JPS6221768A - 黒鉛の接合方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は黒鉛材料を接合する方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

黒鉛は金属性性質と非金楓性負を兼備しているので、工
業用材料として有用な材料である。とくに２５００℃程
度までは温度の上昇とともに強度が増加するなど高温強
度が高く、また熱伝導率が高く、熱膨張率が低いので耐
熱衝撃性に優れるなどの点から高耐熱材料として用いる
とき有利であり、また耐食性も通常の金属材料に比べて
優れている。

したがってこれら黒鉛の特性を活かし、さらに適用範囲
を拡大するためには例えば金属や合金の中でも高温で耐
熱特性に勝る材料との合わせ材として用いることに有用
性が期待できる。従来黒鉛同志または黒鉛を他の材料と
接合する方法として知られているのは、Ｔｉを芯材とし
た７８Ａｇ−Ｃｕ合金ろうやＮｉ−Ｒｈ合金ろうな用い
て真空中でろう接する方法もしくは３６〜４５　Ｎｉ　
−５〜１０　Ｔｉ−Ｆｅ合金をろう材としてアルゴンガ
ス雰囲気中でろう接する方法などであるがこれらは黒鉛
同志または黒鉛の相手の材料がＴｉや炭化珪素にしか適
用できないことおよび接合後の高温強度も低い。このよ
うなことからも、耐熱性に優れた金属材料と黒鉛との合
わせ材が容易に得られれば、例えば高温状態で用いられ
る核融合炉や高温ガス炉など原子力機器の構造部材や摺
動部などに有効な材料となると思われる。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点ｌこ鑑みてなされたものであり、その
目的は黒鉛と高耐熱性金属材料とを強固に接合する方法
を提供することにある。

〔発明の要点〕

本発明は黒鉛が高温の非酸化性雰囲気中でＭｏと接触し
たとき、接触面に相互拡散によるＭｏの炭化物層を形成
して強固な接合が行なわれることを利用して、高温機器
に用いられるＭｏのほかにＭｏを含むＮｉ基耐熱合金に
対しても黒鉛との接合を可能とし、さらにこれらの耐熱
材料を黒鉛同志の間に介在させることにより、黒鉛同志
の接続も可能にしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は黒鉛とＭｏを接合する装置の要部を示した模式
図である。第１図において気密容器ｌに黒鉛２とＭｏ　
３が接触するようにして装入する。

黒鉛２およびＭｏ　３の形状は特に限られるものではな
いが面で接触する部分が必要であり、この接触面はそれ
ぞれ清浄にしておくのがよい。気密容器１は真空もしく
は不活性ガス雰囲気とする。気密容器ｌ内を真空もしく
は不活性ガス雰囲気とするのは黒鉛２とＭｏ３が酸化さ
れるのを防ぎ、これらの相互拡散を有効に行なわせるた
めである。この状態で黒鉛２とＭｏ３を例えばモリブデ
ンヒータ４などを用いて加熱すると黒鉛２とＭｏ３との
接触面で両者は相互に拡散し、接触面にＭｏの炭化物層
を形成することにより黒鉛２とＭｏ　３とが強固に接合
される。接合に要する時間は加熱温度が高い程短か（て
済むが、例えば１４００℃に加熱したときは美時間で約
２００μｍの厚さを有する炭化物層が形成され強固な接
合状態が得られた。

第２図はこのようにして拡散接合した黒鉛２とＭｏ３と
の接合面を示した倍率１００倍の顕微鏡組織写真である
。第２図かられかるように黒鉛２とＭｏ３の間にＭｏ炭
化物層５が形成され、この層５が黒鉛２とＭｏ３の強固
な接合に寄与している。

次に黒鉛との拡散接合にＭｏ炭化物の形成が寄与すると
の認識に基きＭｏを含有するＭ基耐熱合金についてＭｏ
との接合を行なった。対象材料はＣｒ２１％、Ｆｅ１７
％１Ｍｏ８％を有するＮｉ基耐熱合金である。接合方法
はＭｏ単独の場合と全く同様であるが、この耐熱合金に
対してはＭｏ単独の場合より加熱温度を低く　１２００
℃としても十分相互拡散が行なわれ好ましい接合状態を
得ることができた。

本実施例では棒状のＣｒ２１％、Ｆｅ１７％、Ｍｏ８％
残部Ｎｉからなる合金を管状の黒鉛内に挿入し、合金の
外１１１１面と黒鉛内側面とを接触させて１２００℃頭
時間の条件で接合したが、その円周方向の断面顕微鏡組
織写真を第３図に示した。顕微鏡倍率は側倍である。第
３図のように黒鉛２ａと合金６との間に約３００μｍの
厚さをもった炭化物層７が形成されるが、この場合は炭
化物を形成する元素はＭｏだけでな（Ｃｒも炭化物な形
成しやすいから炭化物層７はＭｏおよびＣｒの炭化物を
含んでいる。

しかし、Ｃｒは合金６および黒鉛２ａ内における拡散速
度が速く、合金６と黒鉛２ａとの接触面近傍ではＣｒが
欠乏することからＣｒの炭化物は形成されない。したが
って接触面付近ではＭｏの炭化物のみが形成される。

以上の様子を示すために第４図は第；３図の炭化物層７
を黒鉛２ａとの界面近傍をさらに拡大して倍率２４０倍
で表わしたものであり、Ｃ８１図は顕微鏡写真、（ｂ）
は説明のためのそのスケッチ図である。

第４図（ｂｌにおいて２ａは黒鉛、炭化物層７の中（こ
Ｍｏ炭化物８と結晶粒界に現われたＣｒ炭化物９とがみ
られるがＣｒ炭化物９は黒鉛２ａとの接触面付近にはほ
とんど存在することなく、炭化物としてはＭｏ炭化物８
のみが存在していることがわかる。

このことは、例えばＣｒ２３％、Ｃ０９％２Ｍｏ８％を
含むＮｉ基耐熱合金を用いて黒鉛と拡散接合を行なった
場合にも同様の結果が得られたが、例えばＭｏを０．０
３％しか含有しなイＮｉ基のＮｉ　−Ｃｒ　−Ｆｅ合金
を用いたときは１２００℃、９０時間の条件で接合処理
を行なっても接合は不可能であった。このように黒鉛と
の接合効果はＭｏに起因するものであることが確認され
た。

またＭｏを８％含有したＮｉ基耐熱合金はＭｏ単体の場
合より低い温度で接合が可能であるが、この接合温度は
前記の例よりさらに低い１１００℃としても同様の効果
が得られることもわかった。Ｍｏ単体の場合Ｉこ比べて
Ａｌｏを含んだＮｉ基合金の方が低い温度でも十分に強
固な接合状態が得られるのは、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金内
部ではＭｏ単体の内部におけるよりも含有している各元
素の拡散が容易に行なわれることおよびＮｉ　−Ｃｒ−
Ｆｅ合金自体が一種のろう材の役割をも果し、炭化物の
形成を助長するように作用するからである。

以上のようにＭｏまたはＭｏを含有するＮｉ基合金の接
合が可能であることは二つの黒鉛同志を接合するときに
ＭｏまたはＭｏを含有するＮｉ基合金を用いて拡散接合
すればよいことが容易にわかる。

すなわち黒鉛と黒鉛の対向する面にＭｏまたはＭｏを含
有するＮｓ基合金の薄板をはさんでこれらを一体に積み
嵐ねて３層とし前記と同様の手法を用いて処理すること
により各層の接触面にＭｏ炭化物な形成させて一体構造
のものとすることができる。したがって当然のことなが
ら黒鉛を多ノーに積層した構造体とする場合などにも適
用することができる。かくして得られた黒鉛の接合部は
従来のようにろう接で得られたものに比べて高い耐熱温
度を有するという利点がある。

〔発明の効果〕

黒鉛の有する種々の特性、特に高温におけるすぐれた性
質を活かして耐熱金属材料との合わせ材を作製するとき
、接合材料としてＭｏもじくはＭ。

を含むＮｉｆｆ基とするＮｉ　−Ｃｒ−Ｆｅ合金を用い
て拡散接合を行なうことにより黒鉛と会議との間にＭ。

炭化物層を形成させるとこのＭｏ炭化物が両者の強固な
結合に寄与するので従来のろう接法では違゛し得なかっ
た高温の機械的、物理的性質にすぐれ合わせ材を得るこ
とができ、またこの方法を適用して黒鉛同志の間にＭｏ
またはＭｏを含有するＮｉ基耐熱合金を介在させて拡散
接合することにより黒鉛を多層に接合させることも可能
であり極めて強固な黒＃１接合体が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いられる装置要部の断面模式図、第
２図Ｃ才黒鉛とＭｏの結晶の構造に係わる接合断面顕微
鏡写真、第３図は黒鉛とＮｉ基合金の結晶の構造に係わ
る接合断面顕微鏡写真、第４図（ａ）。 （ｂｌは夫々第３図の炭化物層の結晶の構造に係わる拡
大顕微−写真およびその説明用スケ、チ図である。 ■・・・気密容器、２．２ａ・・・黒鉛、３・・・Ｍｏ
　。 ４・・・ヒータ、５・・・Ｍｏ炭化物層、６・・・Ｎｉ
基合金、７・・・炭化物層、８・・・Ｍｏ炭化物、９・
・・Ｃｒ炭化物。 第１図 潴　Ｚ圀 緒５目 （ｂ） 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）黒鉛と金属材料とを接触させ真空もしくは不活性ガ
   ス雰囲気中で加熱し拡散接合するに当り、金属材料とし
   てＭｏもしくはＭｏを８％以上含むＮｉを基とするＮｉ
   −Ｃｒ−Ｆｅ合金を用いることを特徴とする黒鉛の接合
   方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、黒鉛と
   黒鉛の間にＭｏもしくはＭｏを８％以上含むＮｉを基と
   するＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金をはさんで黒鉛の多層積層体
   とすることを特徴とする黒鉛の接合方法。