JPS62204936A - 黒鉛と金属からなる複合材の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばＸ線ターゲットやスパッタリングター
ゲット等に使われる黒鉛と金属からなる複合材に関する
。

〔従来の技術〕

銅および銅合金と黒鉛とは互いに熱膨張率が大きく異な
っている。すなわち銅および銅合金の線膨張係数が１８
〜２０Ｘ　１０″６であるのに対し、黒鉛の線膨張係数
は３〜７×１０″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ｌ０ＸＩＯ’より小さい場合である。

このため、両者を硬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銅板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、脆性材
料である黒鉛が破壊することがある。

例えば、第１０図に示されるように黒鉛１と銅板２を互
いに厚み方向に重ねるに当って、両者を高温度で拡散接
合（または硬ろう付け）したとする。この場合、接合後
の冷却過程で銅板２は黒鉛１に対して相対的に収縮する
。このため接合時の温度と冷却時の温度差が大きい場合
に、黒鉛１と銅板２は、同図に想像線で示したように撓
み、極端な場合には第１１図に示されるように黒鉛１に
放射状のクラック３が生じる。このため黒鉛１と銅板２
からなる複合材は、小さなテストピースでは接合可能な
場合があるが、実用的な大きさでは黒鉛１が破壊するこ
とが多かった。

従って現状では、温度差を生じないように両者を機械的
手段によって締結するか、樹脂系接着剤による接合、も
しくはインジウムや半田等の比較的低温で行なわれる軟
ろう付けによって接合している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、機械的締結では黒鉛１と銅板２との間の
接合部の熱的抵抗が大き過ぎるため、銅板２を介して黒
鉛１を冷却する用途には不適当である。また、黒鉛１は
脆性材料であるため、機械的手段によって黒鉛１に銅板
２を固定する場合には締結力をあまり高くすることがで
きない。

一方、樹脂系接着剤や軟ろう付げによる接合では、黒鉛
１と銅板２との接合部の耐熱性が劣るため、Ｘ線ターゲ
ットやスパッタリングターゲットのように高温で使用さ
れるものには問題がある。

しかも真空中や特殊雰囲気中で使用すると、接着剤から
不純物ガスが発生する可能性がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の複合材は、黒鉛と、銅または銅合金からなり上
記黒鉛の厚みよりも薄い銅薄板と、この銅薄板よりも厚
みが大でこの銅薄板の上記黒鉛とは反対側の面に設けら
れる金属厚板とを具備する。

この金属厚板は、銅または銅以外の金属からなる。

そして上記銅薄板は、上記黒鉛に拡散接合あるいは硬ろ
う付け等の耐熱性のある高温接合手段により接合され、
かつ上記金属厚板は上記銅薄板の接合後に銅薄板の接合
温度よりも低い温度条件下で接合または機械的に締結し
たことを特徴とする。

〔作用〕

上記黒鉛と銅薄板は互いに高温で接合されるため、接合
後の冷却過程では相対的に銅薄板の収縮量が大きい。し
かるに銅薄板の板厚を黒鉛に比べて充分薄くすることに
より銅薄板は容易に変形でき、黒鉛に与える荷重は小さ
い。このため冷却過程で黒鉛が破壊することを防止でき
る。この銅薄板と黒鉛とは、拡散接合あるいは硬ろう付
け等の耐熱性のある接合手段によって互いに完全に密接
させられているので、黒鉛と銅薄板との間の接合部の熱
的抵抗は小さく、かつ耐熱性がある。

そして上記銅薄板に所望の厚さの金属厚板を重ねること
によって、製品として必要な厚さが得られる。これら金
属厚板と銅薄板とは低い温度条件下で締結されるから、
温度差に起因する荷重の発生は実用上問題にならない。

この種の複合材は、ｘＨツタ−ットやスパッタリングタ
ーゲット等に用いられる場合、黒鉛側が高温となり、黒
鉛側の熱は銅薄板に伝わる。かくして、金属厚板側を適
宜の冷却手段によりて冷却すれば、金属厚板と銅薄板と
の間で熱交換が行なわれることにより、銅薄板を介して
黒鉛を冷却できるとともに、金属厚板自体および金属厚
板と銅薄板との接合部分が比較的低温に保たれる。

〔実施例〕

第１図に示された一実施例において、複合材５は平板状
の黒鉛６と、純銅または銅合金からなる銅薄板７と、こ
の銅薄板７の黒鉛６とは反対側の面に設けられた金属厚
板８とからなる。

黒鉛６の厚みは、実用的には２〜３０Ｍ位であり、これ
に対して銅薄板７の厚みは、黒鉛６の厚みの１／　２０
ないし１１５位、すなわち０，１ないし２．０ｕ前後の
ものが使用される。

一方、金属厚板８は、銅薄板７と同等の材質または銅以
外の金属からなり、必要な製品厚さを確保するため銅薄
板７に比べて充分な厚みを有している。この金属厚板８
は、銅または銅合金のように熱伝導性の良い金属が望ま
しい。

上記複合材５を得るには、まず黒鉛６に銅薄板７を拡散
接合あるいは硬ろう付け等の高温接合手段によって接合
する。すなわち、黒鉛６と銅薄板７とを重ねて接合温度
まで加熱するとともに厚み方向に加圧することにより、
黒鉛６と銅薄板７とを高温度で接合し、第２図に示され
る中間製品を得る。なお、黒鉛６と銅薄板７との間にＮ
ｉ。

Ｔｉ、Ｃｒなどのインサート材を介在させることにより
接合性を高めたり、適宜の硬ろう材を用いて、硬ろう付
けによる接合を行なってもよい。

接合後の冷却過程では相対的に銅薄板７の収縮量が大き
い。しかるに銅薄板７の板厚は黒鉛６に比べて充分薄い
ため、銅薄板７は冷却過程で容易に変形でき、黒鉛６に
与える荷重は小さい。このため黒鉛６にクラックが入っ
たり、破壊することを防止できる。

次に、金属厚板８を銅薄板７に接合させる。この接合時
の温度は、熱膨張率の差による残留応力の発生を防止な
いし軽減させるために、比較的低温度で行なわれる軟ろ
う付けや、接着剤を用いた接合とする。また、ねじ止め
やクランプ等による機械的手段によって、金属厚板８を
締結することもできる。この場合、黒鉛６には既に銅薄
板７が強固に接合されており、銅薄板７と金属厚板８と
は互いに金属同志の連結となるので、金属厚板８を黒鉛
６に直接締結する場合に比べて機械的手段でも締結力を
高くできる。

上記構成によれば、銅薄板７と黒鉛６とは、互いに拡散
接合あるいは硬ろう付け等により互いに完全に密接して
いるので、黒鉛６と銅薄板７との接合部に生じる熱的抵
抗は小さい。そして銅薄板７に所望の厚さの金属厚板８
を重ねることによって、製品としての必要な厚さが得ら
れる。これら金属厚板８と銅薄板７とは、黒鉛６と銅薄
板７との間の接合温度に比べて低い温度条件下で接合な
いし機械的に締結されているので、温度差に起因する荷
重の発生は実用上問題にならない。

この種の複合材５は、Ｘ線ターゲ・ソトやス／＜・ツタ
リングターゲット等に用いられる場合、黒鉛６側が高温
となり、黒鉛６側の熱は銅薄板７に伝わる。このため金
属厚板８側を適宜の冷却手段によって冷却すれば、金属
厚板８と銅薄板７との間で熱交換が行なわれることによ
り、銅薄板７を介して黒鉛６を冷却できる。しかも金属
厚板８自体および金属厚板８と銅薄板７との接合部分を
比較的低温に保つことができる。

従って、銅薄板７と金属厚板８とが低温の軟ろう付けや
接着剤によって接合されていていても実用上問題はなく
、しかも金属厚板８の材料に比較的融点の低い金属を用
いることも可能である。

第３図にＸ線ターゲット１０の一例を示す。このターゲ
ット１０には、長波長の炭素の特性Ｘ線を得るために、
第４図に示される複合材５が使用される。この複合材５
は、前記実施例と同様に、黒鉛６と銅薄板７とを高温接
合手段によって接合したのちに、上記接合温度よりも低
い温度条件下で銅薄板７に金属厚板８を接合または機械
的に締結したものである。

また黒鉛６の端面６ａはテーパ状に加工され、このテー
パ状端面６ａに電子線を当てることにより炭素の特性Ｘ
線を発生させる。その時の温度上昇に対処するために、
金属厚板８側に冷却筒１１を設けるとともに、この冷却
筒１１に管１２゜１３を通じて冷却水などの冷媒を流通
させることにより、銅薄板７を介して黒鉛６の冷却が行
なわれる。なお、第５図に示された実施例の複合材５は
、金属厚板８にテーパ状の凹部８ａを設けたものである
。

第６図に示されたスパッタリング装置は、図示しない被
接着物に黒鉛をコーティングする装置であり、ターゲッ
トに本発明の複合材５を用いる。

この複合材５の構造は基本的には前述した複合材５（第
１図あるいは第４図のもの）と同様に、黒鉛６と銅薄板
７および金属厚板８を前述した方法によって接合したも
のである。

通常はスパッタリング中にターゲットすな゛わち複合材
５の表面が高温に加熱されるために、複合材５の反対側
は冷却される。−節６図の例においては、金属厚板８側
に冷媒供給管１４を通じて冷却水等の冷媒１５を供給す
ることにより、複合材５の冷却がなされる。この場合、
金属厚板８は押え用の裏金を兼用する。金属厚板８の周
縁部は、固定具１６によって装置本体１７に固定されて
いる。

同図において、１８はマグネット、１９は絶縁物である
。

ターゲットに使われる複合材５の接合形状は、第７図に
示される円環状、第８図に示される矩形状、あるいは第
９図に示されるコ字状を始めとして、種々の形状が考え
られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、黒鉛と銅薄板とを耐熱性のある硬ろう
付けや拡散接合等によって密接させるので熱伝導性と耐
熱性に優れており、しかも薄い銅板を用いるため接合後
に黒鉛を破損させることがない。このため銅薄板を介し
て黒鉛を冷却するような用途においては黒鉛の冷却性に
優れ、しかも銅薄板と金属厚板との接合部は、熱による
残留応力が発生しにくい軟ろう付けや接着剤を適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

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を製造する過程における中
間製品の断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す複
合材を用いたＸ線ターゲットの斜視図、第４図は第３図
に示された複合材の断面図、第５図は本発明の更に別の
実施例を示す複合材の断面図、第６図はスパッタリング
装置の断面図、第７図ないし第９図はそれぞれ複合材の
互いに異なる形状例を示す平面図。第１０図は従来の複
合材の一例を示す側面図、第１１図は第１０図に示され
た複合材にクラックが生じた状態の平面図である。 ５・・・複合材、６・・・黒鉛、７・・・銅薄板、８・
・・金属厚板。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３ｒＡ　　　　　　　　　　第４図 ＠５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 黒鉛と、銅または銅合金からなり上記黒鉛の厚みよりも
   薄くかつ上記黒鉛に拡散接合あるいは硬ろう付け等の高
   温接合手段により接合された銅薄板と、この銅薄板より
   も厚みが大でかつ上記銅薄板の接合後にこの銅薄板の上
   記黒鉛とは反対側の面に銅薄板の接合温度よりも低い温
   度条件下で接合または機械的に締結された金属厚板とを
   具備したことを特徴とする黒鉛と金属からなる複合材。