JPH1119781A - ベリリウムのｈｉｐ接合法 - Google Patents
ベリリウムのｈｉｐ接合法Info
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- JPH1119781A JPH1119781A JP17378897A JP17378897A JPH1119781A JP H1119781 A JPH1119781 A JP H1119781A JP 17378897 A JP17378897 A JP 17378897A JP 17378897 A JP17378897 A JP 17378897A JP H1119781 A JPH1119781 A JP H1119781A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】後工程でのスリット加工の必要なしに、スリッ
ト入りベリリウム接合体を得る。 【解決手段】異種材料の表面に、タイル状のBe片を、隣
接相互間で0.2 〜2.5 mmのギャップを隔てて敷きつめ、
該ギャップにセラミック粉、カーボン粉または石膏粉を
充填したのち、全体をシース材で被覆し、ついで常法に
従う条件下でＨＩＰ処理を施す。
ト入りベリリウム接合体を得る。 【解決手段】異種材料の表面に、タイル状のBe片を、隣
接相互間で0.2 〜2.5 mmのギャップを隔てて敷きつめ、
該ギャップにセラミック粉、カーボン粉または石膏粉を
充填したのち、全体をシース材で被覆し、ついで常法に
従う条件下でＨＩＰ処理を施す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ベリリウムを、
銅合金やステンレス鋼などの異種合金と効果的に接合す
ることができる、ベリリウムのＨＩＰ接合法に関するも
のである。
銅合金やステンレス鋼などの異種合金と効果的に接合す
ることができる、ベリリウムのＨＩＰ接合法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】最近、ベリリウムが、材料試験炉の中性
子反射体や大型中性子加速器向けの反射体などの用途に
用いられている。このような用途では、通常、ベリリウ
ムペブルを大型の構造部材中に充填する形で使用に供さ
れているが、その構造をシンプルにするため、ベリリウ
ム板を、SUS 304 等のステンレス鋼やアルミナ分散強化
銅（DSCu）等の銅合金さらには両者の積層体と接合した
複合材が検討されている。また、その接合方法としては
ＨＩＰ接合法が注目を浴びている。
子反射体や大型中性子加速器向けの反射体などの用途に
用いられている。このような用途では、通常、ベリリウ
ムペブルを大型の構造部材中に充填する形で使用に供さ
れているが、その構造をシンプルにするため、ベリリウ
ム板を、SUS 304 等のステンレス鋼やアルミナ分散強化
銅（DSCu）等の銅合金さらには両者の積層体と接合した
複合材が検討されている。また、その接合方法としては
ＨＩＰ接合法が注目を浴びている。
【０００３】かようなベリリウム接合体において、その
使用に際し、温度の上昇、下降を伴う場合には、ベリリ
ウムとステンレス鋼または銅合金との熱膨張率の差に起
因して接合界面ではく離が生じるおそれがあることか
ら、かかる熱膨張率の違いに由来する異種金属間の熱応
力を緩和する目的で、ベリリウム板にスリットが入れら
れる。
使用に際し、温度の上昇、下降を伴う場合には、ベリリ
ウムとステンレス鋼または銅合金との熱膨張率の差に起
因して接合界面ではく離が生じるおそれがあることか
ら、かかる熱膨張率の違いに由来する異種金属間の熱応
力を緩和する目的で、ベリリウム板にスリットが入れら
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、かようなスリッ
ト加工は、ＨＩＰ処理を施した後に、機械加工や放電加
工等により実施されてきた。しかしながら、上記の方法
では、細溝の深溝加工を必要とし、しかもBeが難削材で
あることも相まって、工作上の難度が高く、また多大な
時間を必要とするところにも問題を残していた。
ト加工は、ＨＩＰ処理を施した後に、機械加工や放電加
工等により実施されてきた。しかしながら、上記の方法
では、細溝の深溝加工を必要とし、しかもBeが難削材で
あることも相まって、工作上の難度が高く、また多大な
時間を必要とするところにも問題を残していた。
【０００５】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、ベリリウムをタイル状のBe片として供給し、予
め各Be片間にギャップを設けておくことによって、後工
程でのスリット加工を省略または軽減することができ
る、新しいベリリウムのＨＩＰ接合法を提案することを
目的とする。
もので、ベリリウムをタイル状のBe片として供給し、予
め各Be片間にギャップを設けておくことによって、後工
程でのスリット加工を省略または軽減することができ
る、新しいベリリウムのＨＩＰ接合法を提案することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
ベリリウムと異種材料とをＨＩＰ接合するに際し、異種
材料の表面に、タイル状のベリリウム片を、隣接相互間
で 0.2〜2.5 mmのギャップを隔てて敷きつめると共に、
該ギャップにセラミック粉、カーボン粉または石膏粉を
充填し、ついで全体をシース材で被覆した後、常法に従
う条件下でＨＩＰ処理を行うことを特徴とするベリリウ
ムのＨＩＰ接合法である。
ベリリウムと異種材料とをＨＩＰ接合するに際し、異種
材料の表面に、タイル状のベリリウム片を、隣接相互間
で 0.2〜2.5 mmのギャップを隔てて敷きつめると共に、
該ギャップにセラミック粉、カーボン粉または石膏粉を
充填し、ついで全体をシース材で被覆した後、常法に従
う条件下でＨＩＰ処理を行うことを特徴とするベリリウ
ムのＨＩＰ接合法である。
【０００７】この発明において、代表的な異種材料とし
ては、ステンレス鋼や銅合金さらにはそれらの複合体が
挙げられる。
ては、ステンレス鋼や銅合金さらにはそれらの複合体が
挙げられる。
【０００８】また、この発明において、セラミック粉と
しては、アルミナ粉、ジルコニア粉、シリコンカーバイ
ト粉、シリカ粉、マグネシア粉、カルシア粉、窒化けい
素粉または窒化ボロン粉が有利に適合する。なお、カー
ボン粉を含めたこれらセラミック粉の好適粒径は 0.2μ
m 〜0.2 mm程度である。
しては、アルミナ粉、ジルコニア粉、シリコンカーバイ
ト粉、シリカ粉、マグネシア粉、カルシア粉、窒化けい
素粉または窒化ボロン粉が有利に適合する。なお、カー
ボン粉を含めたこれらセラミック粉の好適粒径は 0.2μ
m 〜0.2 mm程度である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明を具体的に説明す
る。さて、ＨＩＰ処理後のスリット加工を省略しようと
する場合、図１(a) に示すように、ステンレス鋼や銅合
金等の異種材料１の表面にBe片２を隙間をあけて並べる
ことが考えられるが、通常の場合には、ＨＩＰ時の圧力
により、同図(b) に示すように、Be片間の隙間はなくな
ってしまう。なお、図中番号３はシース材である。
る。さて、ＨＩＰ処理後のスリット加工を省略しようと
する場合、図１(a) に示すように、ステンレス鋼や銅合
金等の異種材料１の表面にBe片２を隙間をあけて並べる
ことが考えられるが、通常の場合には、ＨＩＰ時の圧力
により、同図(b) に示すように、Be片間の隙間はなくな
ってしまう。なお、図中番号３はシース材である。
【００１０】そこで、この発明では、図２に示すよう
に、各Be片２の間に変形防止材として、高温・高圧のＨ
ＩＰ処理によってもベリリウムやステンレス鋼、銅合金
等と反応せず、また強固には焼結しない、セラミック粉
やカーボン粉、石膏粉（硫酸カルシウム粉）４を充填す
るのである。かようなセラミック粉やカーボン粉、石膏
粉４を充填しておけば、たとえＨＩＰ処理を高温・高圧
条件下で施したとしても、従来のようにギャップが消失
することはなく、極めて効果的にスリット入りのベリリ
ウム接合体を得ることができる。
に、各Be片２の間に変形防止材として、高温・高圧のＨ
ＩＰ処理によってもベリリウムやステンレス鋼、銅合金
等と反応せず、また強固には焼結しない、セラミック粉
やカーボン粉、石膏粉（硫酸カルシウム粉）４を充填す
るのである。かようなセラミック粉やカーボン粉、石膏
粉４を充填しておけば、たとえＨＩＰ処理を高温・高圧
条件下で施したとしても、従来のようにギャップが消失
することはなく、極めて効果的にスリット入りのベリリ
ウム接合体を得ることができる。
【００１１】ここに、上記の用途に用いて好適なセラミ
ック粉としては、アルミナ粉、ジルコニア粉、シリコン
カーバイト粉、シリカ粉、マグネシア粉、窒化けい素粉
または窒化ボロン粉が挙げられる。というのは、これら
の粉末はいずれも、カーボン粉と同様、高温・高圧のＨ
ＩＰ処理によってもベリリウムやステンレス鋼、銅合金
などと反応せず、また強固な焼結体を形成しないからで
ある。なお、これらセラミック粉やカーボン粉、石膏粉
の粒径は 0.2μm 〜0.2 mm程度とすることが好ましい。
というのは、粒径が 0.2μm に満たないとＨＩＰ時に粒
子間の凝集が起こり、ＨＩＰ後にこれを除去することが
困難となり、一方 0.2mmを超えるとスリット空隙への粒
子の充填が不十分となり、ＨＩＰ後に所定のギャップを
維持することが難しくなるからである。
ック粉としては、アルミナ粉、ジルコニア粉、シリコン
カーバイト粉、シリカ粉、マグネシア粉、窒化けい素粉
または窒化ボロン粉が挙げられる。というのは、これら
の粉末はいずれも、カーボン粉と同様、高温・高圧のＨ
ＩＰ処理によってもベリリウムやステンレス鋼、銅合金
などと反応せず、また強固な焼結体を形成しないからで
ある。なお、これらセラミック粉やカーボン粉、石膏粉
の粒径は 0.2μm 〜0.2 mm程度とすることが好ましい。
というのは、粒径が 0.2μm に満たないとＨＩＰ時に粒
子間の凝集が起こり、ＨＩＰ後にこれを除去することが
困難となり、一方 0.2mmを超えるとスリット空隙への粒
子の充填が不十分となり、ＨＩＰ後に所定のギャップを
維持することが難しくなるからである。
【００１２】また、この発明において、ギャップｇの大
きさを、 0.2〜2.5 mmの範囲に限定した理由は、ギャッ
プｇが 0.2mmに満たないと、やはり異種金属間の熱応力
を十分に緩和することができず、一方 2.5mmを超えると
中性子反射体としての機能が低下するからである。
きさを、 0.2〜2.5 mmの範囲に限定した理由は、ギャッ
プｇが 0.2mmに満たないと、やはり異種金属間の熱応力
を十分に緩和することができず、一方 2.5mmを超えると
中性子反射体としての機能が低下するからである。
【００１３】さらに、この発明では、ＨＩＰ処理におけ
る処理条件は特に限定されることなく、常法（ 500〜85
0 ℃、 140〜250 MPa 程度）に従って処理すれば良いけ
れども、作業能率の面からは高温・高圧条件下で行うこ
とが好ましい。具体的には 750 〜850 ℃、 180〜220
MPa 程度の条件で実施することが好ましい。
る処理条件は特に限定されることなく、常法（ 500〜85
0 ℃、 140〜250 MPa 程度）に従って処理すれば良いけ
れども、作業能率の面からは高温・高圧条件下で行うこ
とが好ましい。具体的には 750 〜850 ℃、 180〜220
MPa 程度の条件で実施することが好ましい。
【００１４】上記の処理後、ギャップ中のセラミックや
カーボンなどは、真空吸引により、また固化した場合に
は軽い振動を与えたのちに真空吸引することにより、容
易に除去することができる。なお、上記したような簡単
な処理での除去が難しい場合には、セラミック粉やカー
ボン粉などを充填するのに先立って、予めギャップ構成
面に、ボロンナイトライドやカーボン系の離型剤を塗布
しておくことが好ましい。かくして、後工程でのスリッ
ト加工の必要なしに、スリット入りベリリウム接合体が
簡便に得られるのである。
カーボンなどは、真空吸引により、また固化した場合に
は軽い振動を与えたのちに真空吸引することにより、容
易に除去することができる。なお、上記したような簡単
な処理での除去が難しい場合には、セラミック粉やカー
ボン粉などを充填するのに先立って、予めギャップ構成
面に、ボロンナイトライドやカーボン系の離型剤を塗布
しておくことが好ましい。かくして、後工程でのスリッ
ト加工の必要なしに、スリット入りベリリウム接合体が
簡便に得られるのである。
【００１５】ところで、前掲図２に示したように、Be片
２を所定のギャップを隔てて正確に配置するには、かな
り煩雑な作業を必要とする。しかしながら、Be片の形状
とくに辺の形状を、図３に示すような形に予め加工して
おけばこのような煩雑さは解消される。すなわち、各辺
が相互に底部でのみ接触し、底部以外は隣接相互間で適
当なギャップｇが形成される辺形状になるタイル状に加
工しておくのである。ここに、Be片２の厚みが、通常、
10〜100 mm程度であることを考慮すると、Be片２の接触
域としての底部厚みｔは 0.5〜5.0 mm程度とするのが好
ましい。
２を所定のギャップを隔てて正確に配置するには、かな
り煩雑な作業を必要とする。しかしながら、Be片の形状
とくに辺の形状を、図３に示すような形に予め加工して
おけばこのような煩雑さは解消される。すなわち、各辺
が相互に底部でのみ接触し、底部以外は隣接相互間で適
当なギャップｇが形成される辺形状になるタイル状に加
工しておくのである。ここに、Be片２の厚みが、通常、
10〜100 mm程度であることを考慮すると、Be片２の接触
域としての底部厚みｔは 0.5〜5.0 mm程度とするのが好
ましい。
【００１６】また、Be片２の平面形状については、図４
(a), (b), (c) に示すような、四角形、三角形および平
行四辺形などが特に有利に適合するが、これだけに限定
されるものではなく、要は各Be片が相互に密接できる形
状のものであれば良い。
(a), (b), (c) に示すような、四角形、三角形および平
行四辺形などが特に有利に適合するが、これだけに限定
されるものではなく、要は各Be片が相互に密接できる形
状のものであれば良い。
【００１７】なお、Be片と異種材料たとえばDSCuを接合
する場合、Be片とDSCuとの間に、純Cu、Al−Ti、Ti−Cu
およびAl−Ti−Cuなどの軟質の中間層（２μm 〜２mm程
度）を設けることが好ましい。また、必要に応じて、Be
の拡散過剰による金属間化合物の成長を抑制する目的で
TiやNi−Tiなどのバリア層（数Å〜0.2 mm）を設けても
良い。ここに、中間層の形成方法は、箔を挿入する方
法、ＰＶＤによる膜形成方法等、従来公知の方法いずれ
もが適合する。
する場合、Be片とDSCuとの間に、純Cu、Al−Ti、Ti−Cu
およびAl−Ti−Cuなどの軟質の中間層（２μm 〜２mm程
度）を設けることが好ましい。また、必要に応じて、Be
の拡散過剰による金属間化合物の成長を抑制する目的で
TiやNi−Tiなどのバリア層（数Å〜0.2 mm）を設けても
良い。ここに、中間層の形成方法は、箔を挿入する方
法、ＰＶＤによる膜形成方法等、従来公知の方法いずれ
もが適合する。
【００１８】
【実施例】実施例１ DSCuの片面に、Be（グレードS65C）をＨＩＰ接合するに
当たり、縦：20mm、横：20mm、厚み：10mmのタイル状Be
片を用意した。なお、各Be片の底面には、予めNi−Tiの
複合膜（厚み：40μm)をＰＶＤ法により形成させておい
た。このようなBe片を、DSCuの上に 1.5mmのギャップを
隔てて縦、横それぞれ５列に並べ、ギャップ中に窒化ボ
ロンの微粉末（平均粒径：0.1 mm）を充填した後、全体
を厚み：２mmの SUS 304でシースし、温度：800 ℃、圧
力：200 MPa の条件下に２時間ＨＩＰ処理した。
当たり、縦：20mm、横：20mm、厚み：10mmのタイル状Be
片を用意した。なお、各Be片の底面には、予めNi−Tiの
複合膜（厚み：40μm)をＰＶＤ法により形成させておい
た。このようなBe片を、DSCuの上に 1.5mmのギャップを
隔てて縦、横それぞれ５列に並べ、ギャップ中に窒化ボ
ロンの微粉末（平均粒径：0.1 mm）を充填した後、全体
を厚み：２mmの SUS 304でシースし、温度：800 ℃、圧
力：200 MPa の条件下に２時間ＨＩＰ処理した。
【００１９】ＨＩＰ処理後、シース材を剥がしたのち、
真空吸引によって窒化ボロンの固形物は容易に除去する
ことができた。得られたベリリウム接合体の外観を観察
したところ、初期と同様な外観が得られていた。すなわ
ち、接合前に形成しておいたスリット溝は、ほとんどそ
のままのスリット幅で残っており、スリット幅の変化は
0.1mm以下に抑えられていた。また、Be片とDSCuとの接
合強度はせん断強度で 230 MPaであり、実用上、十分に
満足できる接合強度を得ることができた。
真空吸引によって窒化ボロンの固形物は容易に除去する
ことができた。得られたベリリウム接合体の外観を観察
したところ、初期と同様な外観が得られていた。すなわ
ち、接合前に形成しておいたスリット溝は、ほとんどそ
のままのスリット幅で残っており、スリット幅の変化は
0.1mm以下に抑えられていた。また、Be片とDSCuとの接
合強度はせん断強度で 230 MPaであり、実用上、十分に
満足できる接合強度を得ることができた。
【００２０】実施例２ Be（グレードS65C）をＨＩＰ接合するに当たり、図５に
示す形状のタイル状Be片を用意した。これらのBe片を、
CuCrZr合金板上に、Ti系合金の箔（厚み：30μm)の介挿
下に縦、横それぞれ５列づつ敷きつめた。ついで、ギャ
ップ中にアルミナの微粉末（平均粒径：0.05mm）を充填
した後、全体を厚み：３mmの SUS 304でシースし、温
度：700 ℃、圧力：150 MPa の条件下で２時間ＨＩＰ処
理した。
示す形状のタイル状Be片を用意した。これらのBe片を、
CuCrZr合金板上に、Ti系合金の箔（厚み：30μm)の介挿
下に縦、横それぞれ５列づつ敷きつめた。ついで、ギャ
ップ中にアルミナの微粉末（平均粒径：0.05mm）を充填
した後、全体を厚み：３mmの SUS 304でシースし、温
度：700 ℃、圧力：150 MPa の条件下で２時間ＨＩＰ処
理した。
【００２１】ＨＩＰ処理後、シース材を剥がしたのち、
Be面に軽い振動を与えてから真空吸引することによって
アルミナの固形物は容易に除去することができた。得ら
れたベリリウム接合体の外観を観察したところ、スリッ
ト幅の変化は 0.1mm以下であり、またBe片とCuCrZr合金
との接合状態もせん断強度：190 MPa と良好であった。
Be面に軽い振動を与えてから真空吸引することによって
アルミナの固形物は容易に除去することができた。得ら
れたベリリウム接合体の外観を観察したところ、スリッ
ト幅の変化は 0.1mm以下であり、またBe片とCuCrZr合金
との接合状態もせん断強度：190 MPa と良好であった。
【００２２】
【発明の効果】かくして、この発明によれば、ベリリウ
ムを異種材料に対してＨＩＰ接合するに際し、ベリリウ
ムに予め設けたスリットを消失させることなく効果的に
ＨＩＰ処理を行うことができ、従来、不可避とされた後
工程でのスリット加工を省略または軽減できるので、省
工程および低コスト化の面で偉効を奏する。
ムを異種材料に対してＨＩＰ接合するに際し、ベリリウ
ムに予め設けたスリットを消失させることなく効果的に
ＨＩＰ処理を行うことができ、従来、不可避とされた後
工程でのスリット加工を省略または軽減できるので、省
工程および低コスト化の面で偉効を奏する。
【図１】異種材料の表面にBe片を単に隙間をあけて並べ
た状態でＨＩＰ処理を施した場合の、ＨＩＰ処理前(a)
および処理後(b) におけるBe片の配置状態の違いを比較
して示した図である。
た状態でＨＩＰ処理を施した場合の、ＨＩＰ処理前(a)
および処理後(b) におけるBe片の配置状態の違いを比較
して示した図である。
【図２】各Be片の間に変形防止材として、セラミック粉
やカーボン粉、石膏粉等を充填した状態を示した図であ
る。
やカーボン粉、石膏粉等を充填した状態を示した図であ
る。
【図３】この発明に従う、タイル状Be片の好適辺形状を
示した図である。
示した図である。
【図４】この発明に従う、タイル状Be片の好適平面形状
を示した図である。
を示した図である。
【図５】実施例１におけるタイル状Be片の好適辺形状を
示した図である。
示した図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 ベリリウムと異種材料とをＨＩＰ接合す
るに際し、 異種材料の表面に、タイル状のベリリウム片を、隣接相
互間で 0.2〜2.5 mmのギャップを隔てて敷きつめると共
に、該ギャップにセラミック粉、カーボン粉または石膏
粉を充填し、ついで全体をシース材で被覆した後、常法
に従う条件下でＨＩＰ処理を行うことを特徴とするベリ
リウムのＨＩＰ接合法。 - 【請求項２】 請求項１において、異種材料が、ステン
レス鋼、銅合金またはそれらの複合体のいずれかである
ベリリウムのＨＩＰ接合法。 - 【請求項３】 請求項１または２において、セラミック
粉が、アルミナ粉、ジルコニア粉、シリコンカーバイト
粉、シリカ粉、マグネシア粉、カルシア粉、窒化けい素
粉または窒化ボロン粉であることを特徴とするベリリウ
ムのＨＩＰ接合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17378897A JP3167962B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | ベリリウムのｈｉｐ接合法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17378897A JP3167962B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | ベリリウムのｈｉｐ接合法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1119781A true JPH1119781A (ja) | 1999-01-26 |
| JP3167962B2 JP3167962B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=15967169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17378897A Expired - Lifetime JP3167962B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | ベリリウムのｈｉｐ接合法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3167962B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1702709A1 (en) * | 2005-03-17 | 2006-09-20 | Rolls-Royce plc | Assembly and method of manufacture of a component by hot isostatic pressing using tooling pieces for creating a cavity with the parts of the component |
| KR100813569B1 (ko) | 2006-10-30 | 2008-03-17 | 한국원자력연구원 | 기계적 또는 화학적 처리를 거친 베릴륨과 구리 합금의접합방법 |
| CN113770570A (zh) * | 2021-11-11 | 2021-12-10 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种铍材与不锈钢的薄壁件焊接工艺 |
-
1997
- 1997-06-30 JP JP17378897A patent/JP3167962B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1702709A1 (en) * | 2005-03-17 | 2006-09-20 | Rolls-Royce plc | Assembly and method of manufacture of a component by hot isostatic pressing using tooling pieces for creating a cavity with the parts of the component |
| KR100813569B1 (ko) | 2006-10-30 | 2008-03-17 | 한국원자력연구원 | 기계적 또는 화학적 처리를 거친 베릴륨과 구리 합금의접합방법 |
| CN113770570A (zh) * | 2021-11-11 | 2021-12-10 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司 | 一种铍材与不锈钢的薄壁件焊接工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3167962B2 (ja) | 2001-05-21 |
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