(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベリリウムと異種材料とをＨＩＰ接合するに際し、
異種材料の表面に、各辺が相互に底部でのみ接触し、底部以外は隣接相互間で０．２  〜２．５  ｍｍのギャップを形成する辺形状になるタイル状のベリリウム片を敷きつめ、全体をシース材で被覆した後、温度：４３０  〜６５０  ℃、圧力：８０〜１３０  ＭＰａ  の条件下でＨＩＰ処理を行うことを特徴とするベリリウムのＨＩＰ接合法。
【請求項２】
請求項１において、異種材料が、ステンレス鋼、銅合金またはそれらの複合体のいずれかであるベリリウムのＨＩＰ接合法。
【請求項３】
請求項１または２において、シース材の厚みを、被処理材の上下面側よりも側面側で厚くし、側面からの圧力伝達を軽減することを特徴とするベリリウムのＨＩＰ接合法。
【請求項４】
請求項３において、ＨＩＰ処理時における付加圧力の上限を１８０  ＭＰａ  まで高めたことを特徴とするベリリウムのＨＩＰ接合法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベリリウムを、銅合金やステンレス鋼などの異種合金と効果的に接合することができる、ベリリウムのＨＩＰ接合法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ベリリウムが、材料試験炉の中性子反射体や大型中性子加速器向けの反射体などの用途に用いられている。
このような用途では、通常、ベリリウムペブルを大型の構造部材中に充填する形で使用に供されているが、その構造をシンプルにするため、ベリリウム板を、ＳＵＳ  ３０４  等のステンレス鋼やアルミナ分散強化銅（ＤＳＣｕ）等の銅合金さらには両者の積層体と接合した複合材が検討されている。
また、その接合方法としてはＨＩＰ接合法が注目を浴びている。
【０００３】
かようなベリリウム接合体において、その使用に際し、温度の上昇、下降を伴う場合には、ベリリウムとステンレス鋼または銅合金との熱膨張率の差に起因して接合界面ではく離が生じるおそれがあることから、かかる熱膨張率の違いに由来する異種金属間の熱応力を緩和する目的で、ベリリウム板にスリットが入れられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、かようなスリット加工は、ＨＩＰ処理を施した後に、機械加工や放電加工等により実施されてきた。
しかしながら、上記の方法では、細溝の深溝加工を必要とし、しかもＢｅが難削材であることも相まって、工作上の難度が高く、また多大な時間を必要とするところにも問題を残していた。
【０００５】
この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、接合材としてのＢｅ片の形状に工夫を加えると共に、ＨＩＰ処理条件の最適化を図ることによって、後工程でのスリット加工を不要ならしめた、新しいベリリウムのＨＩＰ接合法を提案することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明は、ベリリウムと異種材料とをＨＩＰ接合するに際し、
異種材料の表面に、各辺が相互に底部でのみ接触し、底部以外は隣接相互間で０．２  〜２．５  ｍｍのギャップを形成する辺形状になるタイル状のベリリウム片を敷きつめ、全体をシース材で被覆した後、温度：４３０  〜６５０  ℃、圧力：８０〜１３０  ＭＰａ  の条件下でＨＩＰ処理を行うことを特徴とするベリリウムのＨＩＰ接合法である。
【０００７】
この発明において、代表的な異種材料としては、ステンレス鋼や銅合金さらにはそれらの複合体が挙げられる。
【０００８】
また、この発明では、シース材の厚みを、被処理材の上下面側よりも側面側で厚くすることによって、側面からの圧力伝達を軽減することが有利である。
ここに、被処理材の側面側におけるシース材の厚みとしては、上下面側のそれの  １．５〜３．０  倍とすることが好ましく、かかる肉厚差をつけることによって、ＨＩＰ処理時における付加圧力の上限を  １８０  ＭＰａまで高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体的に説明する。
さて、ＨＩＰ処理後のスリット加工を省略しようとする場合、図１（ａ）  に示すように、ステンレス鋼や銅合金等の異種材料１の表面にＢｅ片２を隙間をあけて並べることが考えられるが、通常の場合には、ＨＩＰ時の圧力により、同図（ｂ）  に示すように、Ｂｅ片間の隙間はなくなってしまう。なお、図中番号３はシース材である。
【００１０】
そこで、この発明では、Ｂｅ片２の形状とくに辺の形状を、図２に示すような形に加工する。
すなわち、各辺が相互に底部でのみ接触し、底部以外は隣接相互間で適当なギャップｇが形成される辺形状になるタイル状に加工するのである。
ここに、各Ｂｅ片２の接触域としての底部厚みｔは  ０．５〜５．０  ｍｍ程度とするのが好ましい。というのは、底部厚みｔが  ０．５ｍｍに満たないと、加圧時における横方向の圧力によって、せっかく形成した上記ギャップｇが消失するおそれがあり、一方  ５．０ｍｍを超えると熱膨張差に起因した異種金属間の熱応力を十分に緩和することができないからである。なお、Ｂｅ片の厚みは、通常、１０〜１００  ｍｍ程度である。
また、ギャップｇの大きさは、  ０．２〜２．５  ｍｍ程度とするのが好ましい。というのは、ギャップｇが  ０．２ｍｍに満たないと、やはり異種金属間の熱応力を十分に緩和することができず、一方  ２．５ｍｍを超えると中性子反射体としての機能が低下するからである。
【００１１】
さらに、Ｂｅ片２の平面形状としては、図３（ａ），  （ｂ），  （ｃ）  に示すような、四角形、三角形および平行四辺形などが特に有利に適合するが、これだけに限定されるものではなく、要は各Ｂｅ片が相互に密接できる形状のものであれば良い。
【００１２】
上記したようなＢｅ片形状にしておけば、ＨＩＰ処理時に横方向の圧力が作用しても、従来のようにＢｅ片がずれることはない。
とはいえ、このような構造としても、ＨＩＰ時における処理条件があまりに高温、高圧だと、やはりＢｅの塑性変形が生じ、図４に示すように、ギャップが埋まってしまうおそれがある。
【００１３】
しかしながら、この点については、ＨＩＰ処理時における温度と圧力を、Ｂｅの応力−ひずみ曲線から、ひずみとして許容される範囲内に抑制することによって、有利に解決することができる。
図５に、ＢｅＯを約１ｗｔ％含むＢｅの応力−ひずみ曲線を示すが、同図によれば、処理後に許容されるＢｅのひずみを０．０１とした場合、温度が  ４２７℃の条件下では、１９．２  ＫＳＩ以下すなわち  １３２．２  ＭＰａ以下の圧力であれば、これ以上Ｂｅは歪むことがなく、従って細溝を残存させることができる。
【００１４】
ここに、ＨＩＰ温度が  ４３０℃に満たないと、Ｂｅとステンレス鋼、銅合金との接合は、たとえ中間インサート層を利用したとしても極めて難しく、一方  ６５０℃を超えると、圧力を  ７９．２  ＭＰａ  以下に抑える必要が生じるが、このような低い圧力では、十分な接合信頼性を確保することができない。
【００１５】
そこで、この発明では、ＨＩＰの処理条件として、温度：４３０  〜６５０  ℃、圧力：８０〜１３０  ＭＰａ  の範囲に限定したのである。
なお、従来のＢｅとステンレス鋼、銅合金との接合に際しては、接合能率の面から、より高温かつ高圧条件が採用され、通常は  ７５０〜８５０  ℃、  １８０〜２２０  ＭＰａ  というかなり高い温度−圧力条件下で接合が実施されており、これまで、この発明のような比較的低温かつ低圧での接合が検討された試しはない。
【００１６】
また、上記したような比較的低温で、Ｂｅ片と異種材料たとえばＤＳＣｕを接合する場合、Ｂｅ片とＤＳＣｕとの間に、純Ｃｕ、Ａｌ−Ｔｉ、Ｔｉ−ＣｕおよびＡｌ−Ｔｉ−Ｃｕなどの軟質の中間層（２μｍ  〜２ｍｍ程度）を設けることが好ましい。また、必要に応じて、Ｂｅの拡散過剰による金属間化合物の成長を抑制する目的でＴｉやＮｉ−Ｔｉなどのバリア層（数Å〜０．２  ｍｍ）を設けても良い。
なお、中間層の形成方法は、箔を挿入する方法、ＰＶＤによる膜形成方法等、従来公知の方法いずれもが適合する。
【００１７】
ところで、上記したところからも明らかなように、Ｂｅ片の形状と、ＨＩＰ処理条件との組み合わせによって、Ｂｅの細溝スリットを初期状態から形成させる場合、横方向のＢｅの塑性変形を最低限に抑える必要があるため、十分な接合を達成するためのＨＩＰ処理条件は比較的狭い。
しかしながら、この点については、側面側のシース材の肉厚を上下面側よりも増加させることによって、圧力許容範囲を拡げることができる。
【００１８】
すなわち、図６に、その概念を示したとおり、上下面に対し、側面のシース材肉厚を増加させるのである。
ここで、シース材として一般的な  ＳＵＳ  ３０４を例にとって説明すると、上面シース材を通常厚みの２〜３ｍｍとした場合、側面側を４〜６ｍｍ程度に厚くすることによって、側面からの加圧を効果的に軽減することができ、従って、かような異厚シース材を用いた場合には、付加圧力を  １８０  ＭＰａまで上昇させることができるのである。
【００１９】
【実施例】
実施例１
ＤＳＣｕの片面に、Ｂｅ（グレードＳ６５Ｃ）をＨＩＰ接合するに当たり、図７に示す形状のタイル状Ｂｅ片を用意した。
なお、各Ｂｅ片の底面には、予めＡｌ−Ｔｉ−Ｃｕの複合膜（厚み：４０μｍ）をＰＶＤ法により形成させておいた。
このようなＢｅ片を、ＤＳＣｕの上に縦、横それぞれ５列に並べ、全体を厚み：２ｍｍの  ＳＵＳ  ３０４でシースしたのち、温度：５５０  ℃、圧力：１１０  ＭＰａ  の条件下に２時間ＨＩＰ処理した。
【００２０】
ＨＩＰ処理後、シース材を剥がして外観を観察したところ、初期と同様な外観が得られていた。
すなわち、接合前に形成しておいたスリット溝は、ほとんどそのままのスリット幅で残っており、スリット幅の変化は  ０．１ｍｍ以下に抑えられていた。
また、Ｂｅ片とＤＳＣｕとの接合強度はせん断強度で  ２２０  ＭＰａであり、実用上、十分に満足できる接合強度を得ることができた。
【００２１】
実施例２
実施例１と同様に、一辺が２５ｍｍの正方形で、底部厚みｔが  １．０ｍｍ、ギャップｇが  １．０ｍｍを構成するタイル状のＢｅ片を用意した。
このＢｅ片の底面には、予めＣｕの薄膜（厚み：２０μｍ）をＰＶＤ法により形成させておいた。
このようなＢｅ片を、ＤＳＣｕの上に縦、横それぞれ４列に並べ、全体を  ＳＵＳ  ３０４でシースしたのち、温度：５４０  ℃、圧力：１２０  ＭＰａ  の条件下に２時間ＨＩＰ処理した。
この時、シース材の厚みは、上下面：３ｍｍ、側面：５ｍｍとした。
【００２２】
ＨＩＰ処理後、シース材を剥がして外観を観察したところ、スリット幅の変化は  ０．１ｍｍ以下であり、またＢｅ片とＤＳＣｕとの接合状態もせん断強度：２００  ＭＰａ  と良好であった。
【００２３】
【発明の効果】
かくして、この発明によれば、ベリリウムを異種材料に対してＨＩＰ接合するに際し、ベリリウムに予め設けたスリットを消失させることなく効果的にＨＩＰ処理を行うことができ、従来、不可避とされた後工程でのスリット加工を必要としなくなるので、省工程および低コスト化の面で偉効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】異種材料の表面にＢｅ片を単に隙間をあけて並べた状態でＨＩＰ処理を施した場合の、ＨＩＰ処理前（ａ）  および処理後（ｂ）  におけるＢｅ片の配置状態の違いを比較して示した図である。
【図２】この発明に従う、タイル状Ｂｅ片の好適辺形状を示した図である。
【図３】この発明に従う、タイル状Ｂｅ片の好適平面形状を示した図である。
【図４】高温、高圧下でＨＩＰ処理した場合のＢｅ片の凝集状態を示した図である。
【図５】Ｂｅの応力−ひずみ曲線図である。
【図６】シース材の厚みを、被処理材の上下面側よりも側面側で厚くした場合を示す模式図である。
【図７】実施例１におけるタイル状Ｂｅ片の好適辺形状を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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