JPH06285652A - プラズマ対向部品の接合方法 - Google Patents
プラズマ対向部品の接合方法Info
- Publication number
- JPH06285652A JPH06285652A JP7732193A JP7732193A JPH06285652A JP H06285652 A JPH06285652 A JP H06285652A JP 7732193 A JP7732193 A JP 7732193A JP 7732193 A JP7732193 A JP 7732193A JP H06285652 A JPH06285652 A JP H06285652A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- copper
- heat
- resistant block
- joining
- soft copper
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱膨張率の小さい黒鉛質材料あるいは高融点
材料からなる耐熱ブロックと、熱膨張率が小さく、かつ
高強度の分散強化銅からなる管を接合するにあたり、接
合部材間で残留応力を小さくし、かつ割れ及びはく離の
発生を押さえること。 【構成】 耐熱ブロック11の穴内面に軟質銅材をろう付
けし、内面に仕上加工を施して軟質銅層12を形成する。
次に、軟質銅層12の内面にスズメッキ層13を形成し、こ
の後、仕上加工したアルミナ分散強化銅からなる管14を
挿入し、接合温度を保って接合する。
材料からなる耐熱ブロックと、熱膨張率が小さく、かつ
高強度の分散強化銅からなる管を接合するにあたり、接
合部材間で残留応力を小さくし、かつ割れ及びはく離の
発生を押さえること。 【構成】 耐熱ブロック11の穴内面に軟質銅材をろう付
けし、内面に仕上加工を施して軟質銅層12を形成する。
次に、軟質銅層12の内面にスズメッキ層13を形成し、こ
の後、仕上加工したアルミナ分散強化銅からなる管14を
挿入し、接合温度を保って接合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマに対向する位置
で熱負荷を受ける耐熱材からなる部材とこれを冷却する
ために設けられる冷却用管の接合方法に関する。
で熱負荷を受ける耐熱材からなる部材とこれを冷却する
ために設けられる冷却用管の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】核融合炉内等においてプラズマに対向し
熱しゃへいを行うプラズマ対向部品にアーマ材がある。
この部材には特に耐熱性が要求され、黒鉛質材料あるい
はタングステン等の高融点金属が用いられている。一
方、この部材を冷却するものとして銅あるいはモリブデ
ン等のヒートシンク及び冷却用管が用いられている。こ
れらの部材の接合状態を図２に示す。図２（ａ）はヒー
トシンク２内に冷却用管３を通し、ヒートシンク２上部
にアーマ１を接合したものであり、図２（ｂ）は耐熱ブ
ロック４内に直接冷却用管３を接合したもの（モノブロ
ックタイプと呼ぶ）である。代表的な従来技術としては
特開平４−259307号に記載された製造方法がある。
熱しゃへいを行うプラズマ対向部品にアーマ材がある。
この部材には特に耐熱性が要求され、黒鉛質材料あるい
はタングステン等の高融点金属が用いられている。一
方、この部材を冷却するものとして銅あるいはモリブデ
ン等のヒートシンク及び冷却用管が用いられている。こ
れらの部材の接合状態を図２に示す。図２（ａ）はヒー
トシンク２内に冷却用管３を通し、ヒートシンク２上部
にアーマ１を接合したものであり、図２（ｂ）は耐熱ブ
ロック４内に直接冷却用管３を接合したもの（モノブロ
ックタイプと呼ぶ）である。代表的な従来技術としては
特開平４−259307号に記載された製造方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ヒートシンク２上部に
アーマ１を接合したものは、プラズマからの高熱を受け
た際にアーマ１がはく離しやすいという構造上の欠点が
ある。そこで、上述したようなモノブロックタイプに構
成したものが考案されている。アーマ１には黒鉛質材料
あるいはタングステン等の高融点金属が用いられるが、
これらの熱膨張率は４〜５×10-6／℃程度である。これ
に対し、冷却用管３に主に用いられる無酸素銅の熱膨張
率は約15×10-6／℃であり、アーマ１の材料に比較して
非常に大きい。つまり、冷却用管３の方が接合温度に達
するまでに膨張量が大きい。そこで、室温ではアーマ１
の穴より冷却用管３の直径を小さく加工しておき、接合
温度で双方の部材が密着するようにしている。この場
合、接合温度から室温まで冷却させると冷却用管３がア
ーマ１より大きく収縮し、そこに大きな残留応力が発生
する。また、これに耐えられない場合はアーマ１と冷却
用管３と間にはく離を生じる。そこで、無酸素銅を接合
前に十分軟化させておき、冷却時に降伏させることで残
留応力を緩和している。あるいは、特開平４−259307号
公報で述べられるように冷却時に熱間等方圧加工（ＨＩ
Ｐ）を利用して銅を十分降伏させる方法も考案されてい
る。
アーマ１を接合したものは、プラズマからの高熱を受け
た際にアーマ１がはく離しやすいという構造上の欠点が
ある。そこで、上述したようなモノブロックタイプに構
成したものが考案されている。アーマ１には黒鉛質材料
あるいはタングステン等の高融点金属が用いられるが、
これらの熱膨張率は４〜５×10-6／℃程度である。これ
に対し、冷却用管３に主に用いられる無酸素銅の熱膨張
率は約15×10-6／℃であり、アーマ１の材料に比較して
非常に大きい。つまり、冷却用管３の方が接合温度に達
するまでに膨張量が大きい。そこで、室温ではアーマ１
の穴より冷却用管３の直径を小さく加工しておき、接合
温度で双方の部材が密着するようにしている。この場
合、接合温度から室温まで冷却させると冷却用管３がア
ーマ１より大きく収縮し、そこに大きな残留応力が発生
する。また、これに耐えられない場合はアーマ１と冷却
用管３と間にはく離を生じる。そこで、無酸素銅を接合
前に十分軟化させておき、冷却時に降伏させることで残
留応力を緩和している。あるいは、特開平４−259307号
公報で述べられるように冷却時に熱間等方圧加工（ＨＩ
Ｐ）を利用して銅を十分降伏させる方法も考案されてい
る。
【０００４】ところが、近年より高性能なプラズマ対向
部品を得るために、冷却用管３近くの設計温度が高くな
り、軟化させた銅の作用では強度不足が問題となってい
る。そこで、高熱伝導率かつ高強度の分散強化銅製の冷
却用管３が使われることがある。この場合は、上述のよ
うな銅材等を十分軟化させることによる残留応力の低減
を図る方法が使用できず、接合部がはく離してしまうと
いう問題が発生している。
部品を得るために、冷却用管３近くの設計温度が高くな
り、軟化させた銅の作用では強度不足が問題となってい
る。そこで、高熱伝導率かつ高強度の分散強化銅製の冷
却用管３が使われることがある。この場合は、上述のよ
うな銅材等を十分軟化させることによる残留応力の低減
を図る方法が使用できず、接合部がはく離してしまうと
いう問題が発生している。
【０００５】そこで、本発明の目的は熱膨張率の小さい
黒鉛質材料あるいは高融点材料からなる耐熱ブロック
と、熱膨張率が大きく、かつ高強度の分散強化銅からな
る管を接合するにあたり、接合部材間で残留応力を小さ
くし、かつ割れ及び、はく離等の発生を押さえることの
できるプラズマ対向部品の接合方法を提供することにあ
る。
黒鉛質材料あるいは高融点材料からなる耐熱ブロック
と、熱膨張率が大きく、かつ高強度の分散強化銅からな
る管を接合するにあたり、接合部材間で残留応力を小さ
くし、かつ割れ及び、はく離等の発生を押さえることの
できるプラズマ対向部品の接合方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は熱膨張率の小さい耐熱材料からなる耐熱ブロ
ックを貫通して熱膨張率の大きい高強度を備えた冷却管
を接合するプラズマ対向部品の接合方法において、耐熱
ブロック内面の接合部に銅材を用いて軟質銅層を形成
し、次にこの軟質銅層に重ねて低融点材を用いて中間層
を形成し、この後中間層に密着させてアルミナ分散強化
銅からなる管を接合するようにしたことを特徴とする。
に本発明は熱膨張率の小さい耐熱材料からなる耐熱ブロ
ックを貫通して熱膨張率の大きい高強度を備えた冷却管
を接合するプラズマ対向部品の接合方法において、耐熱
ブロック内面の接合部に銅材を用いて軟質銅層を形成
し、次にこの軟質銅層に重ねて低融点材を用いて中間層
を形成し、この後中間層に密着させてアルミナ分散強化
銅からなる管を接合するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明は低融点材の、たとえばスズで中間層を
形成し、その後に内面の軟質銅層とアルミナ分散強化銅
の管とを接合させるもので、低い温度での接合が可能で
あり、アルミナ分散強化銅の強度が低下することがな
い。さらにこの接合温度に保持中にスズが銅内部に拡散
あるいは接合部から排出されて接合後は中間層として残
存せず、スズの融点以上でも接合部は溶融しない。ま
た、軟質銅層は、接合温度から室温までの冷却時に降伏
し残留応力を低減させる。このため、アルミナ分散強化
銅の強度を損なわずに、耐熱ブロックとの接合を行いこ
れらの間の大きな引張残留応力、割れ、はく離等の発生
を防止することができる。
形成し、その後に内面の軟質銅層とアルミナ分散強化銅
の管とを接合させるもので、低い温度での接合が可能で
あり、アルミナ分散強化銅の強度が低下することがな
い。さらにこの接合温度に保持中にスズが銅内部に拡散
あるいは接合部から排出されて接合後は中間層として残
存せず、スズの融点以上でも接合部は溶融しない。ま
た、軟質銅層は、接合温度から室温までの冷却時に降伏
し残留応力を低減させる。このため、アルミナ分散強化
銅の強度を損なわずに、耐熱ブロックとの接合を行いこ
れらの間の大きな引張残留応力、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、本発明の実施例を説明する。実施例の
構成を図１に示す。耐熱ブロック11の穴内面に筒状の軟
質銅材を活性金属ろうを用いてろう付し、軟質銅材内面
に仕上げ加工を施して軟質銅層12を形成する。この軟質
銅層12は十分に軟化させた無酸素銅であり、 0.1〜１mm
の厚さを有する。厚すぎると、後記の分散強化銅の管の
肉厚が小さくなるためである。この軟質銅層12の内面に
厚さ数10μｍのスズメッキ層13を形成する。そして、ス
ズの融点（ 227℃）以上の接合温度でこのスズメッキ層
13と密着するように仕上げ加工したアルミナ分散強化銅
からなる管14を挿入し、真空中で接合温度約400 〜 500
℃を保って接合する。
構成を図１に示す。耐熱ブロック11の穴内面に筒状の軟
質銅材を活性金属ろうを用いてろう付し、軟質銅材内面
に仕上げ加工を施して軟質銅層12を形成する。この軟質
銅層12は十分に軟化させた無酸素銅であり、 0.1〜１mm
の厚さを有する。厚すぎると、後記の分散強化銅の管の
肉厚が小さくなるためである。この軟質銅層12の内面に
厚さ数10μｍのスズメッキ層13を形成する。そして、ス
ズの融点（ 227℃）以上の接合温度でこのスズメッキ層
13と密着するように仕上げ加工したアルミナ分散強化銅
からなる管14を挿入し、真空中で接合温度約400 〜 500
℃を保って接合する。
【０００９】上記接合中、アルミナ分散強化銅からなる
管14が大きく膨張してスズメッキ層13に密着するととも
に、スズメッキ層13が溶融する。溶融したスズは軟質銅
層12及び管14接合部に拡散するとともに、これらが密着
したことによる圧力で接合部から排出される。このため
接合後は、スズ単一層は存在せず、スズを含有した軟質
銅層12と管14との接合部が得られる。また、接合温度か
ら室温への冷却時に管14が大きく収縮することによる残
留応力は軟質銅層12が降伏して低減される。
管14が大きく膨張してスズメッキ層13に密着するととも
に、スズメッキ層13が溶融する。溶融したスズは軟質銅
層12及び管14接合部に拡散するとともに、これらが密着
したことによる圧力で接合部から排出される。このため
接合後は、スズ単一層は存在せず、スズを含有した軟質
銅層12と管14との接合部が得られる。また、接合温度か
ら室温への冷却時に管14が大きく収縮することによる残
留応力は軟質銅層12が降伏して低減される。
【００１０】この実施例によれば、比較的低温で接合す
るために、分散強化銅の強度が低下しない。また低温接
合のため熱膨張率の差により発生する引張残留応力が従
来の接合方法に比較して小さくなり割れ、はく離等が発
生しにくくなる。軟質銅層12が存在するので、接合後冷
却時にこれが降伏し、引張残留応力はさらに小さくな
る。低温接合で残留応力が小さいため、軟質銅層12を薄
くすることができ、高強度の分散強化銅からなる管14の
肉厚を十分に確保できるためプラズマ対向部品の性能が
向上する。スズメッキ層13は接合後存在しないため接合
部は接合後スズの融点以上に上げても再溶融しない。
るために、分散強化銅の強度が低下しない。また低温接
合のため熱膨張率の差により発生する引張残留応力が従
来の接合方法に比較して小さくなり割れ、はく離等が発
生しにくくなる。軟質銅層12が存在するので、接合後冷
却時にこれが降伏し、引張残留応力はさらに小さくな
る。低温接合で残留応力が小さいため、軟質銅層12を薄
くすることができ、高強度の分散強化銅からなる管14の
肉厚を十分に確保できるためプラズマ対向部品の性能が
向上する。スズメッキ層13は接合後存在しないため接合
部は接合後スズの融点以上に上げても再溶融しない。
【００１１】他の接合方法はＨＩＰを用いることができ
る。加熱、保持、冷却時に等方圧をかけて耐熱ブロック
11内の軟質銅層12との管14と密着性を高める。なお、こ
の場合には軟質銅層12と管14と間にアルゴンガスが入ら
ないようにこれらをシール溶接しておく。この実施例に
よりスズの排出と均一な密着が得られ、接合体の信頼性
が向上する。
る。加熱、保持、冷却時に等方圧をかけて耐熱ブロック
11内の軟質銅層12との管14と密着性を高める。なお、こ
の場合には軟質銅層12と管14と間にアルゴンガスが入ら
ないようにこれらをシール溶接しておく。この実施例に
よりスズの排出と均一な密着が得られ、接合体の信頼性
が向上する。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熱
膨張率の小さい黒鉛質材料あるいは高融点金属材料の耐
熱ブロックと、高強度の分散強化銅の管とを低融点の軟
質銅層を介して低温で接合しているので、分散強化銅の
高強度を損なわずに、残留応力が小さく、割れ及びはく
離がないプラズマ対向部品を得ることが可能である。
膨張率の小さい黒鉛質材料あるいは高融点金属材料の耐
熱ブロックと、高強度の分散強化銅の管とを低融点の軟
質銅層を介して低温で接合しているので、分散強化銅の
高強度を損なわずに、残留応力が小さく、割れ及びはく
離がないプラズマ対向部品を得ることが可能である。
【図１】本発明の方法により製作したプラズマ対向部品
を示す図。
を示す図。
【図２】従来のプラズマ対向部品の構成を示す図。
11…耐熱ブロック図、12…軟質銅層、13…スズメッキ
層、14…管。
層、14…管。
Claims (1)
- 【請求項１】 熱膨張率の小さい耐熱材料からなる耐熱
ブロックを貫通して熱膨張率の大きい高強度を備えた冷
却管を接合するプラズマ対向部品の接合方法において、
前記耐熱ブロック内面の接合部に銅材を用いて軟質銅層
を形成し、次にこの軟質銅層に重ねて低融点材を用いて
中間層を形成し、この後該中間層に密着させてアルミナ
分散強化銅からなる管を接合するようにしたことを特徴
とするプラズマ対向部品の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7732193A JPH06285652A (ja) | 1993-04-05 | 1993-04-05 | プラズマ対向部品の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7732193A JPH06285652A (ja) | 1993-04-05 | 1993-04-05 | プラズマ対向部品の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06285652A true JPH06285652A (ja) | 1994-10-11 |
Family
ID=13630678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7732193A Pending JPH06285652A (ja) | 1993-04-05 | 1993-04-05 | プラズマ対向部品の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06285652A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000226273A (ja) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Plansee Ag | 熱的に高負荷可能な複合構造部材の製造方法 |
| JP2007171198A (ja) * | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Plansee Se | 核融合炉の第１壁成分 |
| EP2019153A1 (en) * | 2006-05-17 | 2009-01-28 | Toyo Seikan Kaisya, Ltd. | Gas supply pipe for plasma treatment |
-
1993
- 1993-04-05 JP JP7732193A patent/JPH06285652A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000226273A (ja) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Plansee Ag | 熱的に高負荷可能な複合構造部材の製造方法 |
| JP2007171198A (ja) * | 2005-12-23 | 2007-07-05 | Plansee Se | 核融合炉の第１壁成分 |
| EP2019153A1 (en) * | 2006-05-17 | 2009-01-28 | Toyo Seikan Kaisya, Ltd. | Gas supply pipe for plasma treatment |
| EP2019153A4 (en) * | 2006-05-17 | 2010-08-04 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | GAS SUPPLY HOSE FOR PLASMA PROCESSING |
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