JPH0544431B2 - - Google Patents
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- JPH0544431B2 JPH0544431B2 JP60285768A JP28576885A JPH0544431B2 JP H0544431 B2 JPH0544431 B2 JP H0544431B2 JP 60285768 A JP60285768 A JP 60285768A JP 28576885 A JP28576885 A JP 28576885A JP H0544431 B2 JPH0544431 B2 JP H0544431B2
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Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、各種機器の部品等に使われる金属と
黒鉛からなる複合材の製造方法に関する。
黒鉛からなる複合材の製造方法に関する。
一般に金属材料と黒鉛とは互いに熱膨張率が大
きく異なつている。例えば鉄鋼系の線膨張係数は
13〜18×10-6であるのに対し、黒鉛の線膨張係数
は２〜５×10-6である。一般に、ろう付けや拡散
接合で熱膨張率が実用上問題にならない範囲は、
両者の線膨張係数の差が１×10-6より小さい場合
である。
きく異なつている。例えば鉄鋼系の線膨張係数は
13〜18×10-6であるのに対し、黒鉛の線膨張係数
は２〜５×10-6である。一般に、ろう付けや拡散
接合で熱膨張率が実用上問題にならない範囲は、
両者の線膨張係数の差が１×10-6より小さい場合
である。
このため、金属と黒鉛をろう付けや拡散接合な
どで接合すると、接合後の冷却過程で両者に寸法
差を生じて大きな残留応力が発生し、極端な場合
には黒鉛が破壊されることがある。
どで接合すると、接合後の冷却過程で両者に寸法
差を生じて大きな残留応力が発生し、極端な場合
には黒鉛が破壊されることがある。
一例として、第３図に示されるようなカツプ状
あるいはパイプ状の金属材料１の外側に円筒状の
黒鉛２を被着する場合、単に両者をろう付けまた
は拡散接合すると、金属と黒鉛の熱膨張率の差の
ため、昇温過程で黒鉛２が破壊するか、あるいは
接合後の冷却過程で金属材料１と黒鉛２とが剥離
してしまう。このため従来は、第３図のような構
造の複合材を拡散接合あるいはろう付けによつて
作るのは困難であつた。
あるいはパイプ状の金属材料１の外側に円筒状の
黒鉛２を被着する場合、単に両者をろう付けまた
は拡散接合すると、金属と黒鉛の熱膨張率の差の
ため、昇温過程で黒鉛２が破壊するか、あるいは
接合後の冷却過程で金属材料１と黒鉛２とが剥離
してしまう。このため従来は、第３図のような構
造の複合材を拡散接合あるいはろう付けによつて
作るのは困難であつた。
従つて金属と黒鉛からなる複合材の接合は、現
在のところ小さな円柱同志の接合や小さな直方体
同志の接合といつた単純形状のテストピースでの
研究や、黒鉛と金属の反応性の研究、あるいは熱
膨張率の差が問題にならない程度のごく小さな部
品での研究が行なわれているに過ぎなかつた。
在のところ小さな円柱同志の接合や小さな直方体
同志の接合といつた単純形状のテストピースでの
研究や、黒鉛と金属の反応性の研究、あるいは熱
膨張率の差が問題にならない程度のごく小さな部
品での研究が行なわれているに過ぎなかつた。
一方、従来よりパイプ状の材料にしばしば適用
されている焼き嵌めや冷し嵌めによる機械的な締
結では、黒鉛の強度が低いこともあつて充分な締
結強度が得られなかつた。
されている焼き嵌めや冷し嵌めによる機械的な締
結では、黒鉛の強度が低いこともあつて充分な締
結強度が得られなかつた。
また、接着剤によつて金属と黒鉛を接合させる
ことも考えられるが、接着剤を用いる接合では耐
熱性に難点があり、しかも真空や特殊雰囲気中で
の使用の場合に、接着剤からのガスの発生が問題
となる。
ことも考えられるが、接着剤を用いる接合では耐
熱性に難点があり、しかも真空や特殊雰囲気中で
の使用の場合に、接着剤からのガスの発生が問題
となる。
本発明は、黒鉛製の外筒の内側に、少なくとも
一端側が開口するテーパ状内面を有しかつ黒鉛よ
りも熱膨張率の大きな金属からなる金属内筒を挿
入し、更に上記金属内筒と黒鉛外筒との間にこれ
ら金属と黒鉛とを高温で接合する結合材を介在さ
せるとともに、上記金属内筒のテーパ状内面に
は、黒鉛または黒鉛と同等の熱膨張率の材料から
なりかつ外面が上記テーパ状内面と同一のテーパ
形状をもつ押え部材を挿入し、これら金属内筒と
黒鉛外筒を上記結合材の接合温度まで加熱すると
ともに、この加熱によつて拡大した上記テーパ状
内面に上記押え部材を押込んだ状態で黒鉛外筒と
金属内筒を接合させることを特徴とする。
一端側が開口するテーパ状内面を有しかつ黒鉛よ
りも熱膨張率の大きな金属からなる金属内筒を挿
入し、更に上記金属内筒と黒鉛外筒との間にこれ
ら金属と黒鉛とを高温で接合する結合材を介在さ
せるとともに、上記金属内筒のテーパ状内面に
は、黒鉛または黒鉛と同等の熱膨張率の材料から
なりかつ外面が上記テーパ状内面と同一のテーパ
形状をもつ押え部材を挿入し、これら金属内筒と
黒鉛外筒を上記結合材の接合温度まで加熱すると
ともに、この加熱によつて拡大した上記テーパ状
内面に上記押え部材を押込んだ状態で黒鉛外筒と
金属内筒を接合させることを特徴とする。
上記金属内筒は、接合時の高温状態では黒鉛外
筒よりも径が拡大するから、黒鉛外筒の内面と金
属内筒の外面とが接合温度まで加熱された時に丁
度接合に適した寸法となるように、両部材の熱膨
張率をもとに各部の寸法を設定しておく。
筒よりも径が拡大するから、黒鉛外筒の内面と金
属内筒の外面とが接合温度まで加熱された時に丁
度接合に適した寸法となるように、両部材の熱膨
張率をもとに各部の寸法を設定しておく。
黒鉛外筒と金属内筒とは、互いの接合時に両者
の熱膨張率差によつて丁度接合に適した寸法とな
つて接合される。そして冷却過程においては、押
え部材によつて金属内筒の収縮が抑制されるか
ら、黒鉛外筒と金属内筒との接合部に剥離方向の
力が加わることを防止でき、安定した接合状態を
維持できる。
の熱膨張率差によつて丁度接合に適した寸法とな
つて接合される。そして冷却過程においては、押
え部材によつて金属内筒の収縮が抑制されるか
ら、黒鉛外筒と金属内筒との接合部に剥離方向の
力が加わることを防止でき、安定した接合状態を
維持できる。
上記方法は、黒鉛外筒と金属内筒との接合を硬
ろう付けあるいは拡散接合などの高温接合によつ
て行なうから、焼き嵌め、冷やし嵌め等の機械的
な締結と比較すると接合強度が高く耐熱性があ
る。また、接着剤による接合と比較すると耐熱性
がはるかに優れており、かつ真空雰囲気中でガス
の放出を生じるおそれもない。
ろう付けあるいは拡散接合などの高温接合によつ
て行なうから、焼き嵌め、冷やし嵌め等の機械的
な締結と比較すると接合強度が高く耐熱性があ
る。また、接着剤による接合と比較すると耐熱性
がはるかに優れており、かつ真空雰囲気中でガス
の放出を生じるおそれもない。
第１図および第２図に示された一実施例におい
て、複合材５は黒鉛製の外筒６と、この黒鉛外筒
６の内側に収容される金属製の内筒７と、押え部
材８などを備えて構成される。黒鉛外筒６は、両
端が開口する円筒形状がなしている。
て、複合材５は黒鉛製の外筒６と、この黒鉛外筒
６の内側に収容される金属製の内筒７と、押え部
材８などを備えて構成される。黒鉛外筒６は、両
端が開口する円筒形状がなしている。
一方、金属内筒７は本実施例の場合、一端側が
開口するカツプ型である。この金属内筒７は、黒
鉛よりも熱膨張率の大きな金属、例えば銅、ニツ
ケル、チタン、鉄鋼、あるいはこれらの合金が用
いられる。
開口するカツプ型である。この金属内筒７は、黒
鉛よりも熱膨張率の大きな金属、例えば銅、ニツ
ケル、チタン、鉄鋼、あるいはこれらの合金が用
いられる。
上記金属内筒７はテーパ状内面７ａを有してい
る。このテーパ状内面７ａは、金属内筒７の開口
端側の内径が漸増するような形状である。なお、
金属内筒７はカツプ型に限るものではなく、例え
ば両端が開口したパイプ状であつてもよい。
る。このテーパ状内面７ａは、金属内筒７の開口
端側の内径が漸増するような形状である。なお、
金属内筒７はカツプ型に限るものではなく、例え
ば両端が開口したパイプ状であつてもよい。
黒鉛外筒６と金属内筒７との間には、これら金
属と黒鉛とを拡散接合あるいは硬ろうなどのよう
に高温度で接合するための結合材９が介在させら
れる。この結合材９には例えばニツケル箔やチタ
ン箔のように薄いインサート材が使用されるが、
適宜の硬ろう材を使用することも可能である。常
温において、結合材９が被着された状態での金属
内筒７の外径D1は、黒鉛外筒６のの内径D2より
も小さい。例えばD2は40.0mm、D1は39.3mmであ
る。結合材９の厚みは数十μ程度である。
属と黒鉛とを拡散接合あるいは硬ろうなどのよう
に高温度で接合するための結合材９が介在させら
れる。この結合材９には例えばニツケル箔やチタ
ン箔のように薄いインサート材が使用されるが、
適宜の硬ろう材を使用することも可能である。常
温において、結合材９が被着された状態での金属
内筒７の外径D1は、黒鉛外筒６のの内径D2より
も小さい。例えばD2は40.0mm、D1は39.3mmであ
る。結合材９の厚みは数十μ程度である。
上記D1とD2は各材質の熱膨張率から計算して、
接合温度まで加熱されたときにD1とD2とがほぼ
一致するように加工しておく。但し、場合によつ
ては結合材９の厚みを含まない寸法D3が接合温
度D2と一致するように下降してもよい。
接合温度まで加熱されたときにD1とD2とがほぼ
一致するように加工しておく。但し、場合によつ
ては結合材９の厚みを含まない寸法D3が接合温
度D2と一致するように下降してもよい。
金属外筒７のテーパ状内面７ａには、黒鉛また
は黒鉛と同等の熱膨張率の材料からなる押え部材
８が挿入される。この押え部材８の外面８ａの形
状は円錐台状であつて、テーパ状内面７ａの形状
と一致している。
は黒鉛と同等の熱膨張率の材料からなる押え部材
８が挿入される。この押え部材８の外面８ａの形
状は円錐台状であつて、テーパ状内面７ａの形状
と一致している。
押え部材８は、第１図に示されるように常温で
はその底面８ｂが金属内筒７の底から離れている
が、高温の接合温度まで加熱されて金属内筒７の
内径が拡大した時には、第２図に示されるように
底面８ｂが金属内筒７の底に接触ないし近付く位
置まで押え部材８を挿入でき、しかもこの時に押
え部材８の上部は金属内筒７の上端よりも上に出
るような寸法としてある。
はその底面８ｂが金属内筒７の底から離れている
が、高温の接合温度まで加熱されて金属内筒７の
内径が拡大した時には、第２図に示されるように
底面８ｂが金属内筒７の底に接触ないし近付く位
置まで押え部材８を挿入でき、しかもこの時に押
え部材８の上部は金属内筒７の上端よりも上に出
るような寸法としてある。
第１図に示されるように、常温で黒鉛外筒６に
金属内筒７と押え部材８をセツトし、金属内筒７
と黒鉛外筒６を結合材９の接合温度まで加熱す
る。この加熱によつて、金属内筒７の径が相対的
に広がるから、押え部材８に矢印Ｆ方向から適当
な荷重を付加することによつて、第２図に示され
るように押え部材８を奥まで挿入する。
金属内筒７と押え部材８をセツトし、金属内筒７
と黒鉛外筒６を結合材９の接合温度まで加熱す
る。この加熱によつて、金属内筒７の径が相対的
に広がるから、押え部材８に矢印Ｆ方向から適当
な荷重を付加することによつて、第２図に示され
るように押え部材８を奥まで挿入する。
このように押え部材８を押込みつつ接合温度ま
で加熱することにより、黒鉛外筒６と金属内筒７
は結合材９を介して拡散接合（または硬ろう付
け）によつて接合させられる。そして押え部材８
に荷重を付加し続けながら冷却すると、押え部材
８は金属内筒７から押出されることなく嵌合状態
を維持する。
で加熱することにより、黒鉛外筒６と金属内筒７
は結合材９を介して拡散接合（または硬ろう付
け）によつて接合させられる。そして押え部材８
に荷重を付加し続けながら冷却すると、押え部材
８は金属内筒７から押出されることなく嵌合状態
を維持する。
こうして金属内筒７は内部の押え部材８によつ
て収縮が阻止され、径が広がつた状態のまま常温
まで戻されるから、冷却過程で一種の塑性変形を
生じ、押え部材８を除去しても金属内筒７は拡径
したままとなる。従つて、黒鉛外筒６と金属内筒
７との接合面に剥離方向の力が生じることを防げ
る。押え部材８は通常は冷却後に適宜の方法で除
去するが、特に問題がなければ除去しないで挿入
したまま残してしてもよい。
て収縮が阻止され、径が広がつた状態のまま常温
まで戻されるから、冷却過程で一種の塑性変形を
生じ、押え部材８を除去しても金属内筒７は拡径
したままとなる。従つて、黒鉛外筒６と金属内筒
７との接合面に剥離方向の力が生じることを防げ
る。押え部材８は通常は冷却後に適宜の方法で除
去するが、特に問題がなければ除去しないで挿入
したまま残してしてもよい。
上記複合材５によれば、単なる焼き嵌めや冷や
し嵌め等の機械的嵌合に比べ耐熱性と接合強度が
高い。しかも接着剤を使用した場合のような汚染
物質の放出も生じないため、例えば次に述べるよ
うな用途に使用できる。
し嵌め等の機械的嵌合に比べ耐熱性と接合強度が
高い。しかも接着剤を使用した場合のような汚染
物質の放出も生じないため、例えば次に述べるよ
うな用途に使用できる。
黒鉛の耐熱性は非酸化性雰囲気では約2500℃と
優れているため、金属内筒７の内側を適宜の手段
によつて冷却することにより、優れた高温耐熱性
を発揮する。しかも黒鉛外筒６と金属内筒７との
機械的接合強度が高いため、従来の接着や焼き嵌
めでは強度的に使用できなかつた条件下で、メカ
ニカルシールや軸受け等の摺動部材に使用するこ
とが可能である。この場合、金属内筒７の材質は
鉄鋼系金属が適する。黒鉛は自己潤滑性があり、
しかも摩擦抵抗が小さいので無給油の軸受として
使用することができる。
優れているため、金属内筒７の内側を適宜の手段
によつて冷却することにより、優れた高温耐熱性
を発揮する。しかも黒鉛外筒６と金属内筒７との
機械的接合強度が高いため、従来の接着や焼き嵌
めでは強度的に使用できなかつた条件下で、メカ
ニカルシールや軸受け等の摺動部材に使用するこ
とが可能である。この場合、金属内筒７の材質は
鉄鋼系金属が適する。黒鉛は自己潤滑性があり、
しかも摩擦抵抗が小さいので無給油の軸受として
使用することができる。
しかも上記方法によつて得られた複合材５は耐
熱性が高く、かつ高温でも汚染ガスの放出が無い
ので、例えばＸ線発生用ターゲツトやスパツタリ
ングターゲツトとして炭素を用いる場合に、従来
よりも高温度で使用可能である。Ｘ線発生用のタ
ーゲツトは真空中で使用され、しかも電子線が照
射させられて高温となるため耐熱性が要求される
とともに、真空雰囲気の汚染のない接合が必要で
あるから、本発明方法によつて得られる複合材は
この種の用途に好適である。この場合、金属内筒
７には銅合金が使用される。
熱性が高く、かつ高温でも汚染ガスの放出が無い
ので、例えばＸ線発生用ターゲツトやスパツタリ
ングターゲツトとして炭素を用いる場合に、従来
よりも高温度で使用可能である。Ｘ線発生用のタ
ーゲツトは真空中で使用され、しかも電子線が照
射させられて高温となるため耐熱性が要求される
とともに、真空雰囲気の汚染のない接合が必要で
あるから、本発明方法によつて得られる複合材は
この種の用途に好適である。この場合、金属内筒
７には銅合金が使用される。
本発明によれば、互いに熱膨張率の異なる黒鉛
外筒と金属内筒を強固に結合することができ、耐
熱性があり、しかも雰囲気中へのガスの放出の心
配もない。
外筒と金属内筒を強固に結合することができ、耐
熱性があり、しかも雰囲気中へのガスの放出の心
配もない。
第１図および第２図は本発明の一実施例をそれ
ぞれ工程順に示す断面図、第３図は金属と黒鉛か
らなる複合材を例示する断面図である。 ５……複合材、６……黒鉛外筒、７……金属内
筒、７ａ……テーパ状内面、８……押え部材、９
……結合材。
ぞれ工程順に示す断面図、第３図は金属と黒鉛か
らなる複合材を例示する断面図である。 ５……複合材、６……黒鉛外筒、７……金属内
筒、７ａ……テーパ状内面、８……押え部材、９
……結合材。
Claims (1)
- １ 黒鉛製の外筒の内側に、少なくとも一端側が
開口するテーパ状内面を有しかつ黒鉛よりも熱膨
張率の大きな金属からなる金属内筒を挿入し、更
に上記金属内筒と黒鉛外筒との間にこれら金属と
黒鉛とを高温で接合する結合材を介在させるとと
もに、上記金属内筒のテーパ状内面には、黒鉛ま
たは黒鉛と同等の熱膨張率の材料からなりかつ外
面が上記テーパ状内面と同一のテーパ形状をもつ
押え部材を挿入し、これら金属内筒と黒鉛外筒を
上記結合材の結合温度まで加熱するとともに、こ
の加熱によつて拡大した上記テーパ状内面に上記
押え部材を押込んだ状態で黒鉛外筒と金属内筒を
接合させることを特徴とする金属と黒鉛からなる
複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60285768A JPS62146625A (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 金属と黒鉛からなる複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60285768A JPS62146625A (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 金属と黒鉛からなる複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62146625A JPS62146625A (ja) | 1987-06-30 |
| JPH0544431B2 true JPH0544431B2 (ja) | 1993-07-06 |
Family
ID=17695799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60285768A Granted JPS62146625A (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 金属と黒鉛からなる複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62146625A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006320951A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Kagoshima Univ | 複合材料及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-12-20 JP JP60285768A patent/JPS62146625A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62146625A (ja) | 1987-06-30 |
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