the pressure can be arbitrarily determined, it was 0.54 MPa in this example.
The carbon spring is used in the present embodiment because a material that can withstand heat treatment described later is selected. Other materials may be used.
Moreover, applying pressure is not necessarily required, and heat treatment may be performed without applying pressure. However, in order to ensure the airtightness of the joint surface, it is desirable to apply pressure.

次に、圧力を加えたまま、この接合部材を熱処理する(ステップS14)。図中に熱処理のシーケンスを示した。
フェーズAは予熱のための昇温フェーズである。目標となる予熱温度まで、速やかに昇温すればよい。
フェーズBは予熱フェーズである。本実施例では、860℃で60分とした。予熱温度および時間は、熱処理をする炉装置、接合部材の寸法、熱処理の温度などを踏まえて決定すればよい。
フェーズCは、熱処理温度までの昇温フェーズである。目標となる熱処理温度まで、速やかに昇温すればよい。
フェーズDは、熱処理フェーズである。本実施例では、960℃で10分間の熱処理を行った。960℃という熱処理温度は、次のように決定できる。本実施例の接合部材は、アルミナ分散強化銅であり、部材の溶融を回避するため、熱処理温度は銅の融点である1085℃よりも低くなくてはならない。本実施例において、ろう付接合が実現される原理は、ろう材に含まれるリンと銅との共晶により銅の融点が低下する結果、接合部材の極表面が溶融することで実現されるものと考えられる。従って、熱処理温度は、共晶反応時の銅の融点よりも高くする必要がある。本実施例では、かかる温度範囲の中から960℃を熱処理温度として選択した。熱処理時間も、任意に決定できる。本実施例では、10分としたが、2〜3分程度でもろう付接合は可能である。
フェーズEは、冷却フェーズである。このフェーズでは、熱応力を緩和するため、長時間かけて徐々に冷却する。本実施例では、炉内で約8時間かけて概ね100℃まで自然冷却を行った。冷却時間は、被接合材料の材質などを考慮して数時間〜48時間などの範囲で任意に決定できる。
フェーズFは、急冷フェーズである。フェーズEの冷却によって両部材の熱膨張が十分に緩和されていると判断されるため、その後は、部材を急冷しても差し支えない。本実施例では、部材の酸化を防止するため窒素ガスによる冷却を行った。急冷フェーズは、必ずしも設ける必要はなく、常温までフェーズEの冷却を継続してもよい。
以上の各工程により、本実施例のろう付接合は実現される。
Next, while the pressure is applied, the bonding member is heat-treated (step S14). The sequence of heat treatment is shown in the figure.
Phase A is a temperature raising phase for preheating. The temperature may be raised promptly to the target preheating temperature.
Phase B is the preheating phase. In this example, the temperature was 860 ° C. for 60 minutes. The preheating temperature and time may be determined on the basis of a furnace for heat treatment, dimensions of bonding members, temperature of heat treatment, and the like.
Phase C is a temperature raising phase up to the heat treatment temperature. The temperature may be raised promptly to the target heat treatment temperature.
Phase D is a heat treatment phase. In this example, heat treatment was performed at 960 ° C. for 10 minutes. The heat treatment temperature of 960 ° C. can be determined as follows. The bonding member of this embodiment is alumina dispersion strengthened copper, and the heat treatment temperature must be lower than 1085 ° C., which is the melting point of copper, in order to avoid melting of the member. In the present embodiment, the principle that brazing is realized is realized by melting the electrode surface of the joint member as a result of the melting point of copper decreasing due to the eutectic of phosphorus and copper contained in the brazing material it is conceivable that. Therefore, the heat treatment temperature needs to be higher than the melting point of copper at the eutectic reaction. In this example, 960 ° C. was selected as the heat treatment temperature from such a temperature range. The heat treatment time can also be determined arbitrarily. In this embodiment, it is 10 minutes, but brazing can be performed even for about 2 to 3 minutes.
Phase E is a cooling phase. In this phase, cooling is performed gradually over a long period of time to relieve thermal stress. In this example, natural cooling was performed to about 100 ° C. in about 8 hours in the furnace. The cooling time can be arbitrarily determined in the range of several hours to 48 hours, etc. in consideration of the material of the materials to be joined and the like.
Phase F is a quenching phase. Since it is judged that the thermal expansion of both the members is sufficiently relieved by the cooling of the phase E, the members may be quenched after that. In the present embodiment, cooling with nitrogen gas was performed to prevent oxidation of the members. The quenching phase is not necessarily provided, and the cooling of phase E may be continued to normal temperature.
The brazed bonding of this embodiment is realized by the above steps.

本実施例では、熱処理および冷却は、ともに、真空熱処理、真空中での冷却とした。ここで言う真空とは、真空ポンプで排気をし、十分に炉内の圧力を低減させた状態をいい、完全な真空に限られるものではない。極低圧と換言してもよい。このように真空または極低圧にすることにより、接合部材の酸化を抑制することができる。もっとも、熱処理および冷却を、大気圧下で行うものとしても差し支えない。   In this example, both the heat treatment and the cooling were vacuum heat treatment and cooling in a vacuum. The term "vacuum" as used herein means a state in which the pressure in the furnace is sufficiently reduced by evacuation with a vacuum pump, and is not limited to a perfect vacuum. In other words, it may be called extremely low pressure. By thus setting the vacuum or the extremely low pressure, the oxidation of the bonding member can be suppressed. However, heat treatment and cooling may be performed at atmospheric pressure.

図2は、接合中心近傍の分析結果を示す説明図である。図2(a)には接合面の拡大写真である。図中の接合中心と示された部分の左側が第1部材、右側が第2部材である。本実施例では、第1部材、第2部材ともにGlidCop(登録商標)である。接合中心には、うっすらと線状に接合面が確認される。また、接合中心をはさんで約1mmの幅で若干、色が変化している部分が確認される。この色が変わっている部分を接合層と称するものとする。
図2(b)には接合部材に含有される各金属成分の分布を示した。左右方向に接合部分の位置を示し、上から銅、ニッケル、リン、アルミニウムの含有量の変化を示している。ろう材には、ニッケルとリンが含有されており、銅は含有されていないから、仮に接着剤のように接合層に、ろう材が残っているとすれば、接合層からは、銅が検出されない、あるいは、検出されたとしてもその量が大幅に減衰するはずである。しかし、図2(b)に示される通り、銅は全域にわたってほとんど濃度変化を伴わずに検出されている。また、接合層には、リンおよびニッケルが他の領域よりも顕著に検出されている。これらのことから、ろう材は、接合層において母材である銅に吸収された状態で、ろう付接合が実現されていると考えられる。また、接合層からリンが検出されていることから、ろう付には銅とリンの共晶反応が関係していることが示唆され、熱処理の際に示した通り、共晶反応による銅の融点低下が、ろう付接合を実現する原理に関与していると言うことができる。このように銅とリンとの共晶反応による銅の融点低下がろう付接合において重要な役割を果たすという知見は、従来なく、発明者の実験によって明らかとなったものである。
また、図2(b)によれば、アルミニウムは、全域にわたってピークがなく、一様に検出されていることが分かる。つまり、本実施例における熱処理の条件は、アルミナ分散強化銅におけるアルミナを偏析させることなく、即ち、接合層近傍でのGlidCop(登録商標)の品質をほとんど低下させることなく、ろう付接合を実現できていると言える。
図2に示したのは、圧力を加えずに重力のみで接合した場合の結果である。従って、圧力を加えなくとも、ろう付接合は実現できることが確認された。
FIG. 2 is an explanatory view showing an analysis result in the vicinity of the bonding center. FIG. 2 (a) is an enlarged photograph of the bonding surface. The left side of the portion shown as the bonding center in the figure is the first member, and the right side is the second member. In the present embodiment, both the first member and the second member are GlidCop (registered trademark). At the center of bonding, a bonding surface is observed in a slightly linear fashion. In addition, a portion with a color change is confirmed with a width of about 1 mm across the bonding center. The portion where the color is changed is referred to as a bonding layer.
The distribution of each metal component contained in a joining member is shown in Drawing 2 (b). The position of the bonding portion is shown in the left and right direction, and the change in the content of copper, nickel, phosphorus and aluminum is shown from the top. Since the brazing material contains nickel and phosphorus and does not contain copper, if the brazing material remains in the bonding layer like an adhesive, copper is detected from the bonding layer. Not detected, or if detected, the amount should be greatly attenuated. However, as shown in FIG. 2 (b), copper is detected with almost no concentration change over the entire area. In addition, phosphorus and nickel are more significantly detected in the bonding layer than in the other regions. From these facts, it is considered that the brazing material is realized in the state of being absorbed by the base material copper in the joining layer. Moreover, since phosphorus is detected from the bonding layer, it is suggested that the eutectic reaction of copper and phosphorus is related to brazing, and as shown in the heat treatment, the melting point of copper due to the eutectic reaction It can be said that degradation is involved in the principle of achieving brazed joints. The finding that the lowering of the melting point of copper due to the eutectic reaction between copper and phosphorus as described above plays an important role in brazing and joining has not been made clear in the past, and has been clarified by experiments of the inventor.
Also, according to FIG. 2 (b), it can be seen that aluminum has no peak throughout the entire area and is uniformly detected. That is, the conditions of the heat treatment in the present example can realize brazing without any segregation of alumina in alumina dispersion strengthened copper, that is, without substantially reducing the quality of GlidCop (registered trademark) in the vicinity of the bonding layer. It can be said that
What was shown in FIG. 2 is a result when it joins only by gravity, without applying a pressure. Therefore, it was confirmed that brazing can be realized without applying pressure.

図3は、接合層の硬さ試験結果を示す説明図である。図3(a)は、圧力を加えずに接合した場合の結果を示し、図3(b)は0.54MPaの圧力を加えた場合の結果を示している。横軸の位置0が接合中心に当たる。
図3(a)、図3(b)によれば、それぞれ接合層においてビッカース硬さが低下していることが分かる。また、圧力を加えた場合には(図3(b))、圧力を加えない場合(図3(a))よりも接合層が薄くなっていることが分かる。即ち、圧力を加えることにより、ビッカース硬さが低下する部分を薄く抑えることができるため、接合部材全体の機械的強度の低下を抑えることができると言える。
FIG. 3 is an explanatory view showing a hardness test result of the bonding layer. Fig.3 (a) shows the result at the time of joining without applying a pressure, and FIG.3 (b) has shown the result at the time of applying the pressure of 0.54 MPa. Position 0 of the horizontal axis corresponds to the bonding center.
According to FIGS. 3 (a) and 3 (b), it can be seen that the Vickers hardness is reduced in each of the bonding layers. Also, it can be seen that the bonding layer is thinner when pressure is applied (FIG. 3 (b)) than when pressure is not applied (FIG. 3 (a)). That is, by applying pressure, the portion where the Vickers hardness decreases can be kept thin, so it can be said that the decrease in the mechanical strength of the entire bonding member can be suppressed.

図4は、接合時に加える圧力の影響を示す説明図である。
図4(a)には、接合する部材の形状等を示した。部材Aは、GlidCop(登録商標)の部材であり、図示する流路が切削されている。部材Bは、流路に蓋をするGlidCop(登録商標)の板状部材である。流路の周囲が部材A、部材Bの接合部となる。
図4(b1)、図4(b2)には、それぞれ部材に圧力を加えた状態を示した。下プレートと上プレートはボルトで締結されており、下プレートと中プレートの間に接合部材が、中プレートと上プレートとの間にカーボンばねが挟まれている点は共通である。また、カーボンばねの弾性係数も同じである。各プレートの厚さが、図4(b2)では図4(b1)の約2.5〜3.5倍となっている点が相違する。
図4(c1)、図4(c2)には、それぞれ図4(b1)、図4(b2)に対応する超音波探傷による検査結果を示している。流路の周囲を上方から見た状態を示した。図4(c1)では、流路の周囲に、多数の筋状の模様が確認できる。これは、部材A、部材Bが十分に接合されていない接合不良の箇所を表している。一方、図4(c2)では、かかる接合不良は見られない。
図4(b1)、図4(b2)では、カーボンばねにより加えた圧力値が同じであるから、部材にかかる圧力も等しくなるはずであるが、各プレートが厚い図4(b2)では圧力が均一に加わるのに対し、各プレートが薄い図4(b1)では圧力に偏りが生じているものと考えられる。従って、圧力を加えるために用いるプレートの厚さは、十分に厚いことが好ましいことになる。具体的な厚さは、圧力による撓みが十分に抑制されることが好ましいと考えられ、図4(b1)、図4(b2)に示すように、種々の厚さで接合を行い、接合不良の有無を確認することで実験的に定めることができる。ここでは、2種類の厚さによる結果を示したが、さらに多くの厚さで実験を行えば、接合不良を回避するために必要となる厚さを決定することが可能である。
FIG. 4 is an explanatory view showing the influence of pressure applied at the time of bonding.
FIG. 4A shows the shape and the like of the members to be joined. The member A is a member of GlidCop (registered trademark), and the illustrated flow path is cut. The member B is a plate-like member of GlidCop (registered trademark) which covers the flow path. The periphery of the flow path is the joint between the member A and the member B.
The state which applied the pressure to each member was shown in FIG. 4 (b1) and FIG. 4 (b2). The lower plate and the upper plate are bolted together, and it is common that the joining member is sandwiched between the lower plate and the middle plate, and the carbon spring is sandwiched between the middle plate and the upper plate. Also, the elastic modulus of the carbon spring is the same. The difference is that the thickness of each plate is about 2.5 to 3.5 times that in FIG. 4 (b1) in FIG. 4 (b2).
4 (c1) and 4 (c2) show the inspection results by ultrasonic flaw detection corresponding to FIGS. 4 (b1) and 4 (b2), respectively. A state where the periphery of the flow path is viewed from above is shown. In FIG. 4 (c1), many streaky patterns can be confirmed around the flow path. This represents a point of poor bonding where the members A and B are not sufficiently joined. On the other hand, in FIG. 4 (c2), such a joint failure is not seen.
In Fig. 4 (b1) and Fig. 4 (b2), since the pressure applied by the carbon spring is the same, the pressure applied to the members should be equal, but in Fig. 4 (b2) where the plates are thick It is considered that the pressure is uneven in FIG. 4 (b1) in which each plate is thin, while it is uniformly applied. Thus, it is preferable that the thickness of the plate used to apply the pressure be sufficiently thick. As for concrete thickness, it is considered preferable that deflection by pressure is sufficiently suppressed, as shown in FIG. 4 (b1) and FIG. 4 (b2), bonding is performed with various thicknesses, and bonding failure It can be determined experimentally by confirming the presence or absence of Here, the results of the two types of thickness are shown, but if more experiments are performed, it is possible to determine the thickness required to avoid the joint failure.

図5は、ろう材の厚さによる影響を示す説明図である。ろう材の厚さとは、2つの部材の間に介在させるろう材の層の厚さのことである。図5中の左側の列には、ろう材の厚さを38マイクロメートルとした場合における結果を示し、右側の列には、ろう材の厚さを76マイクロメートルとした場合における結果を示した。
図5(a1)、図5(a2)は、接合した部材を真上から見下ろした状態を示している。この例では、矩形の一定厚さの2枚の部材を接合しており、上側の部材には中央に矩形の窓が形成されている。いずれの部材も、GlidCop(登録商標)で形成されている。図5(a1)、図5(a2)に示す通り、ろう材が接合面から窓の内側に若干、はみ出していることが確認でき、ろう材が厚い図5(c2)の方が多量にはみ出していることが分かる。
図5(b1)、図5(b2)は、接合した部材を側面から見た状態である。ろう材が厚い図5(b2)の方が変色している部分が大きいことが確認される。
図5(c1)、図5(c2)は、窓の部分を斜め方向から見た状態である。ろう材が厚い図5(c2)の方が多量にろう材がはみ出していることが確認される。
図5(d1)、図5(d2)は、超音波探傷による検査結果である。窓に対応する矩形枠の内側にろう材がはみ出していることが確認される。また、ろう材が厚い図5(d2)では、窓の周囲に筋状の接合不良の部分が多数確認されるが、ろう材が薄い図5(d1)では、こうした接合不良は確認されない。
以上より、ろう材は必ずしも厚い方が好ましいとは言えないことが分かる。適したろう材の厚さは、表面仕上げの程度に応じて定まると考えられる。微鏡面仕上げの場合、76マイクロメートルよりは、38マイクロメートルの方が好ましいと言える。この例では、2段階の厚さによる結果を示したが、さらに多段階の厚さで接合および検査を行うことにより、適したろう材の厚さを決定することが可能である。また、本実施例では、超音波探傷による接合不良の有無を検査しているが、併せて接合の機械的強度を計測してもよい。
FIG. 5 is an explanatory view showing the influence of the thickness of the brazing material. The thickness of the brazing material is the thickness of the layer of brazing material interposed between the two members. The left row in FIG. 5 shows the results when the brazing material thickness is 38 micrometers, and the right row shows the results when the brazing material thickness is 76 micrometers. .
5 (a1) and 5 (a2) show a state in which the joined members are viewed from directly above. In this example, two rectangular members of constant thickness are joined, and a rectangular window is formed at the center of the upper member. Both members are formed of GlidCop (registered trademark). As shown in FIG. 5 (a1) and FIG. 5 (a2), it can be confirmed that the brazing material slightly protrudes from the joint surface to the inside of the window, and the thicker brazing material protrudes in FIG. 5 (c2) Know that
FIG. 5 (b 1) and FIG. 5 (b 2) show the joined members as viewed from the side. It is confirmed that the portion in which the color is changed is larger in FIG. 5 (b2) where the brazing material is thicker.
FIG. 5 (c 1) and FIG. 5 (c 2) show the window part as viewed obliquely. It is confirmed that a large amount of brazing material is protruded in FIG. 5 (c2) in which the brazing material is thick.
FIG. 5 (d 1) and FIG. 5 (d 2) show inspection results by ultrasonic flaw detection. It is confirmed that the brazing material protrudes to the inside of the rectangular frame corresponding to the window. Further, in FIG. 5 (d2) where the brazing material is thick, many streaky joint failure portions are confirmed around the window, but in FIG. 5 (d1) where the brazing material is thin, such bonding failure is not confirmed.
From the above, it can be seen that the brazing material is not necessarily preferred to be thick. It is believed that the suitable brazing material thickness will depend on the degree of surface finish. In the case of fine mirror surface finishing, it can be said that 38 micrometers is preferable to 76 micrometers. In this example, although the results of the two-step thickness are shown, it is possible to determine a suitable brazing material thickness by performing bonding and inspection at more multi-step thicknesses. Moreover, in the present embodiment, although the presence or absence of the bonding defect due to the ultrasonic flaw detection is inspected, the mechanical strength of the bonding may be measured together.

実施例のろう付接合は、GlidCop(登録商標)同士に限らず、GlidCop(登録商標)と他の材料との接合も可能である。
図6は、GlidCop(登録商標)とSUSとの接合結果を示す説明図である。接合の工程は、熱処理の条件も含めて図1で説明した通りである。
図6(a)は、接合中心近傍を拡大した写真である。素材AがSUS材である。本実施例では、SUS316Lを用いたが、他のステンレス鋼でも良い。素材BはGlidCop(登録商標)である。
図6(b)は、接合中心の近傍を拡大した写真である。図示するように接合層が形成されており、接合層では、素材A、素材Bが混在した状態となっていることが分かる。GlidCop(登録商標)のうち、ろう材のリンとの共晶反応によって融点が低下した極表面の部分がSUS材に入り込むことによってろう付接合が実現されているものと考えられる。
図6(c)は、ビッカース硬さの試験結果である。接合層では、局所的にビッカース硬さが硬くなっており、強固に接合されていることが確認される。
このように、GlidCop(登録商標)と他の材料との接合も可能なことが確認された。
The brazed joint of the embodiment is not limited to GlidCop (registered trademark), but bonding of GlidCop (registered trademark) to other materials is also possible.
FIG. 6 is an explanatory view showing a bonding result of GlidCop (registered trademark) and SUS. The bonding process is as described in FIG. 1 including the conditions of heat treatment.
FIG. 6A is an enlarged photograph of the vicinity of the bonding center. The material A is a SUS material. Although SUS316L was used in the present embodiment, other stainless steel may be used. Material B is GlidCop (registered trademark).
FIG. 6 (b) is an enlarged photograph of the vicinity of the bonding center. As illustrated, the bonding layer is formed, and it can be seen that in the bonding layer, the material A and the material B are mixed. In GlidCop (registered trademark), it is considered that brazing bonding is realized by the portion of the electrode surface whose melting point is lowered due to the eutectic reaction of phosphorus of the brazing material into the SUS material.
FIG. 6 (c) shows the test results of Vickers hardness. In the bonding layer, the Vickers hardness is locally hardened locally, and it is confirmed that the bonding is firmly performed.
Thus, it was confirmed that bonding of GlidCop® to other materials is also possible.

GlidCop(登録商標)とのろう付接合は、従来、タングステン(融点3422℃)との間では実現可能であることが知られていた。発明者の実験により、実施例のろう付接合処理は、GlidCop(登録商標)(融点1085℃)同士およびSUS(融点1400〜1500℃)との間でもろう付接合が可能であることが確認された。また、その原理は、銅とリンとの共晶反応による銅の融点低下が関係していることが確認された。一般にろう付の条件は金属に応じて実験的に定める必要があるが、タングステンよりも融点の低い金属との間でろう付接合が可能であることが確認されたこと、および銅とリンとの共晶反応による銅の融点低下を利用した接合という原理は他の金属との間でも共通して適用可能であると考えられることから、実施例の結果、融点が、タングステンとGlidCop(登録商標)およびSUSとの間の金属、例えば、モリブデン(融点2623℃)、イリジウム(融点2466℃)との接合も可能であると考えられる。   Braze bonding with GlidCop® was previously known to be feasible with tungsten (melting point 3422 ° C.). According to the inventor's experiments, it is confirmed that the brazing bonding process of the example is capable of brazing even between GlidCop (registered trademark) (melting point 1085 ° C.) and between SUS (smelting point 1401 to 1500 ° C.). The Moreover, it was confirmed that the principle is related to the lowering of the melting point of copper due to the eutectic reaction of copper and phosphorus. Generally, the conditions for brazing need to be determined experimentally depending on the metal, but it has been confirmed that brazing can be performed with metals having a melting point lower than that of tungsten, and copper and phosphorus Since the principle of bonding using lowering of the melting point of copper by eutectic reaction is considered to be commonly applicable to other metals, as a result of the example, the melting points are tungsten and GlidCop (registered trademark) It is also considered possible to bond metal with SUS and a metal such as molybdenum (melting point 2623 ° C.) or iridium (melting point 2466 ° C.).

以上で説明した実施例のろう付接合工程は、種々の構造物の製造に適用可能である。
図7は、ダイバータの製造例を示す説明図である。ダイバータとは、核融合炉に熱除去等のために備えられる構造体であり、非常な高温に曝されることから、受熱面の素材としてタングステンが用いられる。また、このタングステンをさらに冷却するために受熱面の裏側に熱伝導率が高く機械的強度が強いアルミナ分散強化銅を接合させて用いることができる。
まず、図7(a)に示す通り、ダイバータを構成する部材A〜部材Cを用意する。この例では、部材Aおよび部材BはGlidCop(登録商標)であり、部材CはSUS316Lである。部材Aには、冷媒を流すための流路が切削により形成されており、部材Bは、この流路に蓋をする板状の部材である。これらの部材A〜部材Cをそれぞれろう付接合する。部材Aには、部材Bと部材Cがそれぞれろう付接合されることになる。本実施例では、部材Aに熱膨張係数が近い部材から順に接合するものとした。即ち、部材Aと同じ素材で形成されている部材Bをまず接合し、次に、部材Aと部材Cを接合するのである。
このように接合を繰り返し実行する場合、一旦、接合された部材同士は、次の部材を接合するために再び熱処理環境下に曝されることになる。部材同士の熱膨張係数が大きく異なる場合には、熱処理の繰り返しによって大きな熱応力を生じることになる。熱膨張係数が近い部材同士を接合するのは、かかる弊害を避け、熱応力の発生を抑制するためである。即ち、部材Aと部材Bは同じ素材であるため、両者の接合後に、部材Cを接合するために、再び熱処理環境下に曝された場合でも、熱応力の発生を抑制することができるのである。
The brazing process of the embodiment described above is applicable to the manufacture of various structures.
FIG. 7 is an explanatory view showing a manufacturing example of the diverter. A diverter is a structure provided in a nuclear fusion reactor for heat removal and the like, and is exposed to a very high temperature, so tungsten is used as a material of the heat receiving surface. In order to further cool the tungsten, alumina dispersion reinforced copper having high thermal conductivity and strong mechanical strength can be bonded to the back side of the heat receiving surface.
First, as shown in FIG. 7A, members A to C constituting the diverter are prepared. In this example, the members A and B are GlidCop (registered trademark), and the member C is SUS316L. In the member A, a flow path for flowing the refrigerant is formed by cutting, and the member B is a plate-like member that covers the flow path. These members A to C are respectively joined by brazing. The member B and the member C are respectively brazed to the member A. In the present embodiment, the members are joined in order from a member having a thermal expansion coefficient close to that of the member A. That is, the member B formed of the same material as the member A is first joined, and then the member A and the member C are joined.
When the bonding is repeatedly performed as described above, the members once bonded to each other are again exposed to the heat treatment environment to bond the next member. In the case where the thermal expansion coefficients of the members are significantly different, the repetition of the heat treatment causes a large thermal stress. Joining members having similar thermal expansion coefficients is to avoid such an adverse effect and to suppress the occurrence of thermal stress. That is, since the member A and the member B are the same material, in order to join the member C after joining the two, even when exposed to the heat treatment environment again, it is possible to suppress the occurrence of thermal stress. .

図7(b)には、部材A〜Cが接合された状態を示した。
次に、図7(c)に示すように、冷媒の流路の流入口、排出口となるよう部材Cを加工する。パイプ形状の部材C(SUS316L)をろう付接合により形成させる理由は、外部から冷却配管を溶接する場合に、GlidCop(登録商標)では溶接がほぼ不可能であるため、部材C(SUS316L)が最終端であることが好ましいためである。また、部材Aの上面にタングステンを接合するように加工を施す。
そして、図7(d)に示すように、部材Aの上面にタングステンからなる部材Dをろう付接合する。この接合の工程は、熱処理の条件も含めて、図1に示した通りである。また、タングステンとGlidCop(登録商標)のろう付接合に関しては、接合面に特に圧力を掛けなくてもダイバータとしての性能に問題は発生しないことがわかっている。
これらの工程を経て、図7(d)に示すダイバータが製造される。図に示したダイバータの形状は、一例に過ぎず、他の素材を用いても、他の形状としても差し支えない。
In FIG.7 (b), the state to which member AC was joined was shown.
Next, as shown in FIG. 7C, the member C is processed so as to be the inlet and the outlet of the flow path of the refrigerant. The reason for forming the pipe-shaped member C (SUS316L) by brazing is that, when welding a cooling pipe from the outside, welding is almost impossible with GlidCop (registered trademark), so the member C (SUS316L) is final It is because it is preferable that it is an end. Further, the upper surface of the member A is processed so as to bond tungsten.
Then, as shown in FIG. 7D, the member D made of tungsten is brazed to the upper surface of the member A. The bonding process is as shown in FIG. 1 including the heat treatment conditions. In addition, it has been found that in the case of tungsten and GlidCop (registered trademark) brazed joints, no problem occurs in the performance as a diverter even if no particular pressure is applied to the joint surfaces.
Through these steps, the diverter shown in FIG. 7 (d) is manufactured. The shape of the diverter shown in the figure is merely an example, and other materials or other shapes may be used.

以上で説明した通り、実施例のろう付方法によれば、アルミナ分散強化銅に対して種々の金属をろう付接合することができる。
本発明は、実施例に限らず、種々の態様で実現することが可能である。また、本発明は、ダイバータに限らず、種々の構造体の製造に利用することができる。
As explained above, according to the brazing method of the embodiment, various metals can be brazed to alumina dispersion strengthened copper.
The present invention is not limited to the examples, and can be realized in various aspects. Moreover, the present invention can be used not only for divertors, but also for manufacturing various structures.

本発明は、アルミナ分散強化銅のろう付接合に利用することができる。
The present invention can be utilized for brazing of alumina dispersion strengthened copper.

Claims (10)

アルミナ分散強化銅からなる第1部材と、被接合金属からなる第2部材とをろう付接合する接合方法であって、
前記被接合金属は、アルミナ分散強化銅またはステンレス鋼であり、
(a) リンを含有するろう材を用意する工程と、
(b) 前記第1部材、第2部材で前記ろう材を挟み込み、所定の熱処理温度で所定時間加熱する熱処理工程と、
(c) 前記熱処理工程の後、接合された前記第1部材および第2部材を冷却する工程と、を備え
前記熱処理温度は、銅の融点よりも低く、リンと銅との共晶反応により低下した銅の融点よりも高い範囲で設定されている接合方法。
A bonding method for brazing a first member made of alumina dispersion strengthened copper and a second member made of a metal to be joined,
The metal to be joined is alumina dispersion strengthened copper or stainless steel,
(A) preparing a brazing material containing phosphorus;
(B) a heat treatment step of sandwiching the brazing material with the first member and the second member and heating the brazing material at a predetermined heat treatment temperature for a predetermined time;
(C) cooling the joined first and second members after the heat treatment step ;
The heat treatment temperature is a bonding method which is set in a range lower than the melting point of copper and higher than the melting point of copper lowered by the eutectic reaction of phosphorus and copper.
請求項1記載の接合方法であって、
前記被接合金属は、アルミナ分散強化銅であり、
前記熱処理温度は、960℃である接合方法。
The bonding method according to claim 1,
The metal to be joined is alumina dispersion strengthened copper,
The heat treatment temperature is 960 ° C.
請求項1または2記載の接合方法であって、
(d) 前記熱処理工程に先だって、前記第1部材と第2部材の接合される表面を、それぞれ微鏡面に表面仕上げする工程を備え、
前記熱処理工程における前記ろう材は、1〜100マイクロメートルの厚さとする接合方法。
The bonding method according to claim 1 or 2 , wherein
(D) Prior to the heat treatment step, the method further comprises the step of surface finishing the surfaces to be joined of the first member and the second member to a fine mirror surface,
The bonding method in which the brazing material in the heat treatment step has a thickness of 1 to 100 micrometers.
請求項1〜3いずれか記載の接合方法であって、
前記熱処理工程において、前記第1部材と第2部材に対して、両者が接合される方向に圧力を加える接合方法。
The bonding method according to any one of claims 1 to 3 , wherein
The bonding method of applying a pressure to the first member and the second member in a direction in which the first member and the second member are bonded in the heat treatment step.
請求項4記載の接合方法であって、
相互に締結された第1、第2の端プレートと、両者間に配置される中央プレートを用意し、
前記第1の端プレートと中央プレートによって、前記第1部材と第2部材を挟み、
前記第2の端プレートと中央プレート間に弾性体を介在させることにより、第1の端プレートと中央プレート間に配置された前記第1部材および第2部材に圧力を加える接合方法。
The bonding method according to claim 4 ,
Providing first and second end plates fastened together and a central plate disposed between them;
Sandwiching the first member and the second member by the first end plate and the center plate;
A bonding method for applying pressure to the first member and the second member disposed between the first end plate and the central plate by interposing an elastic body between the second end plate and the central plate.
請求項5記載の接合方法であって、
前記第1、第2の端プレートおよび中央プレートは、前記第1部材および第2部材にかかる圧力分布が略均一となる厚さを有している接合方法。
The bonding method according to claim 5 , wherein
The bonding method, wherein the first and second end plates and the center plate have a thickness such that pressure distribution applied to the first and second members is substantially uniform.
請求項1〜6いずれか記載の接合方法であって、
前記工程(c)は、自然冷却である接合方法。
The bonding method according to any one of claims 1 to 6 , wherein
The bonding method in which the step (c) is natural cooling.
請求項1〜7いずれか記載の接合方法であって、
複数種類の金属からなる複数の前記第2部材が存在するとき、
前記第1部材を形成する前記アルミナ分散強化銅に熱膨張係数が近い金属で形成された第2部材から順に接合する接合方法。
It is a joining method in any one of Claims 1-7, Comprising :
When there are a plurality of second members made of a plurality of types of metals,
The joining method joined in order from the 2nd member formed with the metal whose thermal expansion coefficient is close to said alumina dispersion strengthening copper which forms said 1st member.
請求項8記載の接合方法であって、
複数の前記第2部材は、それぞれアルミナ分散強化銅、ステンレス鋼、タングステンでそれぞれ形成されており、
前記第1部材を、前記アルミナ分散強化銅、ステンレス鋼、タングステンで形成された第2部材の順に接合する接合方法。
The bonding method according to claim 8 , wherein
The plurality of second members are respectively formed of alumina dispersion strengthened copper, stainless steel, and tungsten.
A bonding method for bonding the first member in order of the second member formed of the alumina dispersion strengthened copper, stainless steel, and tungsten.
請求項1記載の接合方法であって、
前記第1部材は、アルミナ分散強化銅で形成され熱除去器の冷媒の流路が形成された部材であり、
前記第2部材は、アルミナ分散強化銅で形成され前記流路に蓋をする部材である接合方法。
The bonding method according to claim 1,
The first member is a member which is formed of alumina dispersion-strengthened copper and in which a refrigerant flow path of a heat remover is formed,
The bonding method, wherein the second member is a member formed of alumina dispersion-strengthened copper and covering the flow path.
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