JPS62167041A - 黒鉛と金属からなる複合材 - Google Patents
黒鉛と金属からなる複合材Info
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- JPS62167041A JPS62167041A JP1039986A JP1039986A JPS62167041A JP S62167041 A JPS62167041 A JP S62167041A JP 1039986 A JP1039986 A JP 1039986A JP 1039986 A JP1039986 A JP 1039986A JP S62167041 A JPS62167041 A JP S62167041A
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Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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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
【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黒鉛と金属から
なる複合材に関する。
なる複合材に関する。
一般に金属と黒鉛とは互いに熱膨張率が大きく異なって
いる。例えば鉄鋼系のm膨張係数は13〜18X 10
”であるのに対し、黒鉛の線膨張係数は2〜5X10”
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
lX10’より小さい場合である。
いる。例えば鉄鋼系のm膨張係数は13〜18X 10
”であるのに対し、黒鉛の線膨張係数は2〜5X10”
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
lX10’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金属の収縮率の方が大きい
ため両者に寸法差を生じて大きな残留応力が発生し、橿
端な場合には黒鉛が破壊することがある。
すると、接合後の冷却過程で金属の収縮率の方が大きい
ため両者に寸法差を生じて大きな残留応力が発生し、橿
端な場合には黒鉛が破壊することがある。
一例として、第3図に示されるようなカップ状あるいは
パイプ状のクロム銅からなる金属材1の外側に円筒状の
黒鉛2を被着するに当って、両者を例えばニッケル箔な
どの結合材3を介して拡散接合(または硬ろう付け)し
たと仮定する。この場合、接合時の高温状態で金属材1
の外面が黒鉛2の内面に密着するように各部の寸法が設
定されていると、接合後の冷却過程で金属材1は黒鉛2
に対して相対的に収縮する。金属材1は径方向ばかりで
なく軸方向にも収縮するため、金属材1に接合されてい
る黒鉛2は、その軸方向に撓むような力を受ける。この
ため黒鉛2の端部2a、2bなどにクラックが生じたり
、クラックが進展して破壊に至ることがある。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
はろう付けによって作るのは困難であった。
パイプ状のクロム銅からなる金属材1の外側に円筒状の
黒鉛2を被着するに当って、両者を例えばニッケル箔な
どの結合材3を介して拡散接合(または硬ろう付け)し
たと仮定する。この場合、接合時の高温状態で金属材1
の外面が黒鉛2の内面に密着するように各部の寸法が設
定されていると、接合後の冷却過程で金属材1は黒鉛2
に対して相対的に収縮する。金属材1は径方向ばかりで
なく軸方向にも収縮するため、金属材1に接合されてい
る黒鉛2は、その軸方向に撓むような力を受ける。この
ため黒鉛2の端部2a、2bなどにクラックが生じたり
、クラックが進展して破壊に至ることがある。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
はろう付けによって作るのは困難であった。
従って金属と黒鉛からなる複合材は、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った単
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っ
た。
な円柱同志の接合や小さな直方体同志の接合といった単
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っ
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
る焼き嵌めや冷や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って充分な締結強度が得られなか
った。
る焼き嵌めや冷や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って充分な締結強度が得られなか
った。
また、接着剤によっ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。
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、黒鉛製の外筒と、この外筒の内部に挿入され
る金属製の内筒と、この金属内筒と上記黒鉛外筒との間
に介在させられかつ黒鉛外筒と金属内筒との熱膨張率の
差を塑性変形で緩和する軟質金属からなる筒状のインサ
ート材とを具備し、かつ上記黒鉛外筒と金属内筒を拡散
接合あるいは硬ろう付け等の高温で行なう接合手段によ
り上記インサート材を介して互いに接合させたことを特
徴とする黒鉛と金属からなる複合材である。 上記イン
サート材は例えば純銅あるいは純アルミニウムなどの軟
質な金属が適する。
る金属製の内筒と、この金属内筒と上記黒鉛外筒との間
に介在させられかつ黒鉛外筒と金属内筒との熱膨張率の
差を塑性変形で緩和する軟質金属からなる筒状のインサ
ート材とを具備し、かつ上記黒鉛外筒と金属内筒を拡散
接合あるいは硬ろう付け等の高温で行なう接合手段によ
り上記インサート材を介して互いに接合させたことを特
徴とする黒鉛と金属からなる複合材である。 上記イン
サート材は例えば純銅あるいは純アルミニウムなどの軟
質な金属が適する。
上記構成の複合材において、金属内筒は黒鉛外筒との間
に軟質金属からなるインサート材を介して接合されてお
り、黒鉛と金属の熱膨張率の差がこのインサート材の塑
性変形によって緩和されるので、例えば冷却過程で黒鉛
が破損することを防止できる。
に軟質金属からなるインサート材を介して接合されてお
り、黒鉛と金属の熱膨張率の差がこのインサート材の塑
性変形によって緩和されるので、例えば冷却過程で黒鉛
が破損することを防止できる。
上記複合材の黒鉛外筒と金属内筒は互いに硬ろう付けあ
るいは拡散接合などの高温接合によって行なわれている
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。
るいは拡散接合などの高温接合によって行なわれている
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の内側に挿入される金属製
の内筒7と、これら黒鉛外筒6と金属内筒7との間に設
けられたインサート材8を備えている。黒鉛外筒6は、
両端が開口する円筒形状である。
の外筒6と、この黒鉛外筒6の内側に挿入される金属製
の内筒7と、これら黒鉛外筒6と金属内筒7との間に設
けられたインサート材8を備えている。黒鉛外筒6は、
両端が開口する円筒形状である。
金属内筒7は本実施例の場合、一端側が開口するカップ
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、ニッケル、チタン、鉄゛鋼、ある
いはこれらの合金が用いられる。金属内筒7はカップ型
に限るものではなく、例えば両端が開口したバイブ状で
あってもよい。
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、ニッケル、チタン、鉄゛鋼、ある
いはこれらの合金が用いられる。金属内筒7はカップ型
に限るものではなく、例えば両端が開口したバイブ状で
あってもよい。
インサート材8は円筒状をなし、厚さは例えば0.5戴
ないし2.Omta位である。このインサート材8は、
黒鉛外筒6と金属内筒7との熱膨張率の差を塑性変形で
緩和するためのもので、例えば純銅あるいは純アルミニ
ウムなどのような軟質金属からなる。
ないし2.Omta位である。このインサート材8は、
黒鉛外筒6と金属内筒7との熱膨張率の差を塑性変形で
緩和するためのもので、例えば純銅あるいは純アルミニ
ウムなどのような軟質金属からなる。
そして黒鉛外筒6と金属内筒7は、上記インサート材8
を介して、結合材9により互いに接合されている。この
場合、拡散接合あるいは硬ろう付けなどのように高温度
で行なわれる接合手段が採用される。結合材9は例えば
円筒状のニッケル箔やチタン箔であるが、適宜の硬ろう
材を使用することが可能である。結合材9の厚みは数十
μ程度である。
を介して、結合材9により互いに接合されている。この
場合、拡散接合あるいは硬ろう付けなどのように高温度
で行なわれる接合手段が採用される。結合材9は例えば
円筒状のニッケル箔やチタン箔であるが、適宜の硬ろう
材を使用することが可能である。結合材9の厚みは数十
μ程度である。
上記黒鉛外筒6と金属内筒7の外径、およびインサート
材8と結合材9の各部の寸法は、接合温度まで加熱され
た時に互いに密着できるように、各材質の熱膨張係数に
もとづいて予め算出しておく。
材8と結合材9の各部の寸法は、接合温度まで加熱され
た時に互いに密着できるように、各材質の熱膨張係数に
もとづいて予め算出しておく。
上記構成の複合材5は、金属内筒7にインサ−部材8と
結合材9をセットし、黒鉛外筒6に挿入したのら、接合
温度まで加熱する。加熱により金属内筒7は相対的に径
が拡大し、インサート材8および結合材9を介して黒鉛
外筒6に拡散接合(または硬ろう付け)によって接合さ
せられる。
結合材9をセットし、黒鉛外筒6に挿入したのら、接合
温度まで加熱する。加熱により金属内筒7は相対的に径
が拡大し、インサート材8および結合材9を介して黒鉛
外筒6に拡散接合(または硬ろう付け)によって接合さ
せられる。
こうして金属内@R7に接合された黒鉛外筒6は、接合
後の冷却過程で金属との熱膨張率の差によって径方向あ
るいは軸方向等に力を受ける。軸方向の熱膨張率の差は
、インサート材8が塑性変形することにより緩和される
ため、黒鉛外筒6の両端部6a、6b等が冷却過程で破
損することを防止できる。なお第2図中に想像線で示す
ように、黒鉛外筒6の両端部5a、6bを全周にわたっ
てテーパ状または曲面状に面取りすることにより、更に
クラックを発生しにくいものにしてもよい。
後の冷却過程で金属との熱膨張率の差によって径方向あ
るいは軸方向等に力を受ける。軸方向の熱膨張率の差は
、インサート材8が塑性変形することにより緩和される
ため、黒鉛外筒6の両端部6a、6b等が冷却過程で破
損することを防止できる。なお第2図中に想像線で示す
ように、黒鉛外筒6の両端部5a、6bを全周にわたっ
てテーパ状または曲面状に面取りすることにより、更に
クラックを発生しにくいものにしてもよい。
熱膨張率の差は径方向にも現われる。しかし黒鉛外筒6
の径が例えば数順ないし数十M程度と小さい場合には、
特に対策を講じなくとも黒鉛外筒6は金属内筒7に対し
て比較的安定した接合状態を維持できる。しかし黒鉛外
筒6の径が比較的大きく、金属内筒7に対する径方向の
熱膨張率の差が問題になる場合には、以下述べるような
手段を講じることが望ましい。
の径が例えば数順ないし数十M程度と小さい場合には、
特に対策を講じなくとも黒鉛外筒6は金属内筒7に対し
て比較的安定した接合状態を維持できる。しかし黒鉛外
筒6の径が比較的大きく、金属内筒7に対する径方向の
熱膨張率の差が問題になる場合には、以下述べるような
手段を講じることが望ましい。
すなわち、第2図に示されるように金属内筒7の内面7
aをテーバ状にする。このテーパ状内面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1
0が挿入される。押え部材10は円錐台状をなし、その
外面は上記テーパ状内面7aと一致するようにテーバ状
をなしている。
aをテーバ状にする。このテーパ状内面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1
0が挿入される。押え部材10は円錐台状をなし、その
外面は上記テーパ状内面7aと一致するようにテーバ状
をなしている。
第2図に示されるように常温で黒鉛外筒6に金属内筒7
とインサート材8および押え部材10等をセットし、接
合温度まで加熱する。この加熱によって、金属内筒7の
外径と内径が相対的に広がるから、押え部材10に矢印
F方向から適当な荷重を付加することによって、押え部
材10を奥まで圧入する。
とインサート材8および押え部材10等をセットし、接
合温度まで加熱する。この加熱によって、金属内筒7の
外径と内径が相対的に広がるから、押え部材10に矢印
F方向から適当な荷重を付加することによって、押え部
材10を奥まで圧入する。
このように押え部材10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はインサート
材8および結合材9を介して拡散接合(または硬ろう付
け)によって接合させられる。そして押え部材10に荷
重を付加し続けながら冷却すると、押え部材10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。
することにより、黒鉛外筒6と金属内筒7はインサート
材8および結合材9を介して拡散接合(または硬ろう付
け)によって接合させられる。そして押え部材10に荷
重を付加し続けながら冷却すると、押え部材10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10によって収縮
が阻止され、径が広がっ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10
を除去しても金属内筒7は拡径したままとなる。従って
、黒鉛外筒6と金属内筒7との接合面に剥離方向の過剰
な力が生じることを防げる。押え部材10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もよい。
が阻止され、径が広がっ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10
を除去しても金属内筒7は拡径したままとなる。従って
、黒鉛外筒6と金属内筒7との接合面に剥離方向の過剰
な力が生じることを防げる。押え部材10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もよい。
上述した複合材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て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
。
め等の機械的嵌合に比べて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℃と浸れ
ているため、金属内筒7の内側を適宜の手段によって冷
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っ
た条件下で、メカニカルシールや軸受は等の摺動部材に
使用することが可能である。この場合、金属内筒7の材
質は鉄鋼系金冗が適する。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。
ているため、金属内筒7の内側を適宜の手段によって冷
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っ
た条件下で、メカニカルシールや軸受は等の摺動部材に
使用することが可能である。この場合、金属内筒7の材
質は鉄鋼系金冗が適する。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って得られた複合材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
線発生用ターゲットやスパッタリングターゲットとして
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線発生用のターゲットは真空中で使用され、しか
も電子線が照射させられて^湿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、本発明の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には例えば銅合金等が使用され
る。
く、かつ高温でも汚染ガスの放出が無いので、例えばX
線発生用ターゲットやスパッタリングターゲットとして
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線発生用のターゲットは真空中で使用され、しか
も電子線が照射させられて^湿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、本発明の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には例えば銅合金等が使用され
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
属内筒を拡散接合や硬ろう付けなどのような高温接合に
よって互いに接合した場合に、黒鉛が破損することを防
止できる。しかも本発明の複合材は耐熱性があり、かつ
雰囲気中へのガスの放出の心配もない。
属内筒を拡散接合や硬ろう付けなどのような高温接合に
よって互いに接合した場合に、黒鉛が破損することを防
止できる。しかも本発明の複合材は耐熱性があり、かつ
雰囲気中へのガスの放出の心配もない。
第1図は本発明の一実施例を示す複合材の断面図、第2
図は第1図に示された複合材の製造過程において押え部
材を用いた場合の断面図、第3図は従来の複合材を例示
する断面図である。 5・・・複合材、6・・・黒鉛外筒、7・・・金属内筒
、8・・・インサート材、9・・・結合材。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 、5 第1 図 °1 第3図
図は第1図に示された複合材の製造過程において押え部
材を用いた場合の断面図、第3図は従来の複合材を例示
する断面図である。 5・・・複合材、6・・・黒鉛外筒、7・・・金属内筒
、8・・・インサート材、9・・・結合材。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 、5 第1 図 °1 第3図
Claims (1)
- 黒鉛製の外筒と、この外筒の内部に挿入される金属製の
内筒と、この金属内筒と上記黒鉛外筒との間に介在させ
られかつ黒鉛外筒と金属内筒との熱膨張率の差を塑性変
形で緩和する軟質金属からなる筒状のインサート材とを
具備し、かつ上記黒鉛外筒と金属内筒を拡散接合あるい
は硬ろう付け等の高温で行なう接合手段により上記イン
サート材を介して互いに接合させたことを特徴とする黒
鉛と金属からなる複合材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1039986A JPH069905B2 (ja) | 1986-01-21 | 1986-01-21 | 黒鉛と金属からなる複合材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1039986A JPH069905B2 (ja) | 1986-01-21 | 1986-01-21 | 黒鉛と金属からなる複合材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62167041A true JPS62167041A (ja) | 1987-07-23 |
JPH069905B2 JPH069905B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=11749055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1039986A Expired - Lifetime JPH069905B2 (ja) | 1986-01-21 | 1986-01-21 | 黒鉛と金属からなる複合材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH069905B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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