JPH04259307A - プラズマ対向部品の製造方法 - Google Patents
プラズマ対向部品の製造方法Info
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- JPH04259307A JPH04259307A JP3021024A JP2102491A JPH04259307A JP H04259307 A JPH04259307 A JP H04259307A JP 3021024 A JP3021024 A JP 3021024A JP 2102491 A JP2102491 A JP 2102491A JP H04259307 A JPH04259307 A JP H04259307A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
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
【０００１】［発明の目的］
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマに対向し高い
熱負荷を受けるアーマ材とこれを冷却するための冷却パ
イプの接合方法に係り、特に接合後のアーマ材と冷却パ
イプとのはく離及び熱負荷時のはく離が少ないプラズマ
対向部品の製造方法に関する。
熱負荷を受けるアーマ材とこれを冷却するための冷却パ
イプの接合方法に係り、特に接合後のアーマ材と冷却パ
イプとのはく離及び熱負荷時のはく離が少ないプラズマ
対向部品の製造方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】核融合炉内等において、プラズマに対向
し熱しゃへいを行う熱しゃへいブロックの耐熱材料とし
て、黒鉛質材料またはタングステン等の高融点金属が有
望視されている。この熱しゃへいブロック（以下、ブロ
ックという）は、冷却される構造を採用し、冷却部分を
銅ブロック及び銅パイプとし、そのプラズマ対向面に黒
鉛またはタングステン等を接合した構造が一般的である
が、熱負荷により、接合部においてはく離、割れを生じ
やすい。そこで、図３に示すようにブロック１全体を黒
鉛質材料またはタングステン等の高融点金属とし、この
ブロック１に設けた孔２内に冷却用銅パイプ（以下、銅
パイプという）３を挿入して接合するモノブロックタイ
プが考案されている。
し熱しゃへいを行う熱しゃへいブロックの耐熱材料とし
て、黒鉛質材料またはタングステン等の高融点金属が有
望視されている。この熱しゃへいブロック（以下、ブロ
ックという）は、冷却される構造を採用し、冷却部分を
銅ブロック及び銅パイプとし、そのプラズマ対向面に黒
鉛またはタングステン等を接合した構造が一般的である
が、熱負荷により、接合部においてはく離、割れを生じ
やすい。そこで、図３に示すようにブロック１全体を黒
鉛質材料またはタングステン等の高融点金属とし、この
ブロック１に設けた孔２内に冷却用銅パイプ（以下、銅
パイプという）３を挿入して接合するモノブロックタイ
プが考案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このモノブロックタイ
プにおいて、黒鉛質材料または高融点金属材料から形成
されたブロック１は、熱膨脹率が４〜５×１０−６／℃
程度である。これに対し、銅パイプ３は、熱膨脹率が約
１５×１０−６／℃であり、約３倍大きい。そこで、両
者を接合するために加熱すると、銅パイプ３の方がブロ
ック１の孔２に比較して約３倍膨脹する。この熱膨脹差
を考慮して孔２に対して外径の小さい銅パイプ３を挿入
し、接合温度において密着させることが可能となる。し
かしながら、この場合にはその後の冷却過程で銅パイプ
３が収縮し、図４に示すようにブロック１と銅パイプ３
の間で引張応力４が発生し、これが残留する。これが過
大な場合には、銅パイプ３がはく離したりブロック１に
割れが発生したりする。また、常温で銅パイプ３とブロ
ック１の孔２をほぼ隙間のない寸法にしておくと、接合
温度において銅パイプ３は孔２に密着し圧縮応力を生じ
るが、温度が高いために銅パイプ３が変形し、圧縮応力
は減少または消滅する。その後の冷却過程では、上述し
たように銅パイプ３とブロック１の間ではく離または割
れが発生する。このように、高温で接合し、それから冷
却する場合、冷却する過程での収縮差によるはく離また
は割れは避けられない問題である。
プにおいて、黒鉛質材料または高融点金属材料から形成
されたブロック１は、熱膨脹率が４〜５×１０−６／℃
程度である。これに対し、銅パイプ３は、熱膨脹率が約
１５×１０−６／℃であり、約３倍大きい。そこで、両
者を接合するために加熱すると、銅パイプ３の方がブロ
ック１の孔２に比較して約３倍膨脹する。この熱膨脹差
を考慮して孔２に対して外径の小さい銅パイプ３を挿入
し、接合温度において密着させることが可能となる。し
かしながら、この場合にはその後の冷却過程で銅パイプ
３が収縮し、図４に示すようにブロック１と銅パイプ３
の間で引張応力４が発生し、これが残留する。これが過
大な場合には、銅パイプ３がはく離したりブロック１に
割れが発生したりする。また、常温で銅パイプ３とブロ
ック１の孔２をほぼ隙間のない寸法にしておくと、接合
温度において銅パイプ３は孔２に密着し圧縮応力を生じ
るが、温度が高いために銅パイプ３が変形し、圧縮応力
は減少または消滅する。その後の冷却過程では、上述し
たように銅パイプ３とブロック１の間ではく離または割
れが発生する。このように、高温で接合し、それから冷
却する場合、冷却する過程での収縮差によるはく離また
は割れは避けられない問題である。
【０００５】そこで、本発明の目的は、熱膨脹率の小さ
い黒鉛質材料または高融点金属材料から形成されたブロ
ックと熱膨脹率の大きい材料から形成された銅パイプを
接合してプラズマ対向部品を製造する場合、接合部品間
での残留引張応力や割れ、はく離等の発生を防止するよ
うにしたプラズマ対向部品の製造方法を提供することに
ある。 ［発明の構成］
い黒鉛質材料または高融点金属材料から形成されたブロ
ックと熱膨脹率の大きい材料から形成された銅パイプを
接合してプラズマ対向部品を製造する場合、接合部品間
での残留引張応力や割れ、はく離等の発生を防止するよ
うにしたプラズマ対向部品の製造方法を提供することに
ある。 ［発明の構成］
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱膨脹率の小
さい耐熱材料から形成された熱しゃへいブロックと熱膨
脹率の大きい材料から形成された冷却用パイプを熱間静
水圧圧縮焼結法により接合するプラズマ対向部品の製造
方法において、接合後の冷却過程時に、冷却用パイプの
内周面に降伏応力より大きい熱間静水圧圧縮ガス圧を作
用させながら冷却するようにしたものである。
さい耐熱材料から形成された熱しゃへいブロックと熱膨
脹率の大きい材料から形成された冷却用パイプを熱間静
水圧圧縮焼結法により接合するプラズマ対向部品の製造
方法において、接合後の冷却過程時に、冷却用パイプの
内周面に降伏応力より大きい熱間静水圧圧縮ガス圧を作
用させながら冷却するようにしたものである。
【０００７】
【作用】接合後の冷却過程時に、冷却用パイプが収縮す
るのを拘束されて降伏するので、冷却用パイプと熱しゃ
へいブロック間に在留引張応力、割れ、はく離等の発生
を防止することができる。
るのを拘束されて降伏するので、冷却用パイプと熱しゃ
へいブロック間に在留引張応力、割れ、はく離等の発生
を防止することができる。
【０００８】
【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。なお、本発明では熱間静水圧圧縮（以下、ＨＩ
Ｐと略称する）焼結法を用いる。図１は、本発明の一実
施例における段取状態を示す説明図である。まず、同図
に示すようにタングステン材から形成された複数のブロ
ック１１の孔に、無酸素銅材から形成され外周に銀ろう
１２がスプレーされている銅パイプ１３を挿入し、これ
らの外側を角筒状の箱本体１４ａと両端開口部を覆い銅
パイプ１３の挿入孔を設けた蓋１４ｂで構成されたキャ
ニング１４で覆う。ここで、銅パイプ１３とキャニング
１４は、銅パイプ１３の内周側が外気に通じ、外周側と
ブロック１１の孔の内周側は外気に通じないようにシー
ル１５ａする。また、キャニング１４も箱本体１４ａと
蓋１４ｂをシール１５ｂし、かつ、内部は真空にする。 このようにキャニング１４で覆われたブロック１１と銅
パイプ１３を図示しないＨＩＰ炉内に入れ、ＨＩＰガス
圧を １０ｋｇｆ／ｍｍ２ とし、 ８５０℃で３０分
間保持してブロック１１と銅パイプ１３を銀ろう１２を
介して接合する。ここで、ＨＩＰガス圧は、キャニング
１４には外側から外圧として、銅パイプ１３には内周側
から内圧として作用している。なお、これまでの方法は
従来と同様である。次に、冷却過程に移行するが、この
状態を図２に示す。ただし、ＨＩＰガス圧を圧力として
示している。 同図に示すように冷却過程に移行してもＨＩＰガス圧を
下げることなく、銅パイプ１３の降伏応力以上の圧力を
銅パイプ１３に内圧として作用させ、銅パイプ１３の降
伏を完全に行わせる。温度が ８５０℃からＴ２ （約
３００℃）まで下がると、収縮量も少なくなり降伏応
力も高くなるので、ＨＩＰガス圧を下げ始める。つまり
、従来の方法では、ｔ１ 以後ＨＩＰガス圧は銅パイプ
１３の降伏応力以下となっている。しかしながら、この
ｔ１時における温度Ｔ１ は相当高温である。これに対
し本実施例では、ｔ２ までＨＩＰガス厚は銅パイプ１
３の降伏応力以上となっている。また、ｔ２ 時におけ
る温度Ｔ２ は比較的冷却が進んだ温度であり、これま
でに充分な銅パイプ１３の降伏が期待できる。しかして
、常温まで冷却した後キャニング１４を除去すると、ブ
ロック１１と銅パイプ１３が接合したプラズマ対向部品
が得られる。
明する。なお、本発明では熱間静水圧圧縮（以下、ＨＩ
Ｐと略称する）焼結法を用いる。図１は、本発明の一実
施例における段取状態を示す説明図である。まず、同図
に示すようにタングステン材から形成された複数のブロ
ック１１の孔に、無酸素銅材から形成され外周に銀ろう
１２がスプレーされている銅パイプ１３を挿入し、これ
らの外側を角筒状の箱本体１４ａと両端開口部を覆い銅
パイプ１３の挿入孔を設けた蓋１４ｂで構成されたキャ
ニング１４で覆う。ここで、銅パイプ１３とキャニング
１４は、銅パイプ１３の内周側が外気に通じ、外周側と
ブロック１１の孔の内周側は外気に通じないようにシー
ル１５ａする。また、キャニング１４も箱本体１４ａと
蓋１４ｂをシール１５ｂし、かつ、内部は真空にする。 このようにキャニング１４で覆われたブロック１１と銅
パイプ１３を図示しないＨＩＰ炉内に入れ、ＨＩＰガス
圧を １０ｋｇｆ／ｍｍ２ とし、 ８５０℃で３０分
間保持してブロック１１と銅パイプ１３を銀ろう１２を
介して接合する。ここで、ＨＩＰガス圧は、キャニング
１４には外側から外圧として、銅パイプ１３には内周側
から内圧として作用している。なお、これまでの方法は
従来と同様である。次に、冷却過程に移行するが、この
状態を図２に示す。ただし、ＨＩＰガス圧を圧力として
示している。 同図に示すように冷却過程に移行してもＨＩＰガス圧を
下げることなく、銅パイプ１３の降伏応力以上の圧力を
銅パイプ１３に内圧として作用させ、銅パイプ１３の降
伏を完全に行わせる。温度が ８５０℃からＴ２ （約
３００℃）まで下がると、収縮量も少なくなり降伏応
力も高くなるので、ＨＩＰガス圧を下げ始める。つまり
、従来の方法では、ｔ１ 以後ＨＩＰガス圧は銅パイプ
１３の降伏応力以下となっている。しかしながら、この
ｔ１時における温度Ｔ１ は相当高温である。これに対
し本実施例では、ｔ２ までＨＩＰガス厚は銅パイプ１
３の降伏応力以上となっている。また、ｔ２ 時におけ
る温度Ｔ２ は比較的冷却が進んだ温度であり、これま
でに充分な銅パイプ１３の降伏が期待できる。しかして
、常温まで冷却した後キャニング１４を除去すると、ブ
ロック１１と銅パイプ１３が接合したプラズマ対向部品
が得られる。
【０００９】この実施例によれば、接合後の冷却過程で
銅パイプ１３にその降伏応力以上の圧力が内圧として作
用しているので、銅パイプ１３の収縮が拘束されて降伏
し、接合部のはく離を生じることがなく、銅パイプ１３
，接合部，タングステン材から形成されたブロック１１
に残留引張応力が生じない。
銅パイプ１３にその降伏応力以上の圧力が内圧として作
用しているので、銅パイプ１３の収縮が拘束されて降伏
し、接合部のはく離を生じることがなく、銅パイプ１３
，接合部，タングステン材から形成されたブロック１１
に残留引張応力が生じない。
【００１０】なお、上記した実施例は、１個のブロック
１１を一体に形成したが、分割して形成するようにして
もよい。図３は、この実施例を示し、１個のブロックを
黒鉛材から形成した上ブロック２１と黒鉛材から形成し
た下ブロック２２に分割すると共に、それらの対向面に
それぞれ銅パイプ２３が挿入できる半円状の凹部２１ａ
，２２ａを設ける。このように分割した上ブロック２１
と下ブロック２２を対向させたものを複数個配列し、そ
れらの凹部２１ａ，２２ａが形成する孔に外周にチタン
２４をコーティングした銅パイプ２３を挿入し、これら
を上記した実施例と同様にキャニング（図示しない）で
覆い、所要のシールをしてからＨＩＰ炉に入れる。ＨＩ
Ｐガス圧を１０ｋｇｆ／ｍｍ２ とし、 ９５０℃６０
ｍｉｎ 保持して上ブロック２１，下ブロック２２と銅
パイプ２３をチタン２４を介して接合する。次に、上記
した実施例と同様に冷却過程に移行する。常温まで冷却
した後キャニング（図示しない）を除去する。
１１を一体に形成したが、分割して形成するようにして
もよい。図３は、この実施例を示し、１個のブロックを
黒鉛材から形成した上ブロック２１と黒鉛材から形成し
た下ブロック２２に分割すると共に、それらの対向面に
それぞれ銅パイプ２３が挿入できる半円状の凹部２１ａ
，２２ａを設ける。このように分割した上ブロック２１
と下ブロック２２を対向させたものを複数個配列し、そ
れらの凹部２１ａ，２２ａが形成する孔に外周にチタン
２４をコーティングした銅パイプ２３を挿入し、これら
を上記した実施例と同様にキャニング（図示しない）で
覆い、所要のシールをしてからＨＩＰ炉に入れる。ＨＩ
Ｐガス圧を１０ｋｇｆ／ｍｍ２ とし、 ９５０℃６０
ｍｉｎ 保持して上ブロック２１，下ブロック２２と銅
パイプ２３をチタン２４を介して接合する。次に、上記
した実施例と同様に冷却過程に移行する。常温まで冷却
した後キャニング（図示しない）を除去する。
【００１１】この実施例によれば、１個のブロック１１
が、上ブロック２１と下ブロック２２に分割され銅パイ
プ２３を挿入する孔が半円状の凹部となっているので、
ブロックの個数が多くても一度に加工でき、組立も容易
で精度を向上することができる。また、上記した実施例
と同様に冷却過程時に銅パイプ２３に銅の降伏応力以上
の圧力が内圧として作用しているので、銅パイプ２３の
収縮が拘束されて降伏し、黒鉛材から形成された上ブロ
ック２１や下ブロック２２に割れを生じることがなく、
上ブロック２１，下ブロック２２と銅パイプ２３とのは
く離を防止できる。
が、上ブロック２１と下ブロック２２に分割され銅パイ
プ２３を挿入する孔が半円状の凹部となっているので、
ブロックの個数が多くても一度に加工でき、組立も容易
で精度を向上することができる。また、上記した実施例
と同様に冷却過程時に銅パイプ２３に銅の降伏応力以上
の圧力が内圧として作用しているので、銅パイプ２３の
収縮が拘束されて降伏し、黒鉛材から形成された上ブロ
ック２１や下ブロック２２に割れを生じることがなく、
上ブロック２１，下ブロック２２と銅パイプ２３とのは
く離を防止できる。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熱
膨脹率の小さい耐熱材料から形成された熱しゃへいブロ
ックと熱膨脹率の大きい材料から形成された冷却用パイ
プをＨＩＰ炉で接合後、冷却過程時に冷却用パイプの降
伏応力以上のＨＩＰガス圧を冷却用パイプに内圧として
作用させているので、冷却用パイプの収縮が拘束されて
降伏し、熱しゃへいブロックと冷却用パイプの接合部に
おけるはく離、熱しゃへいブロックに割れ、残留引張応
力を生じることのないプラズマ対向部品の製造方法を提
供できる。
膨脹率の小さい耐熱材料から形成された熱しゃへいブロ
ックと熱膨脹率の大きい材料から形成された冷却用パイ
プをＨＩＰ炉で接合後、冷却過程時に冷却用パイプの降
伏応力以上のＨＩＰガス圧を冷却用パイプに内圧として
作用させているので、冷却用パイプの収縮が拘束されて
降伏し、熱しゃへいブロックと冷却用パイプの接合部に
おけるはく離、熱しゃへいブロックに割れ、残留引張応
力を生じることのないプラズマ対向部品の製造方法を提
供できる。
【図１】本発明の一実施例におけるブロック，銅パイプ
をキャニングで覆った状態を示す説明図。
をキャニングで覆った状態を示す説明図。
【図２】本発明の一実施例における冷却過程を示す説明
図。
図。
【図３】本発明の他の実施例におけるブロックの形状と
銅パイプを示す説明図。
銅パイプを示す説明図。
【図４】本発明のプラズマ対向部品の構成を分解して示
す説明図。
す説明図。
【図５】従来のプラズマ対向部品における引張応力の発
生状態を示す説明図。
生状態を示す説明図。
１１…ブロック、１２…銀ろう、１３，２３…銅パイプ
、１４…キャニング、１５ａ，１５ｂ…シール、２１…
上ブロック、２２…下ブロック、２４…チタン。
、１４…キャニング、１５ａ，１５ｂ…シール、２１…
上ブロック、２２…下ブロック、２４…チタン。
Claims (1)
- 【請求項１】 熱膨脹率の小さい耐熱材料から形成さ
れた熱しゃへいブロックと熱膨脹率の大きい材料から形
成された冷却用パイプを熱間静水圧圧縮焼結法により接
合するプラズマ対向部品の製造方法において、接合後の
冷却過程時に、前記冷却用パイプの内周面に降伏応力よ
り大きい熱間静水圧圧縮ガス圧を作用させながら冷却す
るようにしたことを特徴とするプラズマ対向部品の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3021024A JPH04259307A (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | プラズマ対向部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3021024A JPH04259307A (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | プラズマ対向部品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04259307A true JPH04259307A (ja) | 1992-09-14 |
Family
ID=12043459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3021024A Pending JPH04259307A (ja) | 1991-02-14 | 1991-02-14 | プラズマ対向部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04259307A (ja) |
-
1991
- 1991-02-14 JP JP3021024A patent/JPH04259307A/ja active Pending
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