JPH10194877A - Tungsten-carbon composite material - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、特に耐熱衝撃性、
耐摩耗性等に優れるカーボン−金属系の複合材料に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to, in particular, thermal shock resistance,
The present invention relates to a carbon-metal composite material having excellent wear resistance and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】核融合炉の炉壁内張りに適した材料とし
て従来では、カーボン材料の有する耐熱性(大気圧以下
での不溶融性)、熱的安定性、耐食性や軽量でありなが
ら高強度、高靭性等といった特性及びカーボンの原子番
号が小さく、プラズマ温度の低下を小さく抑えられるこ
と等の利点が着目され、このカーボン材料、特に熱伝導
率の大きい炭素繊維強化カーボン複合材(以下、「C/
C材」と略称する。)が使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a material suitable for lining the walls of a fusion reactor, the heat resistance (infusibility at atmospheric pressure or lower), thermal stability, corrosion resistance, and high strength of a lightweight yet lightweight carbon material have. Attention has been paid to characteristics such as high toughness, a low atomic number of carbon, and a low reduction in plasma temperature. C /
C material ". ) Is used.
【0003】但し、核融合炉の炉壁としては、プラズマ
の安定化を確保するためにさらに高純度なもの、つまり
不純物(ガス)が放出されないような部材であることが
求められる。同時にプラズマ粒子による損耗がカーボン
材料に比べて、より少ないことも要求されている。そこ
で、これらの条件を満たすべく、実際の炉壁内張り材と
しては、C/C材を母材としてその表面にタングステン
をコーティングしたものが使用されている。このタング
ステンでコーティングしたC/C材の製作には、一般に
大規模な化学気相蒸着(以下「CVD(Chemical Vapor
Deposition)」)装置を使用する方法やプラズマ溶射法
により行っている。[0003] However, the reactor wall of the nuclear fusion reactor is required to have a higher purity, that is, a member from which impurities (gas) are not released, in order to ensure the stabilization of plasma. At the same time, it is required that wear by plasma particles is smaller than that of carbon materials. Therefore, in order to satisfy these conditions, an actual furnace wall lining material is a C / C material whose base material is coated with tungsten. The fabrication of this tungsten coated C / C material generally involves large-scale chemical vapor deposition (hereinafter "CVD").
Deposition) ”), or by using a plasma spraying method.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のタング
ステンでコーティングしたC/C材(以下、「Wコート
C/C材」という。)の場合には、熱的な衝撃を受けた
ときに表面のWコートが剥離しやすく、一旦剥離が生じ
ると、母材たるC/C材が露出し、C/C材から放出さ
れるガスの影響を受けて、プラズマが不安定になるとい
う問題がある。また、WコートC/C材の製作には、大
規模なCVD装置やプラズマ溶射装置を使用するため、
材料費が非常に高いものとなっていた。However, in the case of the above-mentioned tungsten-coated C / C material (hereinafter referred to as "W-coated C / C material"), when a thermal shock is applied to the surface, Is easy to peel off, and once peeling occurs, there is a problem that the C / C material as a base material is exposed and the plasma becomes unstable under the influence of the gas released from the C / C material. . In addition, since large-scale CVD equipment and plasma spray equipment are used for the production of W coat C / C material,
Material costs were very high.
【0005】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、タングステンとカ
ーボンのそれぞれの材料特性を十分生かした複合材料で
ありながら、従来型のタングステン/カーボン複合材料
よりもはるかに熱的衝撃性や耐摩耗性が高く、かつ安価
な複合材料を提供する点にある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a conventional tungsten / carbon composite material which is a composite material that makes full use of the respective material characteristics of tungsten and carbon. An object of the present invention is to provide an inexpensive composite material having much higher thermal shock resistance and abrasion resistance than a composite material.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、まず従来
のタングステン/カーボン複合材料が熱的衝撃性に弱い
原因について種々調べた結果、最外層のWコートと母材
たるC/C材層との間にタングステンカーバイト(W
C)という比較的脆い性質を有する炭化物の膜がいわば
境界層として一様に連続した状態で形成されており、こ
れが原因であることを見い出し、さらにこの原因を取り
除くべく研究を重ねた末、本発明を完成したものであ
る。Means for Solving the Problems First, the present inventors have conducted various investigations on the cause of the weakness of the conventional tungsten / carbon composite material in thermal shock resistance. As a result, the outermost W coat and the C / C material as the base material were obtained. Tungsten carbide (W
C), a relatively brittle carbide film having a relatively brittle property, is formed in a uniform and continuous state as a so-called boundary layer. It has been found that this is the cause, and further studies have been conducted to eliminate this cause. The invention has been completed.
【0007】即ち、上記目的を達成し得た本発明のうち
請求項1記載の発明のタングステン/カーボン複合材料
とは、カーボン基材の表層部にタングステン/カーボン
の傾斜機能化された組織層が形成されてなることを特徴
とする。また請求項2記載の発明は、前記カーボン基材
がC/C材であることを特徴とする。That is, the tungsten / carbon composite material according to the first aspect of the present invention, which has achieved the above object, is characterized in that a tungsten / carbon gradient-functionalized tissue layer is formed on a surface layer of a carbon base material. It is characterized by being formed. The invention according to claim 2 is characterized in that the carbon substrate is a C / C material.
【0008】これにより、カーボン基材(たとえC/C
材であっても事情は同じであるため、以下カーボン基材
で代表的に説明する。)の表層部における組織は、タン
グステンカーバイトの膜がカーボン母材中に分散して存
在するタングステン粒子の表面に形成された状態とな
る。さらに、カーボン基材の表層部の最外表面はタング
ステンの含有率が100%であり、表層部の下側はカー
ボンの含有率が100%であり、表層部下側から最外表
面にかけてのカーボン粒子,タングステン粒子の含有率
は互いに反比例、即ちタングステン粒子の含有率の増加
に伴ってカーボン粒子の含有率が減少する状態となって
いる。Thus, the carbon substrate (for example, C / C
Since the situation is the same even for materials, a carbon base material will be representatively described below. The structure in the surface layer of (1) is a state in which a film of tungsten carbide is formed on the surface of tungsten particles dispersed and existing in the carbon base material. Further, the outermost surface of the surface portion of the carbon substrate has a tungsten content of 100%, the lower side of the surface portion has a carbon content of 100%, and carbon particles from the lower surface portion to the outermost surface. , The content of the tungsten particles is in inverse proportion to each other, that is, the content of the carbon particles decreases as the content of the tungsten particles increases.
【0009】従って、カーボン基材の表層部におけるタ
ングステンカーバイトの膜(球形の膜)の存在状態は、
従来のタングステン/カーボン複合材料の場合(層状の
膜)と比べると、水平方向に分断されると共に、その分
断された独立の膜が球形で、しかもその密集度を垂直方
向に直線的に変化させながら所定の厚みで存在するとい
う状態にある。さらに、各タングステン粒子はタングス
テンカーバイトを介して周囲のカーボン粒子と強固に結
合された状態となっている。Therefore, the existence state of the tungsten carbide film (spherical film) on the surface layer of the carbon base material is as follows.
Compared to the case of the conventional tungsten / carbon composite material (layered film), it is divided in the horizontal direction, and the divided independent film is spherical, and its density is changed linearly in the vertical direction. However, it is in a state of being present with a predetermined thickness. Further, each tungsten particle is in a state of being strongly bonded to the surrounding carbon particles via the tungsten carbide.
【0010】この結果、カーボン基材の表層部の最外表
面に熱衝撃が加えられたときでも、熱応力がそのタング
ステン/カーボンの傾斜機能化された組織層からなる表
層部内で緩和され、従来のようにカーボン基材の表層部
が剥離されるという現象はなくなる。また、カーボン基
材の表層部にタングステン/カーボンの傾斜機能化され
た組織層を形成する場合は、タングステンをコーティン
グするときのように大がかりなCVD装置等を使用せず
とも、一般の炭素部材を製造する方法、例えば加圧焼結
プロセスをそのまま利用することによって実現できるの
で、タングステン/カーボン複合材料の製作コストを低
減することも可能である。As a result, even when a thermal shock is applied to the outermost surface of the surface portion of the carbon base material, the thermal stress is alleviated in the surface layer portion composed of the tissue layer having a gradient function of tungsten / carbon. The phenomenon that the surface layer of the carbon base material is peeled off as described above is eliminated. Also, when forming a tissue layer with a gradient function of tungsten / carbon on the surface layer of a carbon base material, a general carbon member can be used without using a large-scale CVD device or the like as when coating tungsten. Since the method can be realized by directly using a manufacturing method, for example, a pressure sintering process, the manufacturing cost of the tungsten / carbon composite material can be reduced.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図1は、本発明のタングステン
/カーボン複合材料の要部断面模式説明図である。図1
において、カーボン基材1の表層部2は、最外表面のタ
ングステン層3とその下側にあるタングステン/カーボ
ンの傾斜機能化された組織層4とからなっている。即
ち、タングステン層3のタングステンの含有率は100
%である。また、表層部2の下側はカーボンの含有率が
100%のカーボン基材1である。そして、表層部2下
側から最外表面のタングステン層3にかけてのカーボン
粒子,タングステン粒子の含有率は互いにほぼ反比例す
る状態、即ちタングステン粒子の含有率の増加に伴って
カーボン粒子の含有率が減少する状態となっている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part of a tungsten / carbon composite material of the present invention. FIG.
The surface layer portion 2 of the carbon substrate 1 is composed of a tungsten layer 3 on the outermost surface and a tissue layer 4 with a gradient function of tungsten / carbon below the tungsten layer 3. That is, the tungsten content of the tungsten layer 3 is 100
%. The lower side of the surface layer 2 is the carbon substrate 1 having a carbon content of 100%. The contents of the carbon particles and the tungsten particles from the lower portion of the surface layer portion 2 to the tungsten layer 3 on the outermost surface are almost in inverse proportion to each other, that is, the content of the carbon particles decreases as the content of the tungsten particles increases. It is in a state to do.
【0012】また、表層部2におけるタングステン粒子
をミクロ的に観察すると、その表面にはカーボンとの反
応によってタングステンカーバイトの膜が生じると共
に、このタングステンカーバイトの膜は一種のバインダ
ーとなって、タングステン粒子とカーボン粒子とが強固
に結び付けられた組織構造となっている。When the tungsten particles in the surface layer 2 are observed microscopically, a reaction with carbon forms a tungsten carbide film on the surface, and the tungsten carbide film becomes a kind of binder. The structure is such that the tungsten particles and the carbon particles are tightly linked.
【0013】また、特にタングステンカーバイトの膜
(球形の膜)の存在状態に注目すれば、従来のタングス
テン/カーボン複合材料におけるタングステンカーバイ
トの場合(層状の連続した膜)と比べると、水平方向に
分断されると共に、その分断された独立の膜が球形で、
しかもその密集度を垂直方向に直線的に変化させながら
所定の厚みで存在するという状態にある。即ち、タング
ステン層3の下側が最も多く、表層部2の下側にかけて
直線的に減少し、ついには全く存在していないという状
態にある。In particular, when attention is paid to the existence state of the tungsten carbide film (spherical film), the horizontal direction is smaller than that of the conventional tungsten / carbon composite material of tungsten carbide (layered continuous film). And the separated independent membrane is spherical,
In addition, the density is present at a predetermined thickness while changing the density linearly in the vertical direction. In other words, the lower part of the tungsten layer 3 is the largest, and decreases linearly toward the lower part of the surface layer part 2.
【0014】この結果、カーボン基材1の表層部2の最
外表面に熱衝撃が加えられたときでも、熱応力はその表
層部2内で十分緩和されるため、従来のようにカーボン
基材の表層部が剥離されるという現象はなくなる。As a result, even when a thermal shock is applied to the outermost surface of the surface layer portion 2 of the carbon substrate 1, the thermal stress is sufficiently reduced in the surface layer portion 2. The phenomenon that the surface layer portion is peeled off disappears.
【0015】次に、本発明のタングステン/カーボン複
合材料の製造方法の一例を図面に基づき説明する。図2
は、その製造方法の概略説明図である。原料粉末である
カーボン粉末5とタングステン粉末6とさらに必要な合
成樹脂やピッチなどの結合材7を調合した後、混合機8
でよく混合し、予め定められた組成分布に従って、タン
グステン/カーボン比が段階的に異なるタングステン/
カーボン混合粉末12a,12b,12c,……(同図
(b)参照)を事前に調製しておく。Next, an example of the method for producing the tungsten / carbon composite material of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
FIG. 2 is a schematic explanatory view of the manufacturing method. After blending the carbon powder 5 and the tungsten powder 6 as raw material powders and the necessary binder 7 such as synthetic resin and pitch, a mixer 8
And the tungsten / carbon ratio is varied stepwise according to a predetermined composition distribution.
The carbon mixed powders 12a, 12b, 12c,... (See FIG. 3B) are prepared in advance.
【0016】そして、まずタングステン100%の粉末
11を金型9の下金型10内に装填した後、上記のとお
り事前調製した混合比の異なるタングステン/カーボン
混合粉末12a,12b,12c,……を下金型10内
に積層充填する。最後に、複合材料の基材となるべきカ
ーボン100%のカーボン粉末13を装填した後、上金
型14を圧下して金型成形を実施し、タングステン/カ
ーボン混合粉末の圧密体15を得る。なお、タングステ
ン/カーボン混合粉末12a,12b,12c,……の
層の厚みは任意に決めることができる。After the powder 11 of 100% tungsten is loaded into the lower mold 10 of the mold 9, the tungsten / carbon mixed powders 12a, 12b, 12c,... Is stacked and filled in the lower mold 10. Finally, after loading the carbon powder 13 of 100% carbon, which is to be the base material of the composite material, the upper mold 14 is pressed down to carry out mold molding to obtain the compacted body 15 of the tungsten / carbon mixed powder. The thickness of the layers of the tungsten / carbon mixed powders 12a, 12b, 12c,... Can be arbitrarily determined.
【0017】得られた圧密体15を常圧焼結炉又は加圧
焼結炉16に入れ、成分粉末の焼結挙動を考慮して適当
な焼結温度(例えば、1000〜2800°C程度)
で、熱応力が発生しないように、ゆっくりと加熱して焼
結する。得られた焼結体17は、図1に示すように、カ
ーボン基材1の表層部2にタングステン/カーボンの傾
斜機能化された組織層4が形成されたタングステン/カ
ーボン複合材料である。The obtained compact 15 is put into a normal pressure sintering furnace or a pressure sintering furnace 16 and an appropriate sintering temperature (for example, about 1000 to 2800 ° C.) in consideration of the sintering behavior of the component powders.
Then, sintering is performed by heating slowly so as not to generate thermal stress. As shown in FIG. 1, the obtained sintered body 17 is a tungsten / carbon composite material in which a tissue layer 4 having a tungsten / carbon gradient function is formed on a surface layer portion 2 of a carbon base material 1.
【0018】本発明のタングステン/カーボン複合材料
は、上記のとおり一般の炭素焼結体を得る方法、例えば
常圧又は加圧焼結プロセスをそのまま利用することによ
って実現でき、従来におけるタングステンをコーティン
グするときのように大がかりなCVD装置等を使用しな
くて済むので、タングステン/カーボン複合材料の製作
コストを大幅に低減することができる。As described above, the tungsten / carbon composite material of the present invention can be realized by directly using a method for obtaining a general carbon sintered body, for example, a normal pressure or pressure sintering process. Since it is not necessary to use a large-scale CVD apparatus or the like as in the case of the conventional case, the manufacturing cost of the tungsten / carbon composite material can be significantly reduced.
【0019】なお、上記実施形態においては、複合材料
の母材としてカーボン材で代表的に説明したが、前述し
たようにカーボン材がC/C材の場合であっても勿論有
効であり、あらゆる形態のカーボン材に対して適用可能
である。In the above embodiment, the carbon material is representatively described as the base material of the composite material. However, even if the carbon material is a C / C material as described above, it is of course effective, It is applicable to the carbon material in the form.
【0020】[0020]
(実験例1)油圧プレスの金型(φ50mm)内に、下
記する〜の粉末原料をの順に積層充填し
た。 タングステン粉末(純度99.99%、平均粒径約5
μm)。 上記タングステン粉末400重量部に対して、黒鉛粉
末100重量部及びノボラックフェノール樹脂50重量
部を加え、50〜150°Cで約10分間混練した。こ
の混練物を平均粒径が数十μmになるように粉砕したも
の。 上記と同じ工程により得られる粉砕品であるが、特
に組成分布をタングステン粉末200重量部、黒鉛粉末
100重量部、ノボラックフェノール樹脂50重量部と
したもの。 上記と同じ工程により得られる粉砕品であるが、特
に組成分布としてタングステンを除き、黒鉛粉末100
重量部に対しノボラックフェノール樹脂50重量部とし
たもの。(Experimental Example 1) The following powder materials (1) to (5) were stacked and filled in a hydraulic press die (φ50 mm) in this order. Tungsten powder (purity 99.99%, average particle size about 5
μm). To 400 parts by weight of the tungsten powder, 100 parts by weight of graphite powder and 50 parts by weight of novolak phenol resin were added and kneaded at 50 to 150 ° C. for about 10 minutes. This kneaded material is pulverized so that the average particle size becomes several tens of μm. A pulverized product obtained by the same process as described above, but particularly having a composition distribution of 200 parts by weight of tungsten powder, 100 parts by weight of graphite powder, and 50 parts by weight of novolak phenol resin. It is a pulverized product obtained by the same process as described above, but excluding tungsten as a composition distribution.
Novolak phenol resin 50 parts by weight with respect to parts by weight.
【0021】上記の積層充填が終了した後、室温下、1
トン/cm2 の圧力を作用させて金型成形を実施した。
こうして得られた成形体をさらに約2000°Cで焼成
し、焼結体とした。この焼結体の表層部の走査型電子顕
微鏡写真(SEM写真)を図3(a)に示す。また、同
じ部位について、X線マイクロアナライザーで分析した
結果得られたタングステン分布図を同図(b)に示す。
図3から、最外表面から内部にかけてタングステンの濃
度が変化している様子が認められる。After completion of the above-mentioned laminating filling, at room temperature, 1
Die molding was performed by applying a pressure of ton / cm 2 .
The molded body thus obtained was further fired at about 2000 ° C. to obtain a sintered body. FIG. 3A shows a scanning electron micrograph (SEM photograph) of the surface portion of this sintered body. FIG. 3B shows a tungsten distribution diagram obtained as a result of analyzing the same site with an X-ray microanalyzer.
FIG. 3 shows that the concentration of tungsten changes from the outermost surface to the inside.
【0022】上記で得られた焼結体の耐熱衝撃性と耐摩
耗性を、従来品のそれと比較するテストを行った。な
お、従来品としては、CVD法によって等方性黒鉛基材
上にタングステンを100μmの厚みにコーティングし
たものを用いた。 (イ)耐熱衝撃性テスト 上記焼結体及び従来品のそれぞれに対して、電子ビーム
を5MW/m2 、1秒間照射し、この照射により表層部
にどのような変化が生じたかを調べた。この結果、従来
品では、黒鉛基材とタングステンコーティング層とのち
ょうど境界面付近にクラックの発生が認められた。これ
に対し、本発明に係る焼結体では、タングステンの剥離
等は全く認められなかった。 (ロ)耐摩耗性テスト ステンレス製のリング(φ90mm)にクロムメッキを
施したものを用いて、該リングを、焼結体及び従来品の
表面(5mm×20mmに加工した面)に面圧5kg/
cm2 の圧力で付勢しつつ回転(周速8.4m/s)す
ることにより、摺動面にどのような変化が生じたかを調
べた。この結果、従来品では、摩擦係数が高くなり、焼
き付けが発生したのに対し、本発明に係る焼結体では、
そのような焼き付けは全く認められず、良好な摺動性能
が得られることが確認できた。A test was conducted to compare the thermal shock resistance and wear resistance of the sintered body obtained above with those of the conventional product. As a conventional product, a product obtained by coating tungsten to a thickness of 100 μm on an isotropic graphite substrate by a CVD method was used. (A) Thermal shock resistance test Each of the above sintered body and the conventional product was irradiated with an electron beam at 5 MW / m 2 for 1 second, and what kind of change occurred in the surface layer portion by this irradiation was examined. As a result, in the conventional product, cracks were observed just near the boundary between the graphite substrate and the tungsten coating layer. On the other hand, in the sintered body according to the present invention, no peeling of tungsten or the like was observed at all. (B) Abrasion resistance test A stainless steel ring (φ90 mm) plated with chrome was used to apply a surface pressure of 5 kg to the surface of the sintered body and the conventional product (the surface processed to 5 mm × 20 mm). /
By rotating (peripheral speed: 8.4 m / s) while energizing with a pressure of cm 2 , it was examined what kind of change occurred on the sliding surface. As a result, in the conventional product, the coefficient of friction was increased and burning occurred, whereas in the sintered body according to the present invention,
No such baking was observed, and it was confirmed that good sliding performance was obtained.
【0023】(実験例2)嵩密度1.3g/cm3 のカ
ーボンファイバーフェルト成形体(以下「フェルトC/
C成形体」という。)を基材として用い、いわゆる含浸
焼成法の繰り返しにより、該基材の表層部を、タングス
テン/カーボン比が段階的に異なる組織層とした。即
ち、まず300重量部のタングステンを100重量部の
レゾール系フェノール樹脂に分散させたものを、前記フ
ェルトC/C成形体に含浸させた。含浸は、そのフェル
トC/C成形体をタングステン分散樹脂中に浸漬したも
のをオートクレープに入れ、窒素ガスでオートクレープ
内を10kg/cm2 に加圧することにより行った。含
浸材は2000°Cで焼成した。(Experimental Example 2) A molded carbon fiber felt having a bulk density of 1.3 g / cm 3 (hereinafter referred to as “Felt C /
It is referred to as "C molded body". ) Was used as a substrate, and the so-called impregnation firing method was repeated to form a surface layer portion of the substrate into a texture layer in which the tungsten / carbon ratio was varied stepwise. That is, first, 300 parts by weight of tungsten dispersed in 100 parts by weight of a resole-based phenol resin were impregnated into the felt C / C molded body. The impregnation was carried out by immersing the felt C / C compact in a tungsten-dispersed resin into an autoclave, and pressurizing the inside of the autoclave to 10 kg / cm 2 with nitrogen gas. The impregnating material was fired at 2000 ° C.
【0024】次に、この一次焼成材に対し、500重量
部のタングステンを100重量部のレゾール系フェノー
ル樹脂に分散させたものをさらに含浸させた後、同様に
2000°Cで焼成した。含浸時には、タングステンは
フェルトC/C成形体の内部までは入りにくく、従って
成形体のより表面部ほどタングステンの濃度が高いとい
う組織が形成されることになる。そして、最終段階でタ
ングステンの濃度をより高めるために、メチルアルコー
ルにタングステンを分散したものを表面に塗布し乾燥さ
せた後、2000°Cで焼成し、焼結体とした。Next, the primary fired material was further impregnated with a dispersion of 500 parts by weight of tungsten in 100 parts by weight of a resole-based phenol resin, and was similarly fired at 2000 ° C. At the time of impregnation, the tungsten hardly enters the inside of the felt C / C molded body, so that a structure in which the surface portion of the molded body has a higher tungsten concentration is formed. Then, in order to further increase the concentration of tungsten in the final stage, a material obtained by dispersing tungsten in methyl alcohol was applied to the surface and dried, and then fired at 2000 ° C. to obtain a sintered body.
【0025】上記で得られた焼結体の耐熱衝撃性と耐摩
耗性を、従来品のそれと比較するテストを(実験例1)
と同じ要領で行った。なお、従来品としては、CVD法
によってフェルトC/C成形体の基材上にタングステン
を100μmの厚みにコーティングしたものを用いた。
耐熱衝撃性テストの結果、従来品では、タングステンコ
ーティング層が一部剥離した。これに対し、本発明に係
る焼結体では、タングステンの剥離等は全く認められな
かった。また、耐摩耗性テストの結果、従来品では、摩
擦係数が高くなり、焼き付けが発生したのに対し、本発
明に係る焼結体では、そのような焼き付けは全く認めら
れず、良好な摺動性能が得られることが確認できた。A test was conducted to compare the thermal shock resistance and wear resistance of the sintered body obtained above with those of the conventional product (Experimental Example 1).
I went in the same way. As a conventional product, a felt C / C formed body coated with tungsten to a thickness of 100 μm by a CVD method was used.
As a result of the thermal shock resistance test, in the conventional product, the tungsten coating layer was partially peeled. On the other hand, in the sintered body according to the present invention, no peeling of tungsten or the like was observed at all. In addition, as a result of the wear resistance test, in the conventional product, the coefficient of friction was increased and seizure occurred. On the other hand, in the sintered body according to the present invention, such seizure was not recognized at all and good sliding was observed. It was confirmed that performance was obtained.
【0026】上記(実験例1)及び(実験例2)の結果
からも明らかなように、焼結体の表層部にタングステン
をその濃度が傾斜するように存在させることによって、
耐熱衝撃性及び耐摩耗性を向上できたことが理解でき
る。なお、耐摩耗性の改善は、焼結体の表面近傍にまで
カーボンが存在することにより、いわゆる自己潤滑性が
発揮されたものと考えられる。従って、耐摩耗性の改善
を重視する場合は、表層部の最も外側の純タングステン
の層はあまり厚くないことが望ましい。As is clear from the results of the above-mentioned (Experimental Example 1) and (Experimental Example 2), the presence of tungsten in the surface layer of the sintered body so that its concentration is inclined,
It can be understood that the thermal shock resistance and the wear resistance were improved. It is considered that the improvement of the wear resistance is due to the so-called self-lubricating property exhibited by the presence of carbon even in the vicinity of the surface of the sintered body. Therefore, when emphasis is placed on the improvement of wear resistance, it is desirable that the outermost layer of pure tungsten in the surface layer is not too thick.
【0027】[0027]
【発明の効果】本発明のうち請求項1記載の発明のタン
グステン/カーボン複合材料は、カーボン基材の表層部
にタングステン/カーボンの傾斜機能化された組織層を
形成したものである。従って、カーボン基材の表層部の
最外表面に熱衝撃が加えられたときでも、熱応力がその
タングステン/カーボンの傾斜機能化された組織層から
なる表層部内で緩和され、従来のようにカーボン基材の
表層部が剥離されるという現象はなくなる。この結果、
タングステンとカーボンのそれぞれの材料特性を十分生
かした複合材料でありながら、従来型のタングステンコ
ート/カーボン複合材料よりもはるかに熱的衝撃性や耐
摩耗性が高く、かつ安価な複合材料を提供することがで
きる。従って、核融合炉の炉壁内張り材などの高熱流束
部材として好適である。また、機械部品(摺動部品)と
しては、特にスラリーが存在するような場合に好適であ
る。According to the present invention, the tungsten / carbon composite material according to the first aspect of the present invention has a structure layer in which a gradient function of tungsten / carbon is formed on the surface of a carbon substrate. Therefore, even when a thermal shock is applied to the outermost surface of the surface portion of the carbon base material, the thermal stress is relieved in the surface portion composed of the tungsten / carbon gradient functionalized tissue layer, and the carbon The phenomenon that the surface layer of the base material is peeled off is eliminated. As a result,
Despite being a composite material that takes full advantage of the properties of each of tungsten and carbon, it offers much lower thermal shock and wear resistance than conventional tungsten-coated / carbon composite materials, and provides a less expensive composite material. be able to. Therefore, it is suitable as a high heat flux member such as a furnace wall lining material of a fusion reactor. Moreover, it is suitable especially when a slurry exists as a mechanical component (sliding component).
【0028】また、カーボン基材の表層部にタングステ
ン/カーボンの傾斜機能化された組織層を形成する場合
は、従来のようにタングステンをコーティングするとき
のように大がかりなCVD装置等を使用せずとも、一般
の炭素部材を製造する方法、例えば常圧又は加圧焼結プ
ロセスをそのまま利用することによって実現できるの
で、タングステン/カーボン複合材料の製作コストを大
幅に低減することも可能である。In the case of forming a tissue layer having a tungsten / carbon gradient function on the surface layer of a carbon base material, a large-scale CVD apparatus or the like is not used as in the conventional case of coating tungsten. Both can be realized by directly using a method of manufacturing a general carbon member, for example, a normal pressure or pressure sintering process, so that the manufacturing cost of the tungsten / carbon composite material can be significantly reduced.
【0029】また、請求項2記載の発明のタングステン
/C/C材複合材料によれば、請求項1記載の発明の効
果に加えて、特に核融合炉の炉壁内張り材として性能的
にも価格的にも満足できるものを提供することができ
る。According to the tungsten / C / C composite material of the second aspect of the present invention, in addition to the effects of the first aspect of the present invention, in particular, the tungsten / C / C composite material has a high performance as a furnace wall lining material for a fusion reactor. Products that are satisfactory in terms of price can be provided.
【図1】本発明のタングステン/カーボン複合材料の要
部断面模式説明図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part of a tungsten / carbon composite material of the present invention.
【図2】本発明のタングステン/カーボン複合材料の製
造方法の一例を示す図であり、(a)は工程説明図、
(b)は(a)のA部を拡大した図である。FIG. 2 is a view showing an example of a method for producing a tungsten / carbon composite material of the present invention, wherein (a) is a process explanatory view,
(B) is the figure which expanded the A section of (a).
【図3】実験例1で得た本発明に係る焼結体の表層部の
組織を観察した図であり、(a)はSEM写真を示す図
であり、(b)はX線マイクロアナライザーによるタン
グステンの分布図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a structure of a surface layer portion of a sintered body according to the present invention obtained in Experimental Example 1, in which FIG. 3A is a diagram showing an SEM photograph, and FIG. It is a distribution map of tungsten.
1 カーボン基材 2 表層部 3 タングステン層 4 傾斜機能組織層 5 カーボン粉末 6 タングステン粉末 7 結合材 8 混合機 9 金型 10 下金型 11 タングステン100%の粉末 12a,12b,12c タングステン/カーボン混
合粉末 13 カーボン100%の粉末 14 上金型 15 圧密体 16 常圧焼結炉 17 焼結傾斜機能材DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon base material 2 Surface layer 3 Tungsten layer 4 Functionally graded functional layer 5 Carbon powder 6 Tungsten powder 7 Binder 8 Mixer 9 Mold 10 Lower mold 11 Powder of 100% tungsten 12a, 12b, 12c Tungsten / carbon mixed powder 13 Powder of 100% Carbon 14 Upper Die 15 Compacted Body 16 Normal Pressure Sintering Furnace 17 Sintered Functionally Graded Material
Claims (2)
カーボンの傾斜機能化された組織層が形成されてなるこ
とを特徴とするタングステン/カーボン複合材料。1. The method according to claim 1, wherein the surface portion of the carbon substrate has tungsten /
A tungsten / carbon composite material, wherein a tissue layer functionalized with carbon is formed.
ン複合材である請求項1記載のタングステン/カーボン
複合材料。2. The tungsten / carbon composite material according to claim 1, wherein said carbon substrate is a carbon fiber reinforced carbon composite material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1458097A JPH10194877A (en) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | Tungsten-carbon composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1458097A JPH10194877A (en) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | Tungsten-carbon composite material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10194877A true JPH10194877A (en) | 1998-07-28 |
Family
ID=11865112
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1458097A Pending JPH10194877A (en) | 1997-01-09 | 1997-01-09 | Tungsten-carbon composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10194877A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1367040A1 (en) | 2002-05-24 | 2003-12-03 | Mitsubishi Chemical Functional Products, Inc. | Friction material |
WO2012165208A1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-06 | 東洋炭素株式会社 | Joint of metal material and ceramic-carbon composite material, method for producing same, carbon material joint, jointing material for carbon material joint, and method for producing carbon material joint |
-
1997
- 1997-01-09 JP JP1458097A patent/JPH10194877A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1367040A1 (en) | 2002-05-24 | 2003-12-03 | Mitsubishi Chemical Functional Products, Inc. | Friction material |
US7449234B2 (en) | 2002-05-24 | 2008-11-11 | Mitsubishi Chemical Functional Products, Inc. | Sliding material |
WO2012165208A1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-06 | 東洋炭素株式会社 | Joint of metal material and ceramic-carbon composite material, method for producing same, carbon material joint, jointing material for carbon material joint, and method for producing carbon material joint |
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