JPH03236A

JPH03236A - 異種材料の接合体

Info

Publication number: JPH03236A
Application number: JP1133773A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Fuse; 俊明布施; Keizo Honda; 啓三本多
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1991-01-07

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。

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、熱膨張率が大きく異なる材料同士の接合体に
関する。

（従来の技術）熱膨張率の大きい材料として銅、ステンレス鋼、アルミ
ニウムが代表的なものである。また、小さいものとして
は、モリブデン、タングステンあるいは黒鉛、アルミナ
、窒化ケイ素等のセラミックスがある。

核融合炉のプラズマ対向部品の耐熱性、強度等の機能を
有効に用いるために、これら異種材料同士を接合する必
要が生じている。

熱膨張率が大きく異っていても、金属同士であれば、延
性があるために割れや剥離なしに接合が可能である。

ところがセラミックスは延性に欠けるため、他材料と接
合すると割れや剥離を生じやすい。この割れや剥離をな
くすための従来技術として、応力緩和のための中間層を
挿入する手段がある。しかし、中間層を挿入すると接合
部の構造が複雑になり信頼性が低下したり、製造工程が
増したりする。

また接合体としての特性低下の原因にもなる。

このため、中間層を挿入せずに応力を緩和し、割れや剥
離発生を防止する手段として、特開昭６０−１５１２８
５号公報、　６０−２００８７号公報が開示されている
。

特開昭６０−１５１２８５号公報のものは、金属部材表
面に突起を形成し、この突起にセラミックス製部材を接
合したことを特徴とするセラミックスと金属の接合構造
に関するものである。この突起の変形で熱膨張差で生じ
る応力を緩和している。

特開昭６０−２００８７０号公報のものは、金属部材の
接合面に平行するスリット等の不連続部を形成したもの
である。不連続部の存在により変形が容易になり、応力
緩和効果が得られる。

（発明が解決しようとする課題）熱膨張率が大きく異っても金属同士であれば、割れや剥
離を生じずに接合可能である。しかし、残留応力が大き
い。このため接合後熱負荷を受けるような部品では、そ
の疲労特性が悪い。

特開昭６０−１５１２８５号公報のものにおいては、多
数の突起が接合部となるため、接合面積が減少し、接合
強度及び熱的特性が劣化する。

特開昭６０−２００８７０号公報のものにおいても同様
に接合面積が減少する。また、接合部に設けたスリット
の間隔を０　、５ｍｎ＋にすれば、接合面積の減少はお
さえられるがスリット間隔が小さくなり、ここに毛細管
現象により、ろう材が流れ込んでしまう。このため、ぬ
れの良いろう材が使用できなかったり、接合部ろう層の
厚さを厚くできない等ろう付パラメータが限定されてし
まう。

また、どちらの技術においても、ある程度の加圧力が必
要な同相接合を用いて接合しようとする場合には、突起
あるいはスリットが接合時に変形してしまう等の問題点
があった。

本発明は接合面積の減少が少なく、応力緩和用中間層を
用いない異種材料の接合体を提供することを目的とする
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明においては。

異種材料の接合体において、接合部中央は全面接合し、
外周部は塑性変形しゃすい方の材料に非接合用スリット
を設け、そのスリットの間隔を外周部ほど小さくしたこ
とを特徴とする異種材料の接合体を提供する。

（作　用）接合部中央の全面接合部においては、両材料の熱膨張差
で割れや剥離等を発生しない最大寸法を選んであるため
、全面接合であるが、欠陥は生じない。そして、これを
越える外周部においては、最外周部に比較すれば、熱膨
張差に起因する残留応力は小さいが、全面接合させれば
欠陥が発生してしまうと云う部分に対して５間隔の大き
いスリットを入れであるため欠陥を生じないで接合する
。

最外周部においては、熱膨張差に起因する残留応力が極
めて大きくなる。しかし、その部分に対しては、間隔の
小さいスリットが入っているために欠陥を生じないで接
合する。

（実施例）以下、本発明の一実施例について第１図および第２図を
参照して説明する。銅（１）の接合面中央部には全面接
合部（２）、外周部突起（３）及び最外周部突起（４）
があり、各々スリット（５）で隔てられている。尚、第
１図において接合部（２）、突起部（３）　、　（４）
に斜線を施したのは、スリット（５）との区別を明らか
にしたもので、断面表示ではない。スリン１−間隔は第
１間隔（６）、第２間隔（７）、第３間隔（８）の順に
小さくなっている。この銅（１）の上に活性金属から成
るろう材（９）及び等方性黒鉛（１０）をのせて、真空
炉内にセットする。この実施例は銅（１）と等方性黒鉛
（１０）の接合であるため、中央の全面接合部（２）を
２５ｍｍ　Ｘ　２５ｍ＋ｎ、外周部突起（３）の幅を１
０ｍｍ、、最外周部突起（４）の幅を２ｍｍ、スリット
幅１ｍｍ、深さ２ｍｍとした。

黒鉛（１０）の寸法は５５ｍｍ　Ｘ　５５ｍｍ　Ｘ　５
ｍｍ、　銅（１）の寸法は５５ｍｍ　Ｘ　５５＋ａｍ　
Ｘ　２０ｍａ＋である。

次にこの実施例の作用について説明する。

真空炉内で加熱するとろう材（９）が溶融しぬれるとと
もに一部黒鉛（１０）と反応してＭ（１，）と黒鉛は接
合する。スリットがない５５ｍｍ　Ｘ　５５ｍｍ全面積
接合と弾塑性計算による熱応力解析の定性的表示は第３
図に示すような応力状態となる。（１１）は引張応力、
　（１２）は圧縮応力である。この構造では、外周部に
スリット（５）を設けたため、第３図中の弓張り応力（
１１）が減少している６中央部の全面接合部は無欠陥で
接合している。

この実施例によれば、銅（１）と黒鉛（１ｏ）を直接ろ
う付した際の黒鉛（１０）の割れや接合部の剥ばを防止
できるのはもとより、従来技術の課題であった接合面積
の減少を少なくすることも可能である。

即ち、５５ｍｍ　Ｘ　５５ｍｍ全面接合時、接合面積Ｓ
。＝３０２５ｍｍ２である。従来構造の突起幅２ｍｍ、
スリット幅１ｍｌ＋１時の接合面積５２．１＝　１２９
６ｍｍ”であり、Ｓｌｌの４３％となるが１本実施例１
の接合面積Ｓは、Ｓ＝２６０１ｍｍ”で従来構造の２倍
の接合面積が得られる。このため接合体としての接合強
度及び熱的特性が向上する。また、スリット幅が広いた
め毛細管現象によるろう材のスリット内への侵入が防止
でき、ろうの量を多くして黒鉛ボアー内へのろうのアン
カー効果を十分に得ることができるため接合強度が増加
する。また、スリット加工工数も減少するため製作が容
易になる。また、突起部面積が大きくスリット深さが浅
いため突起部が座屈しにくい。

このため、ろう付以外の加圧を必要とす接合方法を用い
ることも可能である。従来法では、突起が座屈してしま
うため加圧を必要とする拡散接合は困難である。

本方法で製造した部品は、例えば核融合炉等のプラズマ
対向部品として使用可能である。

（他の実施例）次に他の実施例を第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ
）　、　（ｄ）を用いて説明する。第４図（ａ）は前述
と同様の材料寸法であるが突起（３）　、　（４）がく
さび形で、スリット（５）がこの間にあるような接合面
形状となっている。

このような突起形状とすると第１図および第２図に示し
た実施例よりもさらに接合面積が増加し、熱伝導量が増
す。突起は下方で細くなっているが熱伝導の良い金属で
あるためこの部分に熱が溜ってしまうことはない。

突起形状は第４図（ａ）に限らず、（ｂ）　、　（ｃ）
　、　（ｄ）のような角形突起（１３）、円筒形突起（
１４）、円すい形突起（１５）等の形状でも同様の効果
が得られる。このスリットの加工は機械加工の他に放電
加工、鍛造、エツチング等その形状に応じて種々の方法
が考えられるが、どの方法を用いても接合体の特性に大
きな変化はない。

また黒鉛以外にアルミナ、Ｓｉ、　Ｎ、等酸化物系及び
非酸化物系のセラミックスでも同様の効果が得られるし
、モリブデン−銅、モリブデン−ステンレス鋼、タング
ステン−ステンレス鋼等の金属同士でも同様の効果が得
られる。また、角タイルに限らず、円板、３次元的形状
の接合部にも同様な効果が得られる。

尚、上記各実施例において、スリット幅が０．５ｍｍ以
下の場合毛細管現象により、ろう材がスリット内に入り
こみやすいため薄いろう材を使用せねばならず、接合部
にろう付欠陥が発生しやすい。

また、実質２ｎ＋ｍ程度以上とすると、中央部を全面接
合しても接合面積の減少が大きく、従来例に比較してメ
リットが少なくなってしまう。このためスリット幅は０
．５〜２ｔｍ程度が適当である。突起の高さ７幅は、そ
の値が大きい方が残留応力緩和効果が大きいと考えられ
るが銅の場合高さ及び幅が２１１ｒｎ程度で十分な効果
が得られた。高さを１ｍｍ以下にするとろうが流れこん
で角をなくしさらにスリットをうめてしまう傾向がでて
くるので高さは１１ＩＩＩ１１〜数１１１１１！程度が
良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、熱膨張率の異な
る異種材料を接合する際、中央部に全面接合部を設け、
外周部に行くにつれてスリットのピッチを小さくしたた
め、接合面積を大きく減少することなく、熱膨張差で生
じる残留応力を緩和した異種材料の接合体を提供するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の接合面を示す上面図、第２
図は第１図の立面図、第３図は接合後の応力状態を示す
説明図、第４図（ａ）、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（
ｄ）は他の実施例のそれぞれ異なる突起形状を示す立面
図または斜視図である。１・・・異種材料の一つである銅、２・・・全面接合部、３・・・外周部突起、４・・・最
外周部突起、５・・・スリット。６．７．８・・・間隔、９・・・ろう材、１０・・・異
種材料の一つである黒鉛。代理人　弁理士　大　胡　典　夫第図引

Claims

【特許請求の範囲】

　異種材料の接合体において、接合部中央は全面接合し
、外周部は塑性変形しやすい方の材料に非接合用スリッ
トを設け、そのスリットの間隔を外周部ほど小さくした
ことを特徴とする異種材料の接合体。