JPH01162733A - 熱膨張調整材料の製造方法 - Google Patents
熱膨張調整材料の製造方法Info
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- JPH01162733A JPH01162733A JP32249287A JP32249287A JPH01162733A JP H01162733 A JPH01162733 A JP H01162733A JP 32249287 A JP32249287 A JP 32249287A JP 32249287 A JP32249287 A JP 32249287A JP H01162733 A JPH01162733 A JP H01162733A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は例えば核融合炉のダイバータ板の如く、熱膨張
係数が異なる材料を接合した板材に対し、その中間に介
在させて熱応力を緩和する熱膨張調整材料の製造方法に
関する。
係数が異なる材料を接合した板材に対し、その中間に介
在させて熱応力を緩和する熱膨張調整材料の製造方法に
関する。
（従来の技術）
例えば核融合炉の炉壁内面側には、超高熱のプラズマの
炉壁への直接接触による損傷を防ぐため、ダイバータ板
が設けられる。このダイバータ板は、プラズマからの高
熱負荷および粒子負荷に耐え得る高融点および高熱伝導
率の耐熱材料、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン
（ＭＯ＞またはこれらの合金等からなる保護材と、この
保護材を冷部するための高熱伝導率の材料、例えば銅（
Ｃｕ）またはその合金等からなる熱吸収材とを接合した
２層構造とされる。
炉壁への直接接触による損傷を防ぐため、ダイバータ板
が設けられる。このダイバータ板は、プラズマからの高
熱負荷および粒子負荷に耐え得る高融点および高熱伝導
率の耐熱材料、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン
（ＭＯ＞またはこれらの合金等からなる保護材と、この
保護材を冷部するための高熱伝導率の材料、例えば銅（
Ｃｕ）またはその合金等からなる熱吸収材とを接合した
２層構造とされる。
また、核融合炉内のプラズマを加熱する粒子入射加熱装
置の受熱板も同様の２層構造とされる。
置の受熱板も同様の２層構造とされる。
このような２層構造板を構成する保護材と熱吸収材どの
接合手段の一つとして拡散接合またはろう付【ノによる
両者の直接的な接合がある。ところが、Ｗ、ＭＯ等の熱
膨張係数は例えば１０００℃以下で４．５〜５．５Ｘ１
０’／’Ｃと小さいのに対し、Ｃｕまたはその合金等の
熱膨張係数は１６〜１７ｘ１０’／’Ｃと大きい。この
ため熱負荷が作用した場合に両材料の接合部に熱膨張係
数の差に基づく熱応力が繰返し発生し、接合部の熱疲労
が大きくなる問題がある。
接合手段の一つとして拡散接合またはろう付【ノによる
両者の直接的な接合がある。ところが、Ｗ、ＭＯ等の熱
膨張係数は例えば１０００℃以下で４．５〜５．５Ｘ１
０’／’Ｃと小さいのに対し、Ｃｕまたはその合金等の
熱膨張係数は１６〜１７ｘ１０’／’Ｃと大きい。この
ため熱負荷が作用した場合に両材料の接合部に熱膨張係
数の差に基づく熱応力が繰返し発生し、接合部の熱疲労
が大きくなる問題がある。
そこで従来、このような接合手段として、保護材と冷却
材との間にこれら両材料の中間の熱膨張係数を有する材
料、即ち熱膨張調整材料を介在して接合することが考え
られている。この熱膨張調整用材料としては、金属をマ
トリックスとした繊維複合材料、例えば銅−炭素繊維系
の複合材料、または銅−タングステン繊維系の複合材料
が用いられている。なお、前者の銅−炭Ｍ繊維系の複合
材料では、炭素繊維の熱伝導率が小さいため、全体とし
ての熱伝導性が悪いが、後者の銅−タングステン繊維系
の複合材料（以下、ＣＵ−Ｗ繊維複合材料という）は熱
伝導性に優れ、熱膨張調整材料として有望視されている
。
材との間にこれら両材料の中間の熱膨張係数を有する材
料、即ち熱膨張調整材料を介在して接合することが考え
られている。この熱膨張調整用材料としては、金属をマ
トリックスとした繊維複合材料、例えば銅−炭素繊維系
の複合材料、または銅−タングステン繊維系の複合材料
が用いられている。なお、前者の銅−炭Ｍ繊維系の複合
材料では、炭素繊維の熱伝導率が小さいため、全体とし
ての熱伝導性が悪いが、後者の銅−タングステン繊維系
の複合材料（以下、ＣＵ−Ｗ繊維複合材料という）は熱
伝導性に優れ、熱膨張調整材料として有望視されている
。
このようなｉ１Ｍ重合材料からなる従来の熱膨張調整材
料の製造方法を第４図（Ａ）〜（Ｃ）によって説明する
。
料の製造方法を第４図（Ａ）〜（Ｃ）によって説明する
。
例えば直径が０．５ＩＩ１１以下のＷ繊維１を交錯させ
て、薄肉かつ多孔性の織物または網状の熱膨張調整用素
材２をつくる（第４図（Ａ））。
て、薄肉かつ多孔性の織物または網状の熱膨張調整用素
材２をつくる（第４図（Ａ））。
また、別にＣｕ’ａ板を所定形状に切断する等により薄
板状のマトリックス金１ｉｉ３を用意し、このマトリッ
クス金属３と熱膨張調整用素材２とを交互に積層する（
第４図（Ｂ））。
板状のマトリックス金１ｉｉ３を用意し、このマトリッ
クス金属３と熱膨張調整用素材２とを交互に積層する（
第４図（Ｂ））。
そして、これらをホットプレス等によって高温下で加圧
し、マトリックス金属３を拡散接合させることにより、
そのマトリックス金属３中に繊維状の熱膨張調整用素材
２を完全に複合化させて熱膨張調整材料４とする（第４
図（Ｃ））。
し、マトリックス金属３を拡散接合させることにより、
そのマトリックス金属３中に繊維状の熱膨張調整用素材
２を完全に複合化させて熱膨張調整材料４とする（第４
図（Ｃ））。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、熱膨張調整用素材としてのＷ繊維は剛性
が大きいため、高密度に織製することが困難であり、Ｗ
！１Ｉｌｔの体積率（熱膨張調整材料全体に対するＷ繊
維の占める割合）はｌ＆ｌ維径の大小と関係なく約１５
％が上限である。
が大きいため、高密度に織製することが困難であり、Ｗ
！１Ｉｌｔの体積率（熱膨張調整材料全体に対するＷ繊
維の占める割合）はｌ＆ｌ維径の大小と関係なく約１５
％が上限である。
したがって、得られる熱膨張調整材料の熱膨張係数も制
約を受け、ＣＵ−Ｗ繊維複合材料の場合、約１３Ｘ１０
’／’Ｃ以下の熱膨張係数のものを得ることはできない
。
約を受け、ＣＵ−Ｗ繊維複合材料の場合、約１３Ｘ１０
’／’Ｃ以下の熱膨張係数のものを得ることはできない
。
また、前記のように繊維同士が交錯した熱膨張調整用素
材を用いる場合には、加圧製造中の変形によって！ＩＮ
径が小さくなり、熱変形時の破損の原因となる。
材を用いる場合には、加圧製造中の変形によって！ＩＮ
径が小さくなり、熱変形時の破損の原因となる。
なお、繊維の屈曲を小さくするために熱膨張調整材を平
行繊維の集合体とすることも考えられるが、結束保持が
面倒で製造工程が複雑となり、また繊維配列も不均一と
なり易い等の問題がある。
行繊維の集合体とすることも考えられるが、結束保持が
面倒で製造工程が複雑となり、また繊維配列も不均一と
なり易い等の問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、熱膨
張調整材料の熱膨張係数を広範囲に亘って選択できると
ともに、高強度のものを得ることができ、しかも製造工
程も比較的容易な熱膨張調整材料の製造方法を提供する
ことを目的とする。
張調整材料の熱膨張係数を広範囲に亘って選択できると
ともに、高強度のものを得ることができ、しかも製造工
程も比較的容易な熱膨張調整材料の製造方法を提供する
ことを目的とする。
（問題点を解決するための手段および作用）本発明は、
薄板状のマトリックス金属と、このマトリックス金属と
熱膨張係数の異なる薄肉かつ多孔性の熱膨張調整用素材
とを積層し、これを高温下で加圧することにより複合化
さＶる熱膨張調整材料の製造方法において、前記熱膨張
調整用素材として多数の透孔を形成した薄板状のものを
用い、この熱膨張調整用素材の体積率を透孔の形状、大
きさ、数量又は配列の調整により設定することを特徴と
する。
薄板状のマトリックス金属と、このマトリックス金属と
熱膨張係数の異なる薄肉かつ多孔性の熱膨張調整用素材
とを積層し、これを高温下で加圧することにより複合化
さＶる熱膨張調整材料の製造方法において、前記熱膨張
調整用素材として多数の透孔を形成した薄板状のものを
用い、この熱膨張調整用素材の体積率を透孔の形状、大
きさ、数量又は配列の調整により設定することを特徴と
する。
薄板状の熱膨張調整用素材の体積率は透孔によって任意
に調整することができ、その透孔を介してマトリックス
金属が相互に接合し得る範囲で比較的高い体積率に設定
すること°が可能となる。したがって、熱膨張調整材料
全体の熱膨張係数を従来のものよりも低下させることが
できる。
に調整することができ、その透孔を介してマトリックス
金属が相互に接合し得る範囲で比較的高い体積率に設定
すること°が可能となる。したがって、熱膨張調整材料
全体の熱膨張係数を従来のものよりも低下させることが
できる。
また、薄板状の熱膨張調整用素材はＪｌｌｆｔ状のもの
に比べて変形や破損のおそれも少なく、製造工程も比較
的容易である。
に比べて変形や破損のおそれも少なく、製造工程も比較
的容易である。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
この実施例では、マトリックス金属として銅（Ｃｕ）を
用い、熱膨張調整用素材としてタングステン（Ｗ）を用
いる。
用い、熱膨張調整用素材としてタングステン（Ｗ）を用
いる。
第１図（Ａ）は熱膨張調整用素材の平面形状を示してい
る。この熱膨張調整用素材１１は肉薄なＷ板１２に多数
の円形透孔１３を均一配置で穿設したものである。Ｗ板
１２は常温では脆性が高く、常温下での孔あけ加工は困
難であるが、４００〜４５０℃の高温では延性的特性が
向上することから、当該温度以上に加熱した状態で孔あ
け加工を行なう。透孔１３の大きさ、数量、配列は、必
要とする熱膨張率に対応するＷの体積率に応じて設定す
る。
る。この熱膨張調整用素材１１は肉薄なＷ板１２に多数
の円形透孔１３を均一配置で穿設したものである。Ｗ板
１２は常温では脆性が高く、常温下での孔あけ加工は困
難であるが、４００〜４５０℃の高温では延性的特性が
向上することから、当該温度以上に加熱した状態で孔あ
け加工を行なう。透孔１３の大きさ、数量、配列は、必
要とする熱膨張率に対応するＷの体積率に応じて設定す
る。
第１図（Ｂ）は複合化工程を示している。
Ｃｕ板素材の切断等により形成される薄いマトリックス
金属１４を用意しておく。そして、このマトリックス金
属１４Ｉ３よび熱膨張調整用素材１１の表面をそれぞれ
脱脂して各表面の酸化物等を除去した後、必要に応じて
熱膨張調整用素材１１の表面を溶剤等によって前処理し
、これらを交互に積重ねてホットプレス等のチャンバー
１５内の金型１６に設置する。その後、ヒータ１７によ
って加熱するとともに、上下方向からピストン１８゜１
９によって高温下で加圧し、これによりマトリックス金
属１４と熱膨張調整用素材１１とを複合化させる。
金属１４を用意しておく。そして、このマトリックス金
属１４Ｉ３よび熱膨張調整用素材１１の表面をそれぞれ
脱脂して各表面の酸化物等を除去した後、必要に応じて
熱膨張調整用素材１１の表面を溶剤等によって前処理し
、これらを交互に積重ねてホットプレス等のチャンバー
１５内の金型１６に設置する。その後、ヒータ１７によ
って加熱するとともに、上下方向からピストン１８゜１
９によって高温下で加圧し、これによりマトリックス金
属１４と熱膨張調整用素材１１とを複合化させる。
なお、加熱温度および加圧力はマトリックス金属１４の
拡散接合に要する条件によって設定する。
拡散接合に要する条件によって設定する。
好ましい加熱温度は、マトリックス金属１４の融点（約
１１００℃）よりも約１０％低い温度（約９９０℃）で
ある。また、好ましい加圧力は熱膨張調整用素材１１に
複合化中の変形を起こさせることなく、マトリックス金
属１４が熱膨張調整用素材１１の透孔１３内を流動する
圧力（１００〜２００に９／ｃｉ）である。
１１００℃）よりも約１０％低い温度（約９９０℃）で
ある。また、好ましい加圧力は熱膨張調整用素材１１に
複合化中の変形を起こさせることなく、マトリックス金
属１４が熱膨張調整用素材１１の透孔１３内を流動する
圧力（１００〜２００に９／ｃｉ）である。
第１図（Ｃ）は以上の工程で製造した熱膨張調整材料を
示している。この熱膨張調整材料２０を調べたところ、
マトリックス金属１４中の熱膨張調整用素材１１に変形
が殆ど生じておらず、高強度（５０〜１００Ｋｇ／ａｊ
）を有するものであることが認められた。
示している。この熱膨張調整材料２０を調べたところ、
マトリックス金属１４中の熱膨張調整用素材１１に変形
が殆ど生じておらず、高強度（５０〜１００Ｋｇ／ａｊ
）を有するものであることが認められた。
また、熱膨張係数については、熱膨張調整用素材１１の
体積率（％）によって広範囲に設定できる。第２図は熱
膨張係数の特性を例示したものである。即ち、熱膨張調
整用素材１１を肉厚０．２姻のＷ薄板とし、その透孔１
３を直径０．２ｒｍの円形孔として孔数および配列を種
々の値に設定し、これをＣＵマトリックス金属１４と複
合化させて熱膨張調整用素材１１の体積率が２０〜６０
％の範囲の熱膨張調整材料２０を作成した。この熱膨張
調整材料２０の常温〜３５０℃間における熱膨張係数を
調べたところ、熱膨張係数は熱膨張調整用素材１１の体
積率に対応して１４ Ｘ １０”６／’ＣＸ１０’／’
Ｃの範囲で直線的に変化することが認められた。
体積率（％）によって広範囲に設定できる。第２図は熱
膨張係数の特性を例示したものである。即ち、熱膨張調
整用素材１１を肉厚０．２姻のＷ薄板とし、その透孔１
３を直径０．２ｒｍの円形孔として孔数および配列を種
々の値に設定し、これをＣＵマトリックス金属１４と複
合化させて熱膨張調整用素材１１の体積率が２０〜６０
％の範囲の熱膨張調整材料２０を作成した。この熱膨張
調整材料２０の常温〜３５０℃間における熱膨張係数を
調べたところ、熱膨張係数は熱膨張調整用素材１１の体
積率に対応して１４ Ｘ １０”６／’ＣＸ１０’／’
Ｃの範囲で直線的に変化することが認められた。
なお、熱膨張調整用素材１１の透孔１３は円形に限らず
、任意の形状にすることができる。
、任意の形状にすることができる。
第３図はその一例を示し、熱膨張調整用素材１１ａの透
孔１３ａをスリット状としている。このような形状の透
孔１３ａを有する熱膨張調整用素材１１ａを用いて本発
明を実施した場合についても前記実施例と略同様の効果
が得られる。
孔１３ａをスリット状としている。このような形状の透
孔１３ａを有する熱膨張調整用素材１１ａを用いて本発
明を実施した場合についても前記実施例と略同様の効果
が得られる。
また、前記実施例では、マトリックス金属としてＣｕを
用い、熱膨張調整用素材としてＷを用いたが、本発明で
適用する材料は必ずしもこのようなものとは限らず、用
途に応じて種々の材料を適用することができる。
用い、熱膨張調整用素材としてＷを用いたが、本発明で
適用する材料は必ずしもこのようなものとは限らず、用
途に応じて種々の材料を適用することができる。
例えば、７トリツクス金属としては、Ｃｕ合金、アルミ
ニウム合金、マグネシウム合金等また熱膨張調整用素材
としてはＭＯおよびその合金、Ｆｅ−１’Ｊｉ系のイン
バー合金等がある。
ニウム合金、マグネシウム合金等また熱膨張調整用素材
としてはＭＯおよびその合金、Ｆｅ−１’Ｊｉ系のイン
バー合金等がある。
以上の実施例で詳述したように、本発明によれば、熱膨
張係数が広範囲に亘って任意に設定できるとともに、高
強度の熱膨張調整用素材を比較的容易に製造することが
でき、熱膨張係数の異なる異種材料の接合面の耐熱疲労
性の向上が図れ、核融合炉用装置等の信頼性向上に大き
く寄与することができる。
張係数が広範囲に亘って任意に設定できるとともに、高
強度の熱膨張調整用素材を比較的容易に製造することが
でき、熱膨張係数の異なる異種材料の接合面の耐熱疲労
性の向上が図れ、核融合炉用装置等の信頼性向上に大き
く寄与することができる。
第１図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の一実施例を工
程順に示す図、第２図は前記実施例により製造した熱膨
張調整用素材の熱膨張係数を表す特性図、第３図は本発
明で使用する熱膨張調整用素材の変形例を示す図、第４
図（Δ）、（Ｂ）。 （Ｃ）は従来例を工程順に示す図である。 １１．１１８・・・熱膨張調整用素材、１３・・・透孔
、１４・・・７トリツクス金属。 出願人代理人 波 多 野 久第１ 因 、１０＝ Ｗの怪錦＃（’１０） 第２図 第３図 第４図
程順に示す図、第２図は前記実施例により製造した熱膨
張調整用素材の熱膨張係数を表す特性図、第３図は本発
明で使用する熱膨張調整用素材の変形例を示す図、第４
図（Δ）、（Ｂ）。 （Ｃ）は従来例を工程順に示す図である。 １１．１１８・・・熱膨張調整用素材、１３・・・透孔
、１４・・・７トリツクス金属。 出願人代理人 波 多 野 久第１ 因 、１０＝ Ｗの怪錦＃（’１０） 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- 薄板状のマトリックス金属と、このマトリックス金属と
熱膨張係数の異なる薄肉かつ多孔性の熱膨張調整用素材
とを積層し、これを高温下で加圧することにより複合化
させる熱膨張調整材料の製造方法において、前記熱膨張
調整用素材として多数の透孔を形成した薄板状のものを
用い、この熱膨張調整用素材の体積率を透孔の形状、大
きさ、数量又は配列の調整により設定することを特徴と
する熱膨張調整材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32249287A JPH01162733A (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | 熱膨張調整材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32249287A JPH01162733A (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | 熱膨張調整材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01162733A true JPH01162733A (ja) | 1989-06-27 |
Family
ID=18144246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32249287A Pending JPH01162733A (ja) | 1987-12-19 | 1987-12-19 | 熱膨張調整材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01162733A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007043805A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Atsumi Electric Co Ltd | 直流電源装置の過電流保護回路 |
-
1987
- 1987-12-19 JP JP32249287A patent/JPH01162733A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007043805A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Atsumi Electric Co Ltd | 直流電源装置の過電流保護回路 |
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