KR102208449B1 - Gas pressure casting method using porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten, and method for manufacturing laminated parts using nuclear fusion reactor - Google Patents

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김경민
김형찬
홍석호
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한국핵융합에너지연구원
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Abstract

The present invention relates to a gas-pressure casting method using a porous tube for diffusion-bonding copper to monoblock-type tungsten by applying a pressure in a direction perpendicular to a bonding surface by inserting a porous tube into the circumference of a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer when casting the oxygen-free copper (OFC) layer in a tungsten monoblock, and a manufacturing method of a laminated part of a nuclear fusion reactor using the same. The gas-pressure casting method comprises: a step of inserting a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer into the circumference of a monoblock made of tungsten or a tungsten alloy and provided with a penetration hole, and inserting a porous tube into the circumference of the oxygen-free copper (OFC) layer to manufacture an assembly; a step of melting the oxygen-free copper (OFC) layer by applying heat after inserting the assembly into a vacuum chamber; and a step of pressurizing argon gas in the vacuum chamber while cooling the assembly to diffusion-bond the oxygen-free copper (OFC) layer to the tungsten monoblock.

Description

모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법, 및 이를 이용한 핵융합로 적층 부품 제조 방법{Gas pressure casting method using porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten, and method for manufacturing laminated parts using nuclear fusion reactor}Gas pressure casting method using porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten, and method for manufacturing laminated parts for diffusion bonding copper to monoblock tungsten using nuclear fusion reactor}

본 발명은 모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법, 및 이를 이용한 핵융합로 적층 부품 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 텅스텐 모노블록 내에 원통형의 무산소동(OFC)층을 주조할 때, 무산소동(OFC)층 내경 내에 다공질 관을 삽입하여, 접합면의 수직 방향으로 압력을 가함으로써 모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법, 및 이를 이용한 핵융합로 적층 부품 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten, and a method for manufacturing a fusion reactor laminate component using the same, and more specifically, to a cylindrical oxygen-free copper (OFC) in a tungsten monoblock. When casting the layer, a gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock-type tungsten by inserting a porous tube into the inner diameter of an oxygen-free copper (OFC) layer and applying pressure in the vertical direction of the bonding surface, and It relates to a method for manufacturing a fusion reactor laminate component using the same.

ITER급 이상의 대형 토카막 및 핵융합 실증로 플라즈마 대향장치(PFC)의 내벽 재료로 텅스텐이 주요 후보 재료로 고려되고 있으며, 대면재 텅스텐은 플라즈마로부터의 높은 열속을 견디기 위해서, 냉각관에 브레이징이나 HIP(Hot Isostatic Press), HRP(Hot Radial Press)와 같은 방법으로 접합하여 열전달율을 증가시켜 능동 냉각이 되도록 하고 있다. 이와 같은 능동 냉각은 장시간 고열속용 핵융합로 디버터 시스템에서는 필수적인 요소라 할 수 있다.Tungsten is considered as the main candidate material as the inner wall material of plasma countering device (PFC) of ITER or higher large tokamak and nuclear fusion demonstration furnace, and tungsten facing material is used for brazing or HIP (Hot) in the cooling pipe to withstand high heat flux from plasma. Isostatic Press) and HRP (Hot Radial Press) are used to increase the heat transfer rate to enable active cooling. Such active cooling can be said to be an essential element in a diverter system for a nuclear fusion furnace for long periods of high heat flux.

플라즈마 대향장치(PFC)에서 대면재 텅스텐은 일반적으로 모노블록(monoblock) 형태의 텅스텐에 원형 냉각관을 삽입하여 접합한 형태를 사용하며, 대면재와 냉각관의 접합 특성을 향상시키기 위해서 중간재를 추가하여 접합할 수 있다.In the plasma countermeasure (PFC), the face material tungsten is generally used in a form in which a circular cooling tube is inserted into a monoblock type of tungsten, and an intermediate material is added to improve the bonding characteristics of the face material and the cooling tube. And can be joined.

모노블록 텅스텐 내부에 중간재인 무산소동 관을 주조(casting) 방법으로 이종간 접합을 하고자 할 때, 일반적으로는 진공 주조 방법을 사용한다. 진공에서의 주조법은 텅스텐과 구리가 산화되는 것을 방지하기 위한 것이나, 주조를 하고자 하는 구리를 용융시킨 후 냉각시키는 과정에서 구리 내부에 미세한 기공이 생기면서, 구리의 치밀성도 저하되고, 접합면에도 결함이 발생하는 문제점이 있다.When trying to bond between different types of an oxygen-free copper tube as an intermediate material inside the monoblock tungsten by casting, a vacuum casting method is generally used. The casting method in vacuum is to prevent oxidation of tungsten and copper.However, in the process of melting and cooling the copper to be cast, fine pores are created inside the copper, the density of the copper decreases, and the joint surface is also defective. There is a problem with this occurring.

본 발명의 일 목적은 텅스텐 모노블록 내에 원통형의 무산소동(OFC)층을 주조할 때, 무산소동(OFC)층 내경 내에 다공질 관을 삽입하여, 접합면의 수직 방향으로 압력을 가함으로써 모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to cast a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer in a tungsten monoblock, insert a porous tube into the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer, and apply pressure in the vertical direction of the bonding surface to form a monoblock type. It is to provide a gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to tungsten.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 이용한 핵융합로 적층 부품 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fusion reactor laminate component using the above method.

본 발명의 일 목적을 위한 모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법은 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 이루어지고, 관통홀을 구비한 모노블록의 내경 내에 원통형의 무산소동(OFC)층을 삽입하고, 상기 무산소동(OFC)층 내경 내에 다공질 관을 삽입하여 조립품을 제작하는 단계; 상기 조립품을 진공 챔버 내에 장입한 후, 열을 가하여 무산소동(OFC)층을 용융시키는 단계; 및 상기 조립품을 냉각시키면서, 상기 진공 챔버 내에 아르곤 가스를 가압하여 모노블록 및 무산소동(OFC)층을 확산 접합시키는 단계;를 포함한다.The gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock-type tungsten for an object of the present invention is made of tungsten or a tungsten alloy, and has a cylindrical oxygen-free copper (OFC) within the inner diameter of the monoblock having a through hole. ) Inserting a layer and inserting a porous tube into the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer to produce an assembly; After loading the assembly into the vacuum chamber, applying heat to melt the oxygen-free copper (OFC) layer; And diffusing the monoblock and the oxygen-free copper (OFC) layer by pressing argon gas in the vacuum chamber while cooling the assembly.

상기 용융시키는 단계는 1100 내지 1200 ℃의 온도로 20 내지 40분 동안 수행하는 것이 바람직하다.The melting step is preferably carried out for 20 to 40 minutes at a temperature of 1100 to 1200 ℃.

또한, 상기 확산 접합시키는 단계에서, 아르곤 가스가 다공질 관을 관통하면서 무산소동(OFC)층과 모노블록의 접합면의 수직 방향으로 가압할 수 있다.In addition, in the diffusion bonding step, argon gas may be pressed in a vertical direction between the bonding surface of the oxygen-free copper (OFC) layer and the monoblock while penetrating the porous tube.

구체적으로, 상기 확산 접합시키는 단계는 상기 조립품의 온도가 1000℃ 이하일 때부터 상기 진공 챔버 내에 9.5 내지 10.5 MPa의 아르곤 가스를 가압하는 것이 바람직하다.Specifically, in the diffusion bonding step, it is preferable to pressurize argon gas of 9.5 to 10.5 MPa in the vacuum chamber from when the temperature of the assembly is below 1000°C.

그리고, 상기 무산소동(OFC)층은 산소 함유량이 5 ppm 이하인 무산소동(OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper)으로 이루어지고, 상기 다공질 관은 그래파이트(Graphite)를 포함하는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the oxygen-free copper (OFC) layer is made of oxygen-free copper (OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper) having an oxygen content of 5 ppm or less, and the porous tube is preferably made of a material including graphite. Do.

한편, 본 발명의 다른 목적을 위한 핵융합로용 적층 부품 제조 방법은 상기 주조법에 의해 확산 접합된 조립품으로부터 다공질 관을 제거하는 단계; 무산소동(OFC)층의 내경을 절삭 가공하는 단계; 및 상기 무산소동(OFC)층 내경 내에 구리 합금으로 이루어진 원형 냉각관을 접합시키는 단계;를 포함할 수 있다.On the other hand, for another object of the present invention, a method of manufacturing a laminated component for a fusion reactor comprises: removing a porous tube from an assembly diffusion-bonded by the casting method; Cutting the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer; And bonding a circular cooling tube made of a copper alloy within the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer.

이때, 상기 무산소동(OFC)층은 산소 함유량이 5 ppm 이하인 무산소동(OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper)으로 이루어지고, 상기 냉각관은 Cu-Cr-Zr 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, the oxygen-free copper (OFC) layer is made of oxygen-free copper (OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper) having an oxygen content of 5 ppm or less, and the cooling tube is preferably made of a Cu-Cr-Zr alloy.

일 실시예에서, 상기 무산소동(OFC)층 및 원형 냉각관은 브레이징 접합될 수 있다. 여기서, 상기 브레이징 접합에 사용되는 용가재는 Ni-Cu-Mn 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.In one embodiment, the oxygen-free copper (OFC) layer and the circular cooling tube may be joined by brazing. Here, it is preferable that the filler material used for the brazing bonding is made of a Ni-Cu-Mn alloy.

한편, 상기 브레이징 접합은 진공로 내부에서, 960 내지 990℃의 온도로 20 내지 40분 동안 수행할 수 있고, 상기 브레이징 접합 후에, 아르곤 가스 하에서 진공로 내부를 400℃의 온도까지 급랭하는 단계 및 진공로 내부를 약 450 내지 490℃의 온도로 160 내지 200분 동안 유지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the brazing bonding may be performed in a vacuum furnace at a temperature of 960 to 990°C for 20 to 40 minutes, and after the brazing bonding, quenching the inside of the vacuum furnace to a temperature of 400°C under argon gas and vacuum It may further include maintaining the inside of the furnace at a temperature of about 450 to 490 °C for 160 to 200 minutes.

본 발명에 따르면, 텅스텐 모노블록 내에 원통형의 무산소동(OFC)층을 주조할 때, 무산소동(OFC)층 내경 내에 다공질 관을 삽입하고, 냉각하는 과정에서 진공 챔버 내를 가압하여 용융된 무산소동(OFC)층에 발생한 기포를 제거할 수 있어 치밀한 조직의 무산소동(OFC)층을 주조할 수 있는 효과를 갖는다.According to the present invention, when casting a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer in a tungsten monoblock, a porous tube is inserted into the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer, and the melted oxygen-free copper is pressurized in the vacuum chamber during cooling. Bubbles generated in the (OFC) layer can be removed, and thus, an oxygen-free copper (OFC) layer with a dense structure can be cast.

또한, 냉각하는 과정에서 다공질 관을 통해 접합면의 수직 방향으로 압력을 가함으로써 무산소동(OFC)층을 모노블록에 확산 접합시킬 수 있다.In addition, the oxygen-free copper (OFC) layer can be diffusion bonded to the monoblock by applying pressure in the vertical direction of the bonding surface through the porous tube during cooling.

아울러, 무산소동(OFC)층이 확산 접합된 모노블록의 내경 내에 냉각관을 접합시켜 접합부에서 최대 접합 강도를 나타내는 핵융합로 적층 부품을 제조할 수 있다.In addition, it is possible to manufacture a fusion reactor laminate component exhibiting the maximum bonding strength at the junction by bonding a cooling tube within the inner diameter of the monoblock to which the oxygen-free copper (OFC) layer is diffusion bonded.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 핵융합로용 적층 부품을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 모노블록 및 무산소동(OFC)층이 확산 접합된 조립품의 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 조립품의 SEM 분석 결과를 나타낸 이미지이다.
도 6 및 7은 본 발명의 실시예에 따른 EDS 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 HIP 접합을 이용하여 제조된 시편들의 이미지이다.
도 9는 진공 주조 접합을 이용하여 제조된 시편들의 이미지이다.
1 and 2 are views schematically showing a gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a laminated component for a fusion reactor according to an embodiment of the present invention.
4 is an image of an assembly in which a monoblock and an oxygen-free copper (OFC) layer are diffusion-bonded manufactured according to an embodiment of the present invention.
5 is an image showing the result of SEM analysis of an assembly according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are diagrams showing EDS analysis results according to an embodiment of the present invention.
8 is an image of specimens manufactured using HIP bonding.
9 is an image of specimens manufactured using vacuum casting bonding.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, various modifications may be made and various forms may be applied, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form of disclosure, it is to be understood as including all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the existence of features, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features or steps It is to be understood that it does not preclude the possibility of addition or presence of, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법은, 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 이루어지고, 관통홀을 구비한 모노블록(1)의 내경 내에 원통형의 무산소동(OFC)층(2)을 삽입하고, 상기 무산소동(OFC)층(2) 내경 내에 다공질 관을 삽입하여 조립품을 제작하는 단계; 상기 조립품을 진공 챔버 내에 장입한 후, 열을 가하여 무산소동(OFC)층(2)을 용융시키는 단계; 및 상기 조립품을 냉각시키면서, 상기 진공 챔버 내에 아르곤 가스를 가압하여 무산소동(OFC)층(2)을 모노블록(1)에 확산 접합시키는 단계;를 포함한다.1 and 2, the gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock-type tungsten according to an embodiment of the present invention is made of tungsten or a tungsten alloy, and has a through hole. Inserting a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer (2) within the inner diameter of the monoblock (1), and inserting a porous tube into the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer (2) to manufacture an assembly; After loading the assembly into a vacuum chamber, heating is applied to melt the oxygen-free copper (OFC) layer (2); And diffusing the oxygen-free copper (OFC) layer 2 to the monoblock 1 by pressing argon gas in the vacuum chamber while cooling the assembly.

상기 모노블록(1)은 핵융합 플라즈마 대향장치(PFC)의 플라즈마 대면재로 사용되는 것으로, 관통홀을 구비하며, 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 이루어진다. 순수 텅스텐(W. tungsten)은 녹는점이 약 3,422℃로 금속 원소들 중 가장 높으며, 높은 열전도성과 중수소 및 삼중수소에 대한 낮은 함유율(retention), 표면에서 박막 증착이 잘 되지 않는 등의 플라즈마 대면재료로써 여러 가지 장점을 가지고 있다.The monoblock 1 is used as a plasma facing material of a PFC, has a through hole, and is made of tungsten or a tungsten alloy. Pure tungsten (W. tungsten) has a melting point of about 3,422℃, the highest among metal elements. It is a plasma-facing material such as high thermal conductivity, low retention of deuterium and tritium, and poor thin film deposition on the surface. It has several advantages.

본 발명의 모노블록(1)이 순수 텅스텐으로 이루어지는 경우, 순도 99.95% 이상, 밀도 약 19.1g/cm3 이상, ASTM B760-86 기준의 열간 압연된 판재를 사용하여 제작될 수 있다.When the monoblock 1 of the present invention is made of pure tungsten, it may be manufactured using a hot-rolled sheet material having a purity of 99.95% or more, a density of about 19.1 g/cm 3 or more, and ASTM B760-86 standards.

다른 예로, 상기 모노블록(1)은 텅스텐 합금으로 이루어질 수 있으며, 이때, 텅스텐 합금은 일정 비율로 구리를 첨가한 텅스텐-구리 합금을 사용할 수 있고, 이 외에도 Re, Y 등의 원소를 합금하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As another example, the monoblock 1 may be made of a tungsten alloy. In this case, the tungsten alloy may be a tungsten-copper alloy in which copper is added in a certain ratio, and in addition, elements such as Re and Y may be alloyed to be used. However, it is not limited thereto.

한편, 텅스텐은 약 400℃ 이상에서 산화가 잘 되어 삼산화텅스텐(WO3)과 같은 산화물을 생성하게 된다. 상기 확산 접합은 고온에서 진행되기 때문에, 일반적으로 진공 분위기나 불활성 기체 분위기에서 접합이 진행되게 되며, 접합면에서 텅스텐의 산화를 방지하기 위하여 산소 함유량이 5 ppm 이하인 무산소동(FHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper)으로 이루어진 무산소동(OFC)층(2)을 중간재로 사용할 수 있다.On the other hand, tungsten is well oxidized at about 400° C. or higher to generate an oxide such as tungsten trioxide (WO 3 ). Since the diffusion bonding is performed at a high temperature, bonding is generally performed in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere, and oxygen-free copper (FHC-Cu, Oxygen free) having an oxygen content of 5 ppm or less to prevent oxidation of tungsten at the bonding surface. An oxygen-free copper (OFC) layer (2) made of high conductivity-copper) can be used as an intermediate material.

상기 무산소동(OFC)층(2)은 상술한 바와 같이, 산소 함유량이 5 ppm 이하인 무산소동(OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper)으로 이루어지며, 상대적으로 낮은 항복강도와 탄성계수를 가지며 연성이 크기 때문에, 텅스텐과 구리 합금의 큰 열팽창계수 차이에 의한 접합 후 생성되는 접합부의 잔류응력을 완화시키는 효과가 있다.As described above, the oxygen-free copper (OFC) layer 2 is made of oxygen-free copper (OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper) having an oxygen content of 5 ppm or less, and has a relatively low yield strength and elastic modulus. Because of its high ductility, there is an effect of mitigating residual stress in the joints generated after joining due to a large difference in thermal expansion coefficient between tungsten and copper alloys.

상기 다공질 관은 냉각하는 과정에서 접합면의 수직 방향으로 압력을 가함으로써 무산소동(OFC)층(2)을 모노블록(1)에 확산 접합시키기 위한 것으로, 내열성이 강한 그래파이트(Graphite)를 포함하는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.The porous tube is for diffusion bonding the oxygen-free copper (OFC) layer 2 to the monoblock 1 by applying pressure in the vertical direction of the bonding surface during the cooling process, and includes graphite having high heat resistance. It is preferably made of a material.

이하에서는 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법을 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, a gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

먼저, 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 이루어지고, 관통홀을 구비한 모노블록(1)의 내경 내에 원통형의 무산소동(OFC)층(2)을 삽입하고, 상기 무산소동(OFC)층(2) 내경 내에 다공질 관을 삽입하여 조립품을 제작하는 단계를 진행한다.First, a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer 2 is inserted into the inner diameter of the monoblock 1 made of tungsten or a tungsten alloy and provided with a through hole, and the oxygen-free copper (OFC) layer 2 is Proceed with the step of manufacturing an assembly by inserting a porous tube.

이후, 상기 조립품을 진공 챔버 내에 장입한 후, 열을 가하여 무산소동(OFC)층(2)을 용융시키는 단계를 수행할 수 있다.Thereafter, the assembly may be charged into the vacuum chamber, and then heat may be applied to melt the oxygen-free copper (OFC) layer 2.

이때, 상기 조립품은 진공 챔버 내에 장입하기 전에 산 세정과 수세, 건조 과정을 실시한 후, 추가 오염을 방지하기 위해서 진공 챔버 내에 반듯이 바로 장입하는 것이 바람직하다. 만일, 조립품을 세정 후 일정 시간(30분 이상) 보관한 경우, 세정 과정을 다시 실시한 후 진공 챔버 내에 장입하여야 한다.At this time, the assembly is preferably acid washed, washed with water, and dried before loading into the vacuum chamber, and then directly loaded into the vacuum chamber to prevent further contamination. If the assembly is stored for a certain period of time (30 minutes or more) after cleaning, the cleaning process must be performed again and then loaded into the vacuum chamber.

또한, 상기 용융시키는 단계는 각 소재의 산화를 방지하기 위해서 진공도 약 5*10-5 torr 이하의 진공 챔버 내에서 실시하는 것이 바람직하며, 1100 내지 1200℃의 온도로 20 내지 40분 동안 수행할 수 있다.In addition, the melting step is preferably carried out in a vacuum chamber with a vacuum degree of about 5*10 -5 torr or less in order to prevent oxidation of each material, and can be performed at a temperature of 1100 to 1200°C for 20 to 40 minutes. have.

상기 진공 챔버는 대부분 복사 가열 방식이기 때문에 소재의 외각에서 먼저 가열되고 온도도 가장 높게 된다. 따라서, 진공 챔버의 온도를 제어하는 온도 센서와는 별도로 조립품의 실제 온도 상승을 간접적으로 확인하기 위해, 동일한 재질의 임시 시편에 온도 센서를 장착하고, 본 발명의 조립품과 동일하게 열을 가하여 온도 상승을 확인하며 진행하는 것이 바람직하다.Since most of the vacuum chambers are radiant heating systems, they are first heated from the outer surface of the material and the temperature is the highest. Therefore, in order to indirectly check the actual temperature rise of the assembly apart from the temperature sensor that controls the temperature of the vacuum chamber, the temperature sensor is mounted on a temporary specimen of the same material, and the temperature is increased by applying heat in the same manner as the assembly of the present invention. It is desirable to proceed with confirmation.

또 다른 방법으로, 약 850℃까지는 진공 챔버의 온도를 분당 약 6℃로 상승시키고, 각 소재의 균일한 온도 상승과 불순물의 최종 제거를 위해서 약 850℃에서 약 30분간 유지 시간을 가진 후에, 약 1150℃에서 30분 동안 무산소동(OFC)층(2)을 용융시킬 수 있다.Alternatively, the temperature of the vacuum chamber is raised to about 6°C per minute up to about 850°C, and after holding time at about 850°C for about 30 minutes for the uniform temperature increase of each material and final removal of impurities, about The oxygen-free copper (OFC) layer 2 may be melted at 1150° C. for 30 minutes.

다음으로, 상기 조립품을 냉각시키면서, 상기 진공 챔버 내에 아르곤 가스를 가압하여 무산소동(OFC)층을 모노블록에 확산 접합시키는 단계를 수행할 수 있다.Next, while cooling the assembly, argon gas is pressurized in the vacuum chamber to diffusely bond the oxygen-free copper (OFC) layer to the monoblock.

구체적으로, 상기 확산 접합시키는 단계는 상기 조립품의 온도가 1000℃ 이하가 됨으로써 무산소동(OFC)층(2)이 경화되는 동안에, 진공 챔버 내에 9.5 내지 10.5 MPa의 아르곤 가스를 가압하게 되며, 이로 인해 냉각되면서 무산소동(OFC)층(2)에 생기는 미세 기포를 제거할 수 있다.Specifically, the diffusion bonding step is to pressurize argon gas of 9.5 to 10.5 MPa in the vacuum chamber while the temperature of the assembly becomes 1000°C or less, and thus the oxygen-free copper (OFC) layer 2 is cured. As it cools, fine air bubbles generated in the oxygen-free copper (OFC) layer 2 can be removed.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 확산 접합시키는 단계에서, 아르곤 가스가 다공질 관을 관통하면서 무산소동(OFC)층(2)과 모노블록(1)의 접합면의 수직 방향으로 가압하여, 무산소동(OFC)층(2)이 모노블록(1)에 확산 접합될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 1, in the diffusion bonding step, argon gas is pressed in the vertical direction of the bonding surface of the oxygen-free copper (OFC) layer 2 and the monoblock 1 while penetrating the porous tube, The oxygen-free copper (OFC) layer 2 may be diffusion bonded to the monoblock 1.

이후, 조립품을 진공 챔버 내에서 자연 냉각시킨 후, 진공 챔버 내부 온도가 약 100℃ 이하로 내려가면 취출하고, 공기 중에서 마무리 냉각시켜 무산소동(OFC)층(2) 및 모노블록(1)이 접합된 조립품을 얻을 수 있다(도 2의 (b) 참조).Thereafter, the assembly is naturally cooled in a vacuum chamber, and when the temperature inside the vacuum chamber drops to about 100°C or less, it is taken out, and finally cooled in air to join the oxygen-free copper (OFC) layer (2) and the monoblock (1). The assembled product can be obtained (see Fig. 2(b)).

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 핵융합로용 적층 부품을 도시한 도면이다.3 is a view showing a laminated component for a fusion reactor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 목적을 위한 핵융합로용 적층 부품 제조 방법은, 무산소동층(2) 및 모노블록(1)이 확산 접합된 조립품으로부터 다공질 관을 제거하는 단계; 무산소동(OFC)층(2)의 내경을 절삭 가공하는 단계; 및 상기 무산소동(OFC)층(2) 내경 내에 구리 합금으로 이루어진 원형 냉각관(3)을 접합시키는 단계;를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, a method of manufacturing a laminated component for a fusion reactor for another object of the present invention includes: removing a porous tube from an assembly in which an oxygen-free copper layer 2 and a monoblock 1 are diffusion bonded; Cutting the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer (2); And bonding a circular cooling tube 3 made of a copper alloy within the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer 2.

먼저, 상기 가스 가압 주조법에 의해 확산 접합된 조립품으로부터 다공질 관을 제거하는 단계를 수행할 수 있으며, 다음으로, 핵융합로용 적층 부품으로 사용되기 위해서, 무산소동(OFC)층(2)의 내경을 절삭 가공하는 단계를 수행할 수 있다.First, the step of removing the porous tube from the diffusion bonded assembly by the gas pressure casting method can be performed, and then, in order to be used as a laminate component for a fusion reactor, the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer 2 The step of cutting can be performed.

이후, 상기 무산소동(OFC)층(2) 내경 내에 구리 합금으로 이루어진 원형 냉각관(3)을 접합시키는 단계를 진행한다.Thereafter, a step of joining the circular cooling tube 3 made of a copper alloy within the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer 2 is performed.

상기 냉각관(3)은 모노블록(1)을 냉각시키기 위한 것으로, 구리합금으로 이루어지며, 바람직하게는 구리에 크롬(Cr, 0.6-0.9 wt%)과 지르코늄(Zr, 0.07-0.15wt%)을 첨가하여 열전도율과 경도 및 강도를 향상시킨 Cu-Cr-Zr 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 냉각관(3)은 ASTM C18150 기준의 판재를 사용하여 원형으로 제작될 수 있다.The cooling pipe (3) is for cooling the monoblock (1), made of a copper alloy, preferably chromium (Cr, 0.6-0.9 wt%) and zirconium (Zr, 0.07-0.15wt%) in copper It may be made of a Cu-Cr-Zr alloy with improved thermal conductivity, hardness and strength by adding. In addition, the cooling pipe 3 may be manufactured in a circular shape using a plate material based on ASTM C18150.

한편, 일 실시예에서, 상기 무산소동(OFC)층(2) 및 원형 냉각관(3)은 HIP 접합, 진공 주조 접합, 브레이징 접합 등 다양한 접합 방식을 통해 접합될 수 있으나, 가장 일반적으로는 브레이징 접합될 수 있다.Meanwhile, in one embodiment, the oxygen-free copper (OFC) layer 2 and the circular cooling tube 3 may be bonded through various bonding methods such as HIP bonding, vacuum casting bonding, and brazing bonding, but most commonly brazing Can be joined.

여기서, 상기 브레이징 접합에 사용되는 용가재는 고온에서 사용 가능한 소재여야 하고, 녹는점은 텅스텐의 재결정 온도인 약 1550℃를 초과해서는 안 되며, 무산소동(OFC)과 구리 합금의 녹는점(약 1080℃)도 초과하지 않으면서 가장 높은 녹는점을 가진 소재를 선택하는 것이 바람직하다.Here, the filler material used for brazing bonding should be a material that can be used at high temperatures, and the melting point should not exceed about 1550°C, which is the recrystallization temperature of tungsten, and the melting point of oxygen-free copper (OFC) and copper alloy (about 1080°C). It is advisable to choose a material with the highest melting point without exceeding ).

따라서, 상기 브레이징 접합에 사용되는 용가재는 Ni-Cu-Mn 합금으로 이루어지는 것이 바람직하며, 구체적으로 구리(Cu, 52.5 wt%), 망간(Mn, 38 wt%), 니켈(Ni, 9.5 wt%)이 함유된 합금을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.Therefore, the filler material used for the brazing bonding is preferably made of a Ni-Cu-Mn alloy, and specifically, copper (Cu, 52.5 wt%), manganese (Mn, 38 wt%), nickel (Ni, 9.5 wt%) It is more preferable to use this containing alloy.

위와 같은 소재로 이루어진 용가재의 액상화 온도는 약 925℃이며, 고상화 온도는 약 880℃이다. 또한, 용가재는 판형(sheet) 또는 액체형으로 제작될 수 있다.The liquefaction temperature of the filler material made of the above material is about 925℃, and the solidification temperature is about 880℃. In addition, the filler material may be manufactured in a sheet or liquid form.

또한, 상기 브레이징 접합은 진공로 내부에서, 960 내지 990℃의 온도로 20 내지 40분 동안 수행할 수 있다.In addition, the brazing bonding may be performed in a vacuum furnace at a temperature of 960 to 990°C for 20 to 40 minutes.

상기 접합은 각 소재의 산화를 방지하기 위해서 진공도 약 5*10-5 torr 이하의 진공로에서 실시하는 것이 바람직하며, 진공로 내부 온도 약 980℃에서 30분 동안 유지하는 것이 가장 바람직하다. 이는, 용가재의 액상화 온도가 약 925℃ 이지만, 무산소동(OFC)층(2) 및 냉각관(3)의 균일한 열평형을 고려하여 내부 온도를 보다 높게 설정한 결과이다.The bonding is preferably performed in a vacuum furnace with a vacuum degree of about 5*10 -5 torr or less in order to prevent oxidation of each material, and it is most preferable to maintain the vacuum furnace at an internal temperature of about 980°C for 30 minutes. This is the result of setting the internal temperature higher in consideration of the uniform thermal equilibrium of the oxygen-free copper (OFC) layer 2 and the cooling tube 3, although the liquefaction temperature of the filler material is about 925°C.

구체적으로, 각 소재의 균일한 온도 상승을 위해서 약 850℃에서 약 30분간 유지 시간을 갖고, 약 980℃에서 30분 동안 브레이징 접합을 수행할 수 있다.Specifically, for a uniform temperature increase of each material, a holding time of about 850° C. for about 30 minutes may be held, and brazing bonding may be performed at about 980° C. for 30 minutes.

또한, 상기 브레이징 접합 후에, 아르곤 가스 하에서 진공로 내부를 400℃의 온도까지 급랭하는 단계 및 진공로 내부를 약 340 내지 490℃의 온도로 160 내지 200분 동안 유지시키는 단계를 더 포함할 수 있는데, 이는 구리 합금의 강도를 회복하기 위함이다.In addition, after the brazing bonding, the step of quenching the inside of the vacuum furnace to a temperature of 400° C. under argon gas and maintaining the inside of the vacuum furnace at a temperature of about 340 to 490° C. for 160 to 200 minutes may be further included, This is to restore the strength of the copper alloy.

상기 방법을 통해, 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 이루어지고, 관통홀을 구비한 모노블록(1); 상기 모노블록(1)의 관통홀 내면에 형성된 원통형의 무산소동(OFC)층(2); 및 상기 무산소동(OFC)층(2) 내면에 형성되고, 구리 합금으로 이루어진 원형 냉각관(3);을 포함하는 핵융합로용 적층 부품을 제조할 수 있다.Through the above method, a monoblock 1 made of tungsten or a tungsten alloy and having a through hole; A cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer 2 formed on the inner surface of the through hole of the monoblock 1; And it is formed on the inner surface of the oxygen-free copper (OFC) layer (2), a circular cooling tube (3) made of a copper alloy; a laminated component for a fusion reactor can be manufactured.

이하 본 발명의 다양한 실시예들 및 실험예들에 대해 상술한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 일부 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, various embodiments and experimental examples of the present invention will be described in detail. However, the following examples are only some examples of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to the following examples.

실험예 1Experimental Example 1

실시예 1Example 1

텅스텐(순도 99.95%, 밀도 19.1cm3)으로 이루어진 모노블록과 산소 함유량이 5 ppm 이하인 무산소동(OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper)으로 이루어진 원통형의 무산소동(OFC)층을 준비하였다.A cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer made of a monoblock made of tungsten (purity 99.95%, density 19.1 cm 3 ) and oxygen-free copper (OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper) having an oxygen content of 5 ppm or less was prepared.

상기 모노블록은 너비 25.0mm, 높이 28.2mm, 두께 12.4mm의 블록에 직경 17.00mm의 관통홀이 가공된 형태이며, 상기 원통형의 무산소동(OFC)층은 외경 16.80mm, 내경 15.0mm, 길이 12.4mm로 가공된 형태이다.The monoblock is a block having a width of 25.0mm, a height of 28.2mm, and a thickness of 12.4mm with a through hole of 17.00mm in diameter, and the cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer has an outer diameter of 16.80mm, an inner diameter of 15.0mm, and a length of 12.4mm. It is a form processed into mm.

이후, 모노블록의 내경 내에 원통형의 무산소동(OFC)층을 삽입하고, 상기 무산소동(OFC)층 내경 내에 다공질 관을 삽입하여 조립품을 제작하였다.Thereafter, a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer was inserted into the inner diameter of the monoblock, and a porous tube was inserted into the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer to produce an assembly.

다음으로, 조립품을 산 세정과 수세, 건조 과정을 실시하여 세척한 후 진공도 약 5*10-5 torr 이하의 진공 챔버 내에 장입하고, 약 850℃에서 약 30분간 유지 시간을 갖고, 무산소동(OFC)층이 용융되도록 약 1150℃에서 30분 동안 유지시켰다.Next, after washing the assembly by performing acid washing, water washing, and drying processes, it is charged into a vacuum chamber with a vacuum degree of about 5*10 -5 torr or less, and has a holding time at about 850℃ for about 30 minutes, and oxygen-free copper (OFC ) The layer was held at about 1150° C. for 30 minutes to melt.

이후, 조립품을 냉각시키면서, 1000℃ 이하일 때부터 무산소동(OFC)층이 냉각되는 동안에, 진공 챔버 내에 10 MPa의 아르곤 가스를 가압하였다.Thereafter, while cooling the granulated product, while the oxygen-free copper (OFC) layer was cooled from a temperature of 1000° C. or lower, an argon gas of 10 MPa was pressurized in the vacuum chamber.

가압을 완료한 후, 조립품을 진공 챔버 내에서 자연 냉각시킨 후, 진공 챔버 내부 온도가 약 100℃ 이하로 내려가면 취출하고, 공기 중에서 마무리 냉각시켜 무산소동(OFC)층 및 모노블록이 접합된 조립품을 얻었다. 조립품으로부터 다공질 관을 제거하고, 무산소동(OFC)층의 내경을 15.16mm로 절삭 가공하여 실시예 1(도 4 참조)을 제조하였다.After the pressurization is completed, the assembly is naturally cooled in the vacuum chamber, then taken out when the temperature inside the vacuum chamber drops to about 100℃ or lower, and finally cooled in air, whereby an oxygen-free copper (OFC) layer and monoblock are joined. Got it. The porous tube was removed from the assembly, and the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer was cut to 15.16 mm to prepare Example 1 (see FIG. 4).

이후, 실시예 1의 접합면의 결함의 유무를 체크하기 위해 SEM 분석을 실시하고, 접합면에서의 확산 정도를 측정하기 위해 EDS 분석을 실시하여, 그 결과를 도 5 내지 7에 각각 나타내었다.Thereafter, SEM analysis was performed to check the presence or absence of defects on the bonding surface of Example 1, and EDS analysis was performed to measure the degree of diffusion at the bonding surface, and the results are shown in FIGS. 5 to 7 respectively.

도 5를 참조하면, 모노블록과 무산소동(OFC)층의 접합면에서 결함이 발생하지 않았음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that no defects occurred at the bonding surface of the monoblock and the oxygen-free copper (OFC) layer.

또한, 도 6 내지 7을 참조하면, 경계면 중에서 2~3㎛ 정도의 길이로 텅스텐과 무산소동(OFC)층이 함께 존재하는 영역이 있는 것을 알 수 있으며, 이것은 무산소동(OFC)층이 텅스텐 쪽으로 확산되었음을 나타내는 결과이다.In addition, referring to FIGS. 6 to 7, it can be seen that there is a region in which tungsten and an oxygen-free copper (OFC) layer coexist with a length of about 2 to 3 μm in the interface. This is a result indicating that it has spread.

비교예 1Comparative Example 1

텅스텐(순도 99.95%, 밀도 19.1cm3)으로 이루어지고, 관통홀이 구비된 모노블록과 산소 함유량이 5 ppm 이하인 무산소동으로 이루어진 원통형의 무산소동(OFC)층을 준비하였다. 이때, 준비된 모노블록 및 무산소동(OFC)층은 무산소동(OFC)층의 외경과 모노블록의 내경과의 공차가 각각 0.006mm, 0.002mm, 0.026mm이 되도록 제작되었다.A cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer made of tungsten (purity 99.95%, density 19.1 cm 3 ) and formed of a monoblock having a through hole and an oxygen content of 5 ppm or less was prepared. At this time, the prepared monoblock and oxygen-free copper (OFC) layers were manufactured such that the tolerance between the outer diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer and the inner diameter of the monoblock was 0.006mm, 0.002mm, and 0.026mm, respectively.

이후, 모노블록의 내경 내에 원통형의 무산소동(OFC)층을 삽입하고, 열간 등방압 가압법(HIP) 접합 방식을 사용하여 접합을 실시하여, 시편(비교예 1)을 제조하였다.Thereafter, a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer was inserted into the inner diameter of the monoblock, and bonding was performed using a hot isostatic pressure (HIP) bonding method to prepare a specimen (Comparative Example 1).

도 8은 HIP 접합을 이용하여 제조된 시편들의 이미지이다.8 is an image of specimens manufactured using HIP bonding.

도 8에 나타난 바와 같이, 3가지 시편 모두에서 접합면의 결함이 발견되었다.As shown in Fig. 8, defects in the bonding surface were found in all three specimens.

비교예 2Comparative Example 2

텅스텐(순도 99.95%, 밀도 19.1cm3)으로 이루어지고, 관통홀이 구비된 모노블록과 산소 함유량이 5 ppm 이하인 무산소동으로 이루어진 원통형의 무산소동(OFC)층을 준비하였다. 이때, 준비된 모노블록 및 무산소동(OFC)층은 무산소동(OFC)층의 외경과 모노블록의 내경과의 공차가 각각 0.006mm, 0.002mm, 0.026mm이 되도록 제작되었다.A cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer made of tungsten (purity 99.95%, density 19.1 cm 3 ) and formed of a monoblock having a through hole and an oxygen content of 5 ppm or less was prepared. At this time, the prepared monoblock and oxygen-free copper (OFC) layers were manufactured such that the tolerance between the outer diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer and the inner diameter of the monoblock was 0.006mm, 0.002mm, and 0.026mm, respectively.

이후, 모노블록의 내경 내에 원통형의 무산소동(OFC)층을 삽입하고, 진공 주조(Vacuum casting) 접합 방식을 사용하여 접합을 실시하여, 시편(비교예 2)을 제조하였다.Thereafter, a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer was inserted into the inner diameter of the monoblock, and bonding was performed using a vacuum casting bonding method to prepare a specimen (Comparative Example 2).

도 9는 진공 주조 접합을 이용하여 제조된 시편들의 이미지이다.9 is an image of specimens manufactured using vacuum casting bonding.

도 9를 참조하면, 3가지 시편 모두의 무산소동(OFC)층 내부에 기공이 많이 남아 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 접합면에서의 접합력도 낮아서, 조그마한 충격에도 무산소동(OFC)층이 텅스텐 모노블록으로부터 분리되는 현상을 나타냈다.Referring to FIG. 9, it was confirmed that many pores remained in the oxygen-free copper (OFC) layer of all three specimens. In addition, the bonding strength on the bonding surface was also low, and thus, the oxygen-free copper (OFC) layer was separated from the tungsten monoblock even under a small impact.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.

Claims (11)

텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 이루어지고, 관통홀을 구비한 모노블록의 내경 내에 원통형의 무산소동(OFC)층을 삽입하고, 상기 무산소동(OFC)층 내경 내에 다공질 관을 삽입하여 조립품을 제작하는 단계;
상기 조립품을 진공 챔버 내에 장입한 후, 열을 가하여 무산소동(OFC)층을 용융시키는 단계; 및
상기 조립품을 냉각시키면서, 상기 다공질 관에 아르곤 가스를 가압하여 모노블록 및 무산소동(OFC)층을 확산 접합시키는 단계;를 포함하고,
상기 확산 접합시키는 단계에서, 아르곤 가스가 다공질 관을 관통하면서 무산소동(OFC)층과 모노블록의 접합면의 수직 방향으로 가압하여 접합면의 접합 강도를 향상시키는 것을 특징으로 하는,
모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법.
Manufacturing an assembly by inserting a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer into the inner diameter of a monoblock made of tungsten or tungsten alloy and having a through hole, and inserting a porous tube into the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer;
After loading the assembly into the vacuum chamber, applying heat to melt the oxygen-free copper (OFC) layer; And
While cooling the assembly, pressurizing argon gas to the porous tube to diffusely bond the monoblock and the oxygen-free copper (OFC) layer; Including,
In the diffusion bonding step, argon gas is pressed in the vertical direction of the bonding surface of the oxygen-free copper (OFC) layer and the monoblock while penetrating the porous tube to improve the bonding strength of the bonding surface,
Gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten.
제1항에 있어서,
상기 용융시키는 단계는 1100 내지 1200 ℃의 온도로 20 내지 40분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는,
모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법.
The method of claim 1,
The melting step is characterized in that carried out for 20 to 40 minutes at a temperature of 1100 to 1200 ℃,
Gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 확산 접합시키는 단계는 상기 조립품의 온도가 1000℃ 이하일 때부터 상기 다공질 관에 9.5 내지 10.5 MPa의 아르곤 가스를 가압하는 것을 특징으로 하는,
모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법.
The method of claim 1,
The diffusion bonding step is characterized in that the pressure of argon gas of 9.5 to 10.5 MPa to the porous tube from when the temperature of the assembly is less than 1000 ℃,
Gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten.
제1항에 있어서,
상기 무산소동(OFC)층은 산소 함유량이 5 ppm 이하인 무산소동(OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper)으로 이루어지고,
상기 다공질 관은 그래파이트(Graphite)를 포함하는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는,
모노블록형 텅스텐에 구리를 확산 접합하기 위한 다공질 관을 이용한 가스 가압 주조법.
The method of claim 1,
The oxygen-free copper (OFC) layer is made of oxygen-free copper (OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper) having an oxygen content of 5 ppm or less,
The porous tube is characterized in that made of a material containing graphite (Graphite),
Gas pressure casting method using a porous tube for diffusion bonding copper to monoblock tungsten.
텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 이루어지고, 관통홀을 구비한 모노블록의 내경 내에 원통형의 무산소동(OFC)층을 삽입하고, 상기 무산소동(OFC)층 내경 내에 다공질 관을 삽입하여 조립품을 제작하는 단계;
상기 조립품을 진공 챔버 내에 장입한 후, 열을 가하여 무산소동(OFC)층을 용융시키는 단계;
상기 조립품을 냉각시키면서, 상기 다공질 관에 아르곤 가스를 가압하여 모노블록 및 무산소동(OFC)층을 확산 접합시키는 단계;
상기 확산 접합 후, 조립품으로부터 상기 다공질 관을 제거하는 단계;
무산소동(OFC)층의 내경을 절삭 가공하는 단계; 및
상기 무산소동(OFC)층 내경 내에 구리 합금으로 이루어진 원형 냉각관을 접합시키는 단계;를 포함하고,
상기 확산 접합시키는 단계에서, 아르곤 가스가 다공질 관을 관통하면서 무산소동(OFC)층과 모노블록의 접합면의 수직 방향으로 가압하여 접합면의 접합 강도를 향상시키는 것을 특징으로 하는,
핵융합로용 적층 부품 제조 방법.
Manufacturing an assembly by inserting a cylindrical oxygen-free copper (OFC) layer into the inner diameter of a monoblock made of tungsten or tungsten alloy and having a through hole, and inserting a porous tube into the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer;
After loading the assembly into the vacuum chamber, applying heat to melt the oxygen-free copper (OFC) layer;
Diffusing the monoblock and the oxygen-free copper (OFC) layer by pressing argon gas to the porous tube while cooling the assembly;
Removing the porous tube from the assembly after the diffusion bonding;
Cutting the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer; And
Including; joining a circular cooling tube made of a copper alloy within the inner diameter of the oxygen-free copper (OFC) layer,
In the diffusion bonding step, argon gas is pressed in the vertical direction of the bonding surface of the oxygen-free copper (OFC) layer and the monoblock while penetrating the porous tube to improve the bonding strength of the bonding surface,
Method for manufacturing laminated parts for fusion reactors.
제6항에 있어서,
상기 무산소동(OFC)층은 산소 함유량이 5 ppm 이하인 무산소동(OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper)으로 이루어지고,
상기 냉각관은 Cu-Cr-Zr 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는,
핵융합로용 적층 부품 제조 방법.
The method of claim 6,
The oxygen-free copper (OFC) layer is made of oxygen-free copper (OFHC-Cu, Oxygen free high conductivity-copper) having an oxygen content of 5 ppm or less,
The cooling tube is characterized in that made of a Cu-Cr-Zr alloy,
A method of manufacturing a laminated component for a fusion reactor.
제6항에 있어서,
상기 무산소동(OFC)층 및 원형 냉각관은 브레이징 접합되는 것을 특징으로 하는,
핵융합로용 적층 부품 제조 방법.
The method of claim 6,
The oxygen-free copper (OFC) layer and the circular cooling tube, characterized in that the brazing bonding,
A method of manufacturing a laminated component for a fusion reactor.
제8항에 있어서,
상기 브레이징 접합에 사용되는 용가재는 Ni-Cu-Mn 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
핵융합로용 적층 부품 제조 방법.
The method of claim 8,
The filler material used for the brazing bonding is characterized in that it is made of a Ni-Cu-Mn alloy,
Method for manufacturing laminated parts for fusion reactors.
제8항에 있어서,
상기 브레이징 접합은 진공로 내부에서, 960 내지 990℃의 온도로 20 내지 40분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는,
핵융합로용 적층 부품 제조 방법.
The method of claim 8,
The brazing bonding is characterized in that carried out for 20 to 40 minutes at a temperature of 960 to 990 °C in a vacuum furnace,
A method of manufacturing a laminated component for a fusion reactor.
제10항에 있어서,
상기 브레이징 접합 후에, 아르곤 가스 하에서 진공로 내부를 400℃의 온도까지 급랭하는 단계; 및
진공로 내부를 450 내지 490℃의 온도로 160 내지 200분 동안 유지시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
핵융합로용 적층 부품 제조 방법.
The method of claim 10,
After the brazing bonding, quenching the inside of the vacuum furnace to a temperature of 400 °C under argon gas; And
Maintaining the inside of the vacuum furnace at a temperature of 450 to 490 °C for 160 to 200 minutes; characterized in that it further comprises,
A method of manufacturing a laminated component for a fusion reactor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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