JPH1012397A

JPH1012397A - 加速器用タイル接合体

Info

Publication number: JPH1012397A
Application number: JP23694496A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Naba; 隆之那波; Kiyokazu Sato; 潔和佐藤; Osamu Takeda; 修竹田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】ベーキング処理などの加熱処理を施した後にお
いても高い接合強度を有し、耐熱サイクル性に優れた信
頼性が高い加速器用タイル接合体を提供する。【解決手段】ＣｕまたはＮｉから成る厚さが０．２mm以
上の緩衝材４ａをＳｉＣ焼結体製タイル２と金属板３と
の間に介装し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａ
から選択された少なくとも１種の活性金属を０．５〜
４．０重量％含有する銀−銅系ろう材層５ａを介して上
記ＳｉＣ焼結体製タイル２と緩衝材４ａと金属板３とを
一体に接合するとともに、ＳｉＣ焼結体製タイル２と接
合する側と反対側の金属板３の表面に、緩衝材４ｂおよ
び銀−銅系ろう材層５ａを介してＳｉＣ焼結体製補強タ
イル６を一体に接合して成ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炭化けい素（Ｓｉ
Ｃ）焼結体製タイルと金属板とを一体に接合した加速器
用タイル接合体に係り、特に加熱処理後においても高い
接合強度と密着性（封着性）を有し、しかも耐熱サイク
ル性に優れた信頼性の高い加速器用タイル接合体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】金属材と比較して優れた耐食性，耐摩耗
性を有するセラミックス材と、セラミックス材よりも構
造強度，靭性が優れた金属材とを一体に接合し、両者の
特性を兼備したセラミックス金属接合体が広い分野で実
用化されている。

【０００３】特に炭化けい素（ＳｉＣ）セラミックス
は、高熱伝導性を有し、かつ高強度である特徴を利用し
た構造部材として普及するとともに、その誘電体である
特徴を生かして、ビーム加速器のダミーロード等におけ
る高周波（電磁波）吸収体としての利用価値が大きいこ
とも明らかになっている。すなわち、種々の周波数成分
から成るビームを、ＳｉＣセラミックス製タイルを貼設
したダクトを通過させることにより、不要な高周波成分
（寄生モード）がＳｉＣセラミックスに吸収されて除去
されるため、ビームがより高純度化され、ビーム特性が
改善されることが知られている。ＳｉＣセラミックスを
このような用途で使用する場合、加速器へ組込むための
金属材との高い接合強度が必要不可欠となる。すなわ
ち、高周波吸収体としてのＳｉＣセラミックス製タイル
と金属板とを一体にしたタイル接合体においては、運転
条件に耐える信頼性の高い接合状態を維持することが必
須の要件となっている。

【０００４】従来からセラミックス材と金属材とを一体
に接合形成する方法として、高融点金属法（メタライズ
法），直接接合法，活性金属法などが採用されている。
高融点金属法は、ＭｏやＷなどの高融点金属を、例え
ば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などの酸化物系セラミック
ス材表面にＭｏ−Ｍｎ法により焼き付け（メタライズ）
た後に、銀（Ａｇ）ろう材を使用して金属材を一体に接
合する方法であり、直接接合法は、金属材成分と酸素と
の共晶液相を接合剤とし、ろう材などを使用せずに直接
金属材をセラミックス材表面に加熱接合する方法であ
り、活性金属法はＴｉなどの活性金属を含有するろう材
を介して金属材と非酸化物系セラミックス材とを一体に
接合する方法である。特に高強度で良好な封着性，信頼
性を必要とする接合体を得るためには、上記接合法のう
ち、活性金属法が一般に使用されている。

【０００５】図３は従来の加速器用タイル接合体の構造
例を示す断面図であり、この加速器用タイル接合体１
は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などから成る金属板３の一
方の表面に銅板などの緩衝材４を介して炭化けい素（Ｓ
ｉＣ）焼結体製タイル２を配置して構成される。また上
記金属板３と緩衝材４とＳｉＣ焼結体製タイル２とはそ
れぞれ銀−銅系ろう材層５を介して一体に接合されてい
る。

【０００６】上記加速器用タイル接合体１を構成するＳ
ｉＣ焼結体製タイル２は、他のセラミックス製タイルや
金属製タイルと比較して高い熱伝導率を有する。すなわ
ち、ＳｉＣ焼結体は、１００℃においてアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）焼結体やステンレス鋼の約２倍の熱伝導率を有
し、約４００℃においても、ステンレス鋼と同等の熱伝
導率を有する。

【０００７】さらに、ＳｉＣ焼結体はアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）や窒化けい素（Ｓｉ₃Ｎ₄）と比較して約３倍の
誘電率を有し、またＳｉＣ焼結体の誘電力率はＡｌ₂Ｏ
₃やＳｉ₃Ｎ₄と比較して約１００倍の値を有するた
め、高温度条件下で使用される加速器における高周波電
力の吸収体として優れている。

【０００８】上記加速器用タイル接合体には、構造強度
の基本となる高い接合強度が求められる一方、運転条件
下で繰り返して作用する熱サイクルに充分耐える構造を
保持するため、冷熱サイクル試験（ＴＣＴ）において、
タイル材と金属板との線膨張係数差に起因するクラック
の発生を抑制する必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術において、ＳｉＣ焼結体製タイルをＴｉなどの活性金
属を含有するろう材により金属板と一体に接合して成る
加速器用タイル接合体では、ＳｉＣの破壊靭性値が低い
こと、またＴｉ₅Ｓｉ₃などの脆弱な反応相が接合界面
に生成され易いため、十分な接合強度が得られない上
に、接合後の冷却過程において、ＳｉＣ焼結体製タイル
にクラックが発生し易く、高い信頼性を有する接合体が
得られないという問題点があった。

【００１０】特に厚さが５mm以上の大型のＳｉＣ焼結体
製タイルと金属板とを接合して大型の加速器用タイル接
合体を調製した場合には、均一に接合することが困難で
あり、またＳｉＣ焼結体製タイルと金属板との熱膨張係
数差によるバイメタル効果が顕著になり変形や接合後の
残留応力がかなり大きくなり、最悪の場合には、その残
留応力だけでＳｉＣ焼結体製タイルが破壊されてしまう
という問題点があった。

【００１１】また、一旦は高い接合強度で接合された場
合においても、その後に行なう熱処理工程において接合
強度が大幅に低下してしまうという問題点もあった。例
えば加速器等の高周波吸収体として高真空中で使用され
る加速器用タイル接合体においては、高真空中に接合体
のガス成分が放出されることを防止するため、使用前に
接合体を温度１５０〜２００℃で２４時間程度ベーキン
グ処理することがなされている。しかしながら、接合体
にベーキング処理を施した後における接合強度が、初期
強度に比較して大幅に劣化するという問題点もあった。

【００１２】さらに、活性金属を含有するろう材を使用
する活性金属法において、ろう材中に含有される活性金
属量や形成するろう材層の厚さについては充分な検討が
なされていないため、充分な接合強度が得られないとい
う問題点もあった。

【００１３】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、ベーキング処理などの加熱処理を施し
た後においても高い接合強度を有し、耐熱サイクル性に
優れた信頼性が高い加速器用タイル接合体を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】また、大型に形成した場合においても残留
応力の影響が少なく、クラックの発生が少なく、かつ良
好な密着性（封着性）と高信頼性とを有する加速器用タ
イル接合体を提供することを他の目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願第１の発明に係る加速器用タイル接合体は、Ｃ
ｕまたはＮｉから成る厚さが０．２mm以上の緩衝材をSi
C 焼結体製タイルと金属板との間に介装し、Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａから選択された少なくと
も１種の活性金属を０．５〜４．０重量％含有する銀−
銅系ろう材層を介して上記ＳｉＣ焼結体製タイルと緩衝
材と金属板とを一体に接合するとともに、ＳｉＣ焼結体
製タイルと接合する側と反対側の金属板の表面に、緩衝
材および銀−銅系ろう材層を介してＳｉＣ焼結体製補強
タイルを一体に接合して成ることを特徴とする。

【００１６】また、本願第２の発明に係る加速器用タイ
ル接合体は、０．２％耐力が２００ＭＰａ以下である金
属板の表面に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａ
から選択された少なくとも１種の活性金属を０．５〜
４．０重量％含有する銀−銅系ろう材層を介してＳｉＣ
焼結体製タイルを一体に接合して成ることを特徴とす
る。さらに、ＳｉＣ焼結体製タイルと接合する側と反対
側の金属板の表面に、前記銀−銅系ろう材層を介してＳ
ｉＣ焼結体製補強タイルを一体に接合するとよい。

【００１７】また、上記銀−銅系ろう材層の厚さは５〜
４０μｍの範囲とすることが好ましい。

【００１８】さらに上記発明において、銀−銅系ろう材
層が、さらにＩｎ，ＺｎおよびＳｎから選択された少な
くとも１種の成分を５〜２０重量％含有するように構成
するとよい。また、銀−銅系ろう材層が、さらにカーボ
ン（Ｃ）を０．１〜１０重量％含有するように構成する
とよい。またＳｉＣ焼結体が常圧焼結法または雰囲気加
圧焼結法によって形成されたことを特徴とする。

【００１９】本発明において使用される金属板はＳｉＣ
焼結体製タイルおよび補強タイルを保持固定するための
構造材であり、ステンレス（ＳＵＳ）鋼板，コバール合
金板，ニッケル板，銅板などの各種金属板が使用され
る。特に０．２％耐力が２００ＭＰａ以下であるよう
な、例えば銅板やニッケル板などの軟質金属板を用いる
ことにより、金属板自体に応力緩和機能をもたせること
が可能となり、ＣｕやＮｉから成る緩衝材を用いること
なく、ＳｉＣ焼結体製タイルに生じる残留応力を低減す
る作用が発揮される。そのため金属板やＳｉＣ焼結体製
タイルの厚さが５mm以上となるような大型の加速器用タ
イル接合体を形成した場合においても残留応力を小さく
することが可能になり、耐久性および信頼性に優れた加
速器用タイル接合体が得られる。

【００２０】上記金属板およびＳｉＣ焼結体製タイルの
形状は、特に限定されず、正方形や長方形状の板状に形
成してもよいが、リング状に形成してもよい。特にリン
グ状の金属板表面に、同じくリング状のＳｉＣ焼結体製
タイルを一体に接合して形成したタイル接合体を、円筒
内の軸方向に多数連設することにより、加速器用ダクト
が形成される。

【００２１】本発明において銀−銅系ろう材層を形成す
るためのろう材としては、重量％でＣｕを１５〜３５
％，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａから選択さ
れる少なくとも１種の活性金属を０．５〜４．０％，残
部が実質的にＡｇから成る組成物の箔体またはペースト
が使用される。ペーストとしては上記組成物を有機溶媒
中に分散して調製したものが使用される。

【００２２】上記ろう材組成物において、Ａｇ−Ｃｕ成
分は、ＳｉＣ焼結体製タイルとＴｉなどの活性金属との
接合層の形成を促進する成分として有効であり、Ｔｉな
どの活性金属を拡散させ強固なタイル接合体を形成する
のに寄与する。上記Ａｇ−Ｃｕ成分比は、共晶組成物
（７２重量％Ａｇ−２８％Ｃｕ）を生成し易い組成比に
設定して液相の生成量を低減してもよいが、他の組成範
囲でも構わない。

【００２３】上記ろう材中に含有されるＴｉなどの活性
金属はＳｉＣ焼結体製タイルに対するろう材の濡れ性を
改善するための成分であり、それらの配合量は組成物全
体に対して０．５〜４．０重量％に設定される。活性金
属の含有量が０．５重量％未満の場合には、濡れ性の改
善効果が得られない一方、含有量が多いほどＳｉＣと濡
れ易くなる作用を有するが、含有量が４．０重量％を超
える過量となると、接合界面にＴｉ₅Ｓｉ₃などの脆弱
な反応相が生成され易くなり、接合強度の低下とともに
接合体全体としての構造強度の低下を招く。活性金属の
含有量は０．５〜２．５重量％の範囲がより好ましい。

【００２４】上記ろう材中にはＩｎ，ＺｎおよびＳｎか
ら選択された少なくとも１種の成分を５〜２０重量％の
割合で添加してもよい。Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｎはろう材によ
る接合温度を低下させ、接合後における残留応力を低下
するために有効である。添加含有量が５重量％未満で
は、上記接合温度の低減効果が少ない。一方、２０重量
％を超えると、ろう材組成の変化が大きくなり、信頼性
を高めるに十分な接合強度が得られない。

【００２５】また上記ろう材中に、さらにカーボン
（Ｃ）を０．１〜１０重量％の割合で含有させるとよ
い。すなわち、カーボン（Ｃ）粉末は接合部の残留応力
を低減し、タイル接合体の耐熱サイクル性の向上に寄与
する成分である。すなわち、カーボン粉末の線膨張係数
は約４×１０^-6／Ｋであり、このカーボン粉末をろう材
組成物中に含有させることにより、ろう材層自体の線膨
張係数がＳｉＣ焼結体の線膨張係数に近くなる。そのた
め金属板とＳｉＣ焼結体タイルとの接合操作後における
接合体の残留応力の低減が図られ、接合体の耐熱サイク
ル性を向上させることができる。

【００２６】このカーボン添加による残留応力低減効果
は、特に金属板やＳｉＣ焼結体タイルの厚さが５mm以上
であるような大型のタイル接合体を形成する場合に顕著
になる。

【００２７】また、ろう材層中にカーボン（Ｃ）を添加
すると、ＴｉとＣ成分とが反応してＴｉＣなどの強固な
反応層が形成され易くなる一方、Ｔｉ₅Ｓｉ₃などの脆
弱な反応層が生成されにくくなり、ＳｉＣ焼結体製タイ
ルの強度が低下せず、タイル接合体の構造強度を増加さ
せる効果がある。

【００２８】上記カーボン粉末の含有量が０．１重量％
未満の場合には、上記残留応力の緩和による耐熱サイク
ル性の改善効果が不十分である。一方、カーボン粉末の
含有量が１０重量％を超えると、ろう材組成物をペース
ト化することが困難となり、例えばスクリーン印刷法に
よってろう材層を形成することが困難になる。また、ろ
う材層を形成できた場合でもタイル接合体の接合強度が
低下してしまう。したがってカーボン粉末の含有量は
０．１〜１０重量％の範囲とされるが、０．１〜５．０
重量％の範囲が好ましく、さらに、０．５〜１．５重量
％の範囲がより好ましい。

【００２９】なお、上記カーボン粉末としては、平均粒
径が１０μｍ以下のＣ粉末を使用するとよい。平均粒径
が１０μｍを超えるような粗大なカーボン粉末を使用す
るとろう材組成物ペーストを均一に調製することが困難
であり、またペーストをスクリーン印刷することが困難
になる。カーボン粉末の平均粒径は５μｍ以下がさらに
好ましい。

【００３０】銀−銅系ろう材層の厚さはタイル接合体の
接合強度に大きな影響を及ぼすものであり、本発明では
５〜４０μｍの範囲に設定される。ろう材層の厚さが５
μｍ未満の場合には、密着性が損われ、接合強度が充分
に得られず、またＳｉＣ焼結体製タイルと金属板との密
着性が低下し、タイル接合体全体としての熱抵抗が増大
し、放熱性が低下してしまう。一方、ろう材層の厚さが
４０μｍを超えると、脆弱な反応相が生成され易くなる
とともにＳｉＣ焼結体製タイルに生じる応力が大きくな
るため、いずれにしろ充分な接合強度が得られない。接
合時に用いるろう材としては、箔状またはペースト状の
ろう材のいずれも使用できる。ペースト状のろう材を使
用する場合、ろう材層の塗布厚さは１５〜３５μｍの範
囲がより好ましい。

【００３１】またＳｉＣ焼結体は前記の通り強度は大き
い反面、破壊靭性値が小さいため、僅かな残留応力によ
ってクラックを生じ易い。そこでＳｉＣ焼結体製タイル
に生じる残留応力を緩和するためには、軟質金属で形成
した緩衝材を、ＳｉＣ焼結体製タイルと金属板との間に
介装するとよい。緩衝材は、接合する金属材より降伏応
力が小さい軟質金属で構成するとよい。具体的には銅
（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）で厚さ０．２mm以上の
ものを使用する。緩衝材の厚さが０．２mm未満の場合で
は応力の緩衝効果は少なく、厚さが０．２〜０．８mm程
度のものが好ましい。

【００３２】ＳｉＣ焼結体製タイルと金属板とを接合し
て加速器用タイル接合体を形成する場合において、Ｓｉ
Ｃ焼結体製タイルと接合する側と反対側の金属板の表面
に、上記緩衝材およびろう材層を介してＳｉＣ焼結体製
補強タイル（ＳｉＣバックアップタイル）を接合すると
よい。

【００３３】上記ＳｉＣ焼結体製補強タイルを金属板の
反対側に一体に接合することにより、従来のバイメタル
効果によるタイル接合体の変形や残留応力による割れを
解消することができる。すなわち金属板の一方の表面の
みにＳｉＣ焼結体製タイルを接合した従来構造の加速器
用タイル接合体においては、ＳｉＣ焼結体製タイルと金
属板との線膨張係数差によるバイメタル効果が大きくな
るため、タイル接合後における残留応力がかなり大きな
値に達し、最悪の場合にはこの残留応力によってＳｉＣ
焼結体製タイルが破壊される場合が多かった。

【００３４】しかるに、本願発明のように金属板の反対
側にもＳｉＣ焼結体製補強タイルを接合することによ
り、接合後における残留応力がかなり低減される結果、
クラックなどの発生が少なく、信頼性の高い加速器用タ
イル接合体が得られる。この信頼性の改善効果は、加速
器用タイル接合体の構成材の寸法が大きいほど顕著であ
り、大型化が進展する加速器の構成部品として極めて有
用である。

【００３５】本発明に係る加速器用タイル接合体は、例
えば以下のような手順で製造される。すなわち、反応焼
結法以外の常圧焼結法等によって調製されたＳｉＣ焼結
体製タイルおよび補強タイルと金属板との接合面に、Ｔ
ｉなどの活性金属を０．５〜４．０重量％含有する箔状
またはペースト状のＡｇ−Ｃｕ系ろう材組成物を配置
し、さらに緩衝材を配置した状態で金属板を押圧し、１
０^-4Torr以下の真空状態にした加熱炉中で、温度８００
〜８３０℃で１０〜１５分保持して一体に接合して製造
される。

【００３６】上記製法において、接合温度が８００℃未
満と低い場合にはろう材が充分に溶融しないため、Ｓｉ
Ｃ焼結体製タイルおよび補強タイルと金属板との密着性
が低下してしまう。一方、接合温度が８３０℃を超える
と接合面に脆弱な反応相が生成され易く、いずれにして
も接合強度が低下してしまう。

【００３７】ここで、ろう材中にＩｎ，ＺｎおよびＳｎ
から選択された少なくとも１種の成分が５〜２０重量％
含有される場合には、ろう材の溶融温度が下がる結果、
７００〜８００℃の低温度範囲で接合を行うことができ
る。また接合温度を低くすることができるため、接合後
におけるタイル接合体の残留応力を低減する上で極めて
有効である。

【００３８】本発明に係る加速器用タイル接合体は、常
圧焼結法等により焼成されたＳｉＣ焼結体製タイルと金
属板との間に前記緩衝材および銀−銅系ろう材層を配置
形成して圧着する一方、金属板の反対側の面に、上記緩
衝材およびろう材層を介してＳｉＣ焼結体製補強タイル
（バックアップタイル）を圧着し、同様に加熱炉内にて
加熱処理して製造される。なお、上記銀−銅系ろう材を
用いてＳｉＣ焼結体製タイルおよび補強タイルの接合面
をメタライズ処理後、ＢＡｇ−８などの銀ろう材を使用
して金属板と接合してもよい。

【００３９】なお反応焼結法で形成されたＳｉＣ焼結体
では、遊離けい素（free Si）が多量に存在し、接合が
困難となるため、本発明で使用するＳｉＣ焼結体は、Ｓ
ｉＣ原料粉末を常圧焼結法，雰囲気加圧焼結法，熱間静
水圧加圧焼結法（ＨＩＰ法）によって焼結したものに限
定される。

【００４０】上記構成に係る加速器用タイル接合体によ
れば、適正量の活性金属を含有する適正厚さのろう材層
を介してＳｉＣ焼結体製タイルと金属板とが接合されて
いるため、ＳｉＣ焼結体製タイルと金属板との接合面で
充分な接合強度が得られ、またベーキング処理などの熱
処理を実施した後においても、接合強度が熱処理前の初
期接合強度と比較して劣化することが少なく、優れた耐
熱サイクル特性を発揮し、信頼性が高い加速器用タイル
接合体が得られる。

【００４１】またＳｉＣ焼結体製タイルと金属板との間
に、ＣｕやＮｉから成る緩衝材を介装することにより、
ＳｉＣ焼結体製タイルに発生した残留応力を緩和するこ
とが可能となり、クラックの発生が少ない加速器用タイ
ル接合体が得られる。

【００４２】さらにＳｉＣ焼結体製タイルと接合する側
と反対側の金属板の表面に、上記緩衝材およびろう材層
を介してＳｉＣ焼結体製補強タイル（ＳｉＣバックアッ
プタイル）を接合することにより、接合後における残留
応力がかなり低減される結果、クラックなどの発生が少
なく、信頼性の高い加速器用タイル接合体が得られる。
この信頼性の改善効果は、加速器用タイル接合体の構成
材の寸法が大きいほど顕著であり、大型化が進展する加
速器の構成部品として極めて有用である。

【００４３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について以
下の実施例および添付図面を参照して説明する。

【００４４】実施例１〜３表１に示すような組成を有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材を用
意するとともに、常圧焼結法によって製造した縦１００
mm×横３０mm×厚さ５mmのＳｉＣ焼結体製タイルと、こ
のタイルと同一寸法を有するＳｉＣ焼結体製補強タイル
と、縦１１０mm×横５０mm×厚さ１mmのＳＵＳ３０４製
金属板とを用意した。そして、図１に示すように、ＳＵ
Ｓ３０４製金属板３の上面に、Ｃｕから成る所定厚さの
緩衝材４ａを介在させて上記ＳｉＣ焼結体製タイル２を
配置した。

【００４５】一方、上記タイル２と接合する側と反対側
のＳＵＳ３０４製金属板３の下面に、表１に示す所定厚
さの緩衝材４ｂを介して、上記タイル２と同寸法のＳｉ
Ｃ焼結体製補強タイル（バックアップタイル）６を配置
した。そして上記各部材の接合面に厚さ２０μｍのＡｇ
−Ｃｕ系ろう材層５ａを形成して相互に圧着した。次に
この圧着体を１×１０^-4Torr以下の高真空雰囲気に調整
した加熱炉内に収容し、表１に示す接合温度に加熱して
１０分間保持することにより、各部材を相互に接合せし
めて、実施例１〜３に係る加速器用タイル接合体１ａを
調整した。

【００４６】比較例１〜３一方、実施例１〜３において、タイル２側の緩衝材４ａ
およびＳｉＣ焼結体製補強タイル（バックアップタイ
ル）８側の緩衝材４ｂを配設しない点以外は実施例１〜
３と同一条件で処理することにより、それぞれ対応する
比較例１〜３に係る加速器用タイル接合体を調製した。

【００４７】こうして調製した実施例１〜３および比較
例１〜３の加速器用タイル接合体について、ＳｉＣ焼結
体製タイルにおけるクラックの発生の有無を調査すると
ともに、各加速器用タイル接合体について超音波探傷装
置を使用して接合面の剥離の有無を調査し、各接合面に
おける部材の密着性の良否を評価した。調査結果を下記
表１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】表１に示す結果から明らかなように、接合
部に所定厚さの緩衝材４ａ，４ｂを介装して形成した各
実施例の加速器用タイル接合体においては接合部に発生
する応力が緩衝材４ａ，４ｂによって緩和されるため、
タイル部にクラックを発生させることなく接合でき、し
かも接合界面の剥れもなく、良好な密着性が得られた。

【００５０】一方、緩衝材４ａ，４ｂを介装しない比較
例１〜３においては、接合後にクラックが発生し、破壊
されたものが多く、またクラックを発生させずに接合が
できた場合（比較例２）においても、接合界面の周辺部
に剥れが発生するものが多く、十分な密着性が得られて
いないことが判明した。

【００５１】実施例４〜１１表２に示すような組成を有するＡｇ−Ｃｕ系ろう材を用
意するとともに、常圧焼結法によって製造した縦１００
mm×横３０mm×厚さ５mmのＳｉＣ焼結体製タイルと、こ
のタイルと同一寸法を有するＳｉＣ焼結体製補強タイル
と、縦１１０mm×横５０mm×厚さ１mmのＣｕまたはＮｉ
製金属板とを用意した。そして、図２に示すように、Ｃ
ｕまたはＮｉ製金属板３ａの上面に、表２に示す各Ａｇ
−Ｃｕ系ろう材層５ｂ（厚さ２０μｍ）を介在させて上
記ＳｉＣ焼結体製タイル２を配置した。

【００５２】一方、上記タイル２と接合する側と反対側
の金属板３ａの下面に、表２に示す組成のＡｇ−Ｃｕ系
ろう材層５ｂ（厚さ２０μｍ）を介して、上記タイル２
と同寸法のＳｉＣ焼結体製補強タイル（バックアップタ
イル）６を配置し圧着した。次にこの圧着体を１×１０
^-4Torr以下の高真空雰囲気に調整した加熱炉内に収容
し、表２に示す接合温度に加熱して１０分間保持するこ
とにより、各部材を相互に接合せしめて、実施例４〜１
１に係る加速器用タイル接合体１ｂをそれぞれ調整し
た。

【００５３】比較例４〜７一方、表２に示すように、ＣｕまたはＮｉ金属板に代え
てＳＵＳ３０４板（比較例４〜５）、４２アロイ板（比
較例６），コバール合金板（比較例７）を使用した点以
外は実施例４〜７と同一条件で処理することにより、そ
れぞれ対応する比較例４〜７に係る加速器用タイル接合
体を調製した。

【００５４】こうして調製した実施例４〜１１および比
較例４〜７の加速器用タイル接合体について、ＳｉＣ焼
結体製タイルにおけるクラックの発生の有無を調査する
とともに、各加速器用タイル接合体について超音波探傷
装置を使用して接合面の剥離の有無を調査し、各接合面
における部材の密着性の良否を評価した。調査結果を下
記表２に示す。

【００５５】

【表２】

【００５６】表２に示す結果から明らかなように、金属
板３ａとして０．２％耐力が７０，１００ＭＰａのＣｕ
板またはＮｉ板を使用して形成した各実施例の加速器用
タイル接合体においては接合部に発生する応力が金属板
３ａによって緩和されるため、タイル部２，６にクラッ
クを発生させることなく接合でき、しかも接合界面の剥
れもなく、良好な密着性が得られた。

【００５７】一方、金属板として０．２％耐力が２３０
〜２９０ＭＰａと過大なＳＵＳ３０４板や４２アロイ板
やコバール合金板を使用した比較例４〜７においては、
接合後にクラックが発生し、ＳｉＣタイル部が多数の小
片状になるまで破壊されたものが多く、十分な耐久性が
得られていないことが判明した。

【００５８】また、ろう材層中にカーボン粉末を含有さ
せていない実施例４〜７に係るタイル接合体と、カーボ
ン粉末を含有させた実施例８〜１１に係るタイル接合体
とについて、−４０℃から＋１２５℃の温度範囲におい
て加熱と冷却とを繰り返す冷熱サイクル試験を実施し
た。その結果、カーボン粉末を含有させた実施例８〜１
１のタイル接合体の方が実施例４〜７の場合と比較し
て、割れが発生するまでの冷熱サイクル数が２５〜３０
％増加し、より優れた耐久性を有することが判明した。

【００５９】このように本実施例によれば、ＳｉＣ焼結
体製タイルや金属板の寸法が大きい場合であっても、ク
ラックを発生させることなく、しかも部材間の密着性が
良好であり、信頼性が高い加速器用タイル接合体を得る
ことが可能になった。

【００６０】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る加速器用
タイル接合体によれば、適正量の活性金属を含有する適
正厚さのろう材層を介してＳｉＣ焼結体製タイルと金属
板とが接合されているため、ＳｉＣ焼結体製タイルと金
属板との接合面で充分な接合強度が得られ、またベーキ
ング処理などの熱処理を実施した後においても、接合強
度が熱処理前の初期接合強度と比較して劣化することが
少なく、優れた耐熱サイクル特性を発揮し、信頼性が高
い加速器用タイル接合体が得られる。

【００６１】またＳｉＣ焼結体製タイルと金属板との間
に、ＣｕやＮｉから成る緩衝材を介装することにより、
ＳｉＣ焼結体製タイルに発生した残留応力を緩和するこ
とが可能となり、クラックの発生が少ない加速器用タイ
ル接合体が得られる。

【００６２】さらにＳｉＣ焼結体製タイルと接合する側
と反対側の金属板の表面に、上記緩衝材およびろう材層
を介してＳｉＣ焼結体製補強タイル（ＳｉＣバックアッ
プタイル）を接合することにより、接合後における残留
応力がかなり低減される結果、クラックなどの発生が少
なく、信頼性の高い加速器用タイル接合体が得られる。
この信頼性の改善効果は、加速器用タイル接合体の構成
材の寸法が大きいほど顕著であり、大型化が進展する加
速器の構成部品として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加速器用タイル接合体の一実施例
を示す断面図。

【図２】本発明に係る加速器用タイル接合体の他の実施
例を示す断面図。

【図３】従来の加速器用タイル接合体の構造例を示す断
面図。

【符号の説明】１，１ａ，１ｂ加速器用タイル接合体（ＳｉＣ／金属
接合体）２ＳｉＣ焼結体製タイル３，３ａ金属板４，４ａ，４ｂ緩衝材（Ｃｕ板）５，５ａ，５ｂ銀−銅系ろう材層６ＳｉＣ焼結体製補強タイル（バックアップタイル）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣｕまたはＮｉから成る厚さが０．２mm
以上の緩衝材をSiC焼結体製タイルと金属板との間に介
装し、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴａから選択
された少なくとも１種の活性金属を０．５〜４．０重量
％含有する銀−銅系ろう材層を介して上記ＳｉＣ焼結体
製タイルと緩衝材と金属板とを一体に接合するととも
に、ＳｉＣ焼結体製タイルと接合する側と反対側の金属
板の表面に、緩衝材および銀−銅系ろう材層を介してＳ
ｉＣ焼結体製補強タイルを一体に接合して成ることを特
徴とする加速器用タイル接合体。
【請求項２】０．２％耐力が２００ＭＰａ以下である
金属板の表面に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，ＮｂおよびＴ
ａから選択された少なくとも１種の活性金属を０．５〜
４．０重量％含有する銀−銅系ろう材層を介してＳｉＣ
焼結体製タイルを一体に接合して成ることを特徴とする
加速器用タイル接合体。
【請求項３】ＳｉＣ焼結体製タイルと接合する側と反
対側の金属板の表面に、前記銀−銅系ろう材層を介して
ＳｉＣ焼結体製補強タイルを一体に接合したことを特徴
とする請求項２記載の加速器用タイル接合体。
【請求項４】金属板の厚さが５mm以上であることを特
徴とする請求項１または２記載の加速器用タイル接合
体。
【請求項５】ＳｉＣ焼結体製タイルまたはＳｉＣ焼結
体製補強タイルの厚さが５mm以上であることを特徴とす
る請求項１または２記載の加速器用タイル接合体。
【請求項６】銀−銅系ろう材層の厚さが５〜４０μｍ
であることを特徴とする請求項１または２記載の加速器
用タイル接合体。
【請求項７】銀−銅系ろう材層は、さらにＩｎ，Ｚｎ
およびＳｎから選択された少なくとも１種の成分を５〜
２０重量％含有することを特徴とする請求項１または２
記載の加速器用タイル接合体。
【請求項８】銀−銅系ろう材層は、さらにカーボン
（Ｃ）を０．１〜１０重量％含有することを特徴とする
請求項１または２記載の加速器用タイル接合体。
【請求項９】ＳｉＣ焼結体が常圧焼結法または雰囲気
加圧焼結法によって形成されたことを特徴とする請求項
１または２記載の加速器用タイル接合体。