JPS6278167A - セラミツクスとタングステンもしくはモリブデンとの接合体 - Google Patents
セラミツクスとタングステンもしくはモリブデンとの接合体Info
- Publication number
- JPS6278167A JPS6278167A JP21460585A JP21460585A JPS6278167A JP S6278167 A JPS6278167 A JP S6278167A JP 21460585 A JP21460585 A JP 21460585A JP 21460585 A JP21460585 A JP 21460585A JP S6278167 A JPS6278167 A JP S6278167A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic
- molybdenum
- intermediate layer
- thermal stress
- joined body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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】
［発明の技術分野］
本発明は、セラミックス部材とタングステンもしくはモ
リブデン部材とを接合してなる接合体に関する。
リブデン部材とを接合してなる接合体に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］
タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）は高熱伝導性
ならびに低熱膨張係数を有する金属材料として各種分野
で広く用いられている。そこで、高耐熱性を有するセラ
ミックス部材を効率よく冷却する方法の１つとして、タ
ングステンやモリブデンとの接合が考えられている。−
例をあげると、Ｓｉ３Ｎ４は核融合炉用の構造材料とし
て極めて優れたものであり、具体的には、ダイバータ、
リミタ等の高温環境下に曝される部材として有用である
。この核融合炉用部材は、近年、その受熱効率を良好に
するために、金属部材との接合が進められており、セラ
ミックスと上述したＷもしくは阿◎とを接合したもの１
例えば、 Ｓｉ３ Ｎ４材をＷもしくはＮｏと接合し、
このＷもしくは阿０をさらにＣｕあるいはステンレス材
と接合したものなどが多く採用されている。
ならびに低熱膨張係数を有する金属材料として各種分野
で広く用いられている。そこで、高耐熱性を有するセラ
ミックス部材を効率よく冷却する方法の１つとして、タ
ングステンやモリブデンとの接合が考えられている。−
例をあげると、Ｓｉ３Ｎ４は核融合炉用の構造材料とし
て極めて優れたものであり、具体的には、ダイバータ、
リミタ等の高温環境下に曝される部材として有用である
。この核融合炉用部材は、近年、その受熱効率を良好に
するために、金属部材との接合が進められており、セラ
ミックスと上述したＷもしくは阿◎とを接合したもの１
例えば、 Ｓｉ３ Ｎ４材をＷもしくはＮｏと接合し、
このＷもしくは阿０をさらにＣｕあるいはステンレス材
と接合したものなどが多く採用されている。
すなわち、上述した構造において、セラミックスとＷあ
るいはセラミックスとＭｏの接合構造体とすることが必
要である。かかるセラミックスとＷもしくはＭＯとの接
合に際しては、ろう材を使用したろう接法を適用するこ
とが一般的であるが、この接合体にあっては１両者の熱
膨張係数に大きな差があるため、核融合炉用構造部品の
ように極めて高い温度でろう付したり、あるいは接合部
材を使用する場合には１両者の界面に大きな熱応力が発
生し、高熱伝導特性を維持し、セラミックス部材の特性
を維持しうる接合強度を保持しえないという問題が生じ
るため、かかる不都合が生じることのない健全な接合体
への要請が強い。
るいはセラミックスとＭｏの接合構造体とすることが必
要である。かかるセラミックスとＷもしくはＭＯとの接
合に際しては、ろう材を使用したろう接法を適用するこ
とが一般的であるが、この接合体にあっては１両者の熱
膨張係数に大きな差があるため、核融合炉用構造部品の
ように極めて高い温度でろう付したり、あるいは接合部
材を使用する場合には１両者の界面に大きな熱応力が発
生し、高熱伝導特性を維持し、セラミックス部材の特性
を維持しうる接合強度を保持しえないという問題が生じ
るため、かかる不都合が生じることのない健全な接合体
への要請が強い。
［発明の目的］
本発明は、従来のかかる問題を解消し、セラミックスと
タングステンもしくはモリブデンとの接合体において１
両者の熱膨張率の相異により発生する熱応力が緩和され
１両者の接合強度が極めて高いセラミックスとＷもしく
はＭＯとの接合体の提供を目的とする。
タングステンもしくはモリブデンとの接合体において１
両者の熱膨張率の相異により発生する熱応力が緩和され
１両者の接合強度が極めて高いセラミックスとＷもしく
はＭＯとの接合体の提供を目的とする。
［発明の概要］
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねる中
で、セラミックスとＷもしくはＭＯとの接合に使用する
ろう材が、両者を密着せしめる機能に加えて、両者の間
に発生する熱応力を吸収緩和する。云わば、緩衝作用を
有す葛中間層として機能するようなものであればよいと
の着想を得た。″そして、この着想にもとづき、上述し
た条件を満足するろう材として、後述する特定の材料を
選定しその効果を確認して本発明を完成するに到った。
で、セラミックスとＷもしくはＭＯとの接合に使用する
ろう材が、両者を密着せしめる機能に加えて、両者の間
に発生する熱応力を吸収緩和する。云わば、緩衝作用を
有す葛中間層として機能するようなものであればよいと
の着想を得た。″そして、この着想にもとづき、上述し
た条件を満足するろう材として、後述する特定の材料を
選定しその効果を確認して本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明のセラミックスとＷもしくはＭＯとの
接合体は、セラミックス部材とタングステンもしくはモ
リブデン部材との間に熱応力緩衝作用を有する材料より
なる中間層が介在せしめられたことを特徴とする。
接合体は、セラミックス部材とタングステンもしくはモ
リブデン部材との間に熱応力緩衝作用を有する材料より
なる中間層が介在せしめられたことを特徴とする。
本発明の接合体において、高い耐熱性を有するセラミッ
クスとしては、とくに限定されるものではないが、前述
した核融合炉用高耐熱部材を考えた場合、軽量で、かつ
、耐熱衝撃性能が良好でプラズマ汚染の少ない窒化ケイ
素（Ｓｉ３ Ｎａ ） 、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）
、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ□
）、グラファイトは好ましいものである。
クスとしては、とくに限定されるものではないが、前述
した核融合炉用高耐熱部材を考えた場合、軽量で、かつ
、耐熱衝撃性能が良好でプラズマ汚染の少ない窒化ケイ
素（Ｓｉ３ Ｎａ ） 、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）
、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ□
）、グラファイトは好ましいものである。
また、本発明において使用するろう材、すなわち、中間
層を構成する材料としては、熱応力緩衝作用を有するも
のであれば、とくに限定されるものではないが、具体的
には加工硬化せず、塑性変形し易い材料であることが好
ましく１例えば、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）および
これらの合金１例えばＦｅ−Ｎｉ系合金などを好適なも
のとしてあげることができる。
層を構成する材料としては、熱応力緩衝作用を有するも
のであれば、とくに限定されるものではないが、具体的
には加工硬化せず、塑性変形し易い材料であることが好
ましく１例えば、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）および
これらの合金１例えばＦｅ−Ｎｉ系合金などを好適なも
のとしてあげることができる。
このようなろう材のうち、Ｆｅ−Ｎｉ系合金としては、
どのような組成のものであってもよいが、例えば、Ｆｅ
が４５〜７０重量％、旧が３０〜５５重量％のものは好
ましいものである。また、これらの合金は必要に応じて
、 １２重量％以下のクロム（Ｃｒ）、２重量％以下の
マンガン（Ｍｎ）、などを含んでいてもよい。
どのような組成のものであってもよいが、例えば、Ｆｅ
が４５〜７０重量％、旧が３０〜５５重量％のものは好
ましいものである。また、これらの合金は必要に応じて
、 １２重量％以下のクロム（Ｃｒ）、２重量％以下の
マンガン（Ｍｎ）、などを含んでいてもよい。
すなわち、今仮に、４２Ｎｉ−Ｆｅ合金よりなる中間層
を有するＳｉ３ Ｎ４−Ｍａ接合体を考えると、それぞ
れの熱膨張係数はＮｏが４〜６Ｘ１０４／Ｋ、４２旧−
Ｆｅ合金が５．３Ｘ １０” ／に、 Ｓｒ３ Ｎ ４
が３．２〜３．４Ｘ ｌＯ’ ／にであるため、接合時
には、 Ｍｏと旧−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金とＳｉ３
Ｎ４の間にそれぞれ熱応力が発生する。しかしながら、
Ｘｌ−Ｆｅ合金よりなる中間層は自らが塑性変形して各
々の熱応力を吸収するかたちで緩和するため、ＭＯとＳ
ｉ３Ｎｍとの間のに発生する熱応力は実質的には極めて
小さくなる。とくに、Ｓｉ３Ｎ４は圧縮力には強いが。
を有するＳｉ３ Ｎ４−Ｍａ接合体を考えると、それぞ
れの熱膨張係数はＮｏが４〜６Ｘ１０４／Ｋ、４２旧−
Ｆｅ合金が５．３Ｘ １０” ／に、 Ｓｒ３ Ｎ ４
が３．２〜３．４Ｘ ｌＯ’ ／にであるため、接合時
には、 Ｍｏと旧−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金とＳｉ３
Ｎ４の間にそれぞれ熱応力が発生する。しかしながら、
Ｘｌ−Ｆｅ合金よりなる中間層は自らが塑性変形して各
々の熱応力を吸収するかたちで緩和するため、ＭＯとＳ
ｉ３Ｎｍとの間のに発生する熱応力は実質的には極めて
小さくなる。とくに、Ｓｉ３Ｎ４は圧縮力には強いが。
引張り力に弱いためこの中間層がないと破壊してしまう
場合がある。
場合がある。
さらに、このような中間層の厚さは、例えば０．２〜２
．０鳳■に設定することが好ましい、この厚さが０．２
鳳■未満である場合には、接合時あるいは大きな温度変
化時に発生する熱応力を充分に吸収することができず、
逆に２．０ｍ鳳を超えると熱応力緩衝作用は充分である
ものの、接合強度が充分でないという不都合が生ずる。
．０鳳■に設定することが好ましい、この厚さが０．２
鳳■未満である場合には、接合時あるいは大きな温度変
化時に発生する熱応力を充分に吸収することができず、
逆に２．０ｍ鳳を超えると熱応力緩衝作用は充分である
ものの、接合強度が充分でないという不都合が生ずる。
さらに好ましくは、０．５〜１．５ ｍ＋＊である。
かかる本発明のセラミックスとＷもしくはＭＯとの接合
体は１例えば次のようにして製造することができる。
体は１例えば次のようにして製造することができる。
すなわち、板状、ブロック状などの形状を有するセラミ
ックス部材とＷもしくはＮｏ部材との間に、上述した熱
応力緩衝作用を有する中間層を兼ねたろう材を介在させ
てなる積層体を加圧しつつ、真空中にて熱処理を行なう
、この工程において、熱処理時にセラミックス層および
ＷもしくはＭＯ層に該ろう材を一部拡散せしめて両者の
接合強度を高めるとともに、所望の厚さの中間層を緩衝
層として残留せしめる。なお、処理温度、処理時間はろ
う材の種類、中間層の厚さなどにより適宜設定すること
が好ましいが、通常、 １，３００〜１．４５０℃にお
いて０．３〜１時間時間性なえば足りる。
ックス部材とＷもしくはＮｏ部材との間に、上述した熱
応力緩衝作用を有する中間層を兼ねたろう材を介在させ
てなる積層体を加圧しつつ、真空中にて熱処理を行なう
、この工程において、熱処理時にセラミックス層および
ＷもしくはＭＯ層に該ろう材を一部拡散せしめて両者の
接合強度を高めるとともに、所望の厚さの中間層を緩衝
層として残留せしめる。なお、処理温度、処理時間はろ
う材の種類、中間層の厚さなどにより適宜設定すること
が好ましいが、通常、 １，３００〜１．４５０℃にお
いて０．３〜１時間時間性なえば足りる。
［発明の実施例］
Ｎｏ部材として、純Ｎｏ製の４０Ｘ ４０Ｘ １０腸脂
のブロック部材を、セラミックス部材として、５ｉ３Ｎ
ａ製の４ＱＸ ４０Ｘ １０■■のブロック部材を、お
よび、ろう材として、 ４２Ｎｉ−Ｆｅ合金製（７）
４０Ｘ ４０Ｘ ｌａｍ （７）薄板部材を用意した。
のブロック部材を、セラミックス部材として、５ｉ３Ｎ
ａ製の４ＱＸ ４０Ｘ １０■■のブロック部材を、お
よび、ろう材として、 ４２Ｎｉ−Ｆｅ合金製（７）
４０Ｘ ４０Ｘ ｌａｍ （７）薄板部材を用意した。
これらの部材をろう材を中間層として積層し、この積層
体を １．０ Ｋｇ／ａｄで加圧しながら、真空中、１
．４００℃において０．５時間加熱処理した。熱処理後
の中間層の厚さは０．８ｍｓであった。
体を １．０ Ｋｇ／ａｄで加圧しながら、真空中、１
．４００℃において０．５時間加熱処理した。熱処理後
の中間層の厚さは０．８ｍｓであった。
このようにして得られた％ｏ−９ｉ３ Ｎ ｍ接合体は
クラックなどの欠陥のない健全なものであった。
クラックなどの欠陥のない健全なものであった。
さらに、この接合体に対し急熱冷却疲労試験を行なうこ
とにより接合健全度を調べたところ、接合面にクラック
などは生じなかった。
とにより接合健全度を調べたところ、接合面にクラック
などは生じなかった。
なお、比較のために、ろう材として２〜５％Ｔｉを含む
Ｃｕ−Ａｇ系ロウ材を使用し、熱処理温度を８００℃、
処理時間を０．５時間としたことを除いては上記実施例
と同様にしてＭａ−Ｓｉ３ Ｎ ４接合体を製造した。
Ｃｕ−Ａｇ系ロウ材を使用し、熱処理温度を８００℃、
処理時間を０．５時間としたことを除いては上記実施例
と同様にしてＭａ−Ｓｉ３ Ｎ ４接合体を製造した。
得られた接合体はＳｉ３Ｎ４部材側の接合界面に多数の
クラックが発生していた。
クラックが発生していた。
［発明の効果］
以上の説明から明らかなとおり１本発明のセラミックス
とＷもしくはＭＯとの接合体は、熱応力緩衝作用を有す
るろう材を中間層として有するため、接合時または大き
な温度変化時に発生する熱応力によりクラックなどが生
じることが防止され、健全な接合部を有するとともに、
接合健全性も良好で、とくに、核融合炉用構造部品に適
用して極めて有用であり、その工業的価値は大である。
とＷもしくはＭＯとの接合体は、熱応力緩衝作用を有す
るろう材を中間層として有するため、接合時または大き
な温度変化時に発生する熱応力によりクラックなどが生
じることが防止され、健全な接合部を有するとともに、
接合健全性も良好で、とくに、核融合炉用構造部品に適
用して極めて有用であり、その工業的価値は大である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、セラミックス部材とタングステンもしくはモリブデ
ン部材との間に熱応力緩衝作用を有する材料よりなる中
間層が介在せしめられたことを特徴とするセラミックス
とタングステンもしくはモリブデンとの接合体。 ２、該熱応力緩衝作用を有する材料が、鉄、ニッケルま
たはこれらの合金である特許請求の範囲１項に記載の接
合体。 ３、該中間層の厚さが０．２〜２．０ｍｍである特許請
求の範囲第１項に記載の接合体。 ４、該セラミックスが、窒化ケイ素、窒化アルミニウム
、炭化ケイ素又は酸化ジルコニウムである特許請求の範
囲第１項に記載の接合体。 ５、該セラミックスが、グラファイトである特許請求の
範囲第１項に記載の接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21460585A JPS6278167A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | セラミツクスとタングステンもしくはモリブデンとの接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21460585A JPS6278167A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | セラミツクスとタングステンもしくはモリブデンとの接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6278167A true JPS6278167A (ja) | 1987-04-10 |
Family
ID=16658479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21460585A Pending JPS6278167A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | セラミツクスとタングステンもしくはモリブデンとの接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6278167A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0236553A (ja) * | 1988-07-26 | 1990-02-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用部品間の接続構造 |
| WO2014119803A1 (ja) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | 東洋炭素株式会社 | 接合体及びその製造方法 |
| JP7048061B1 (ja) * | 2021-08-20 | 2022-04-05 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 炭素材とタングステン材の接合体とその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5019652A (ja) * | 1973-05-23 | 1975-03-01 | ||
| JPS59111983A (ja) * | 1982-12-15 | 1984-06-28 | 日本特殊陶業株式会社 | 炭化珪素磁器と金属の接合法 |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP21460585A patent/JPS6278167A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5019652A (ja) * | 1973-05-23 | 1975-03-01 | ||
| JPS59111983A (ja) * | 1982-12-15 | 1984-06-28 | 日本特殊陶業株式会社 | 炭化珪素磁器と金属の接合法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0236553A (ja) * | 1988-07-26 | 1990-02-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用部品間の接続構造 |
| WO2014119803A1 (ja) * | 2013-02-04 | 2014-08-07 | 東洋炭素株式会社 | 接合体及びその製造方法 |
| JPWO2014119803A1 (ja) * | 2013-02-04 | 2017-01-26 | 東洋炭素株式会社 | 接合体及びその製造方法 |
| US11286210B2 (en) | 2013-02-04 | 2022-03-29 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Joined material and method of manufacturing same |
| JP7048061B1 (ja) * | 2021-08-20 | 2022-04-05 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 炭素材とタングステン材の接合体とその製造方法 |
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