JPH0354182A - グラファイトのメタライズ方法及びこの方法を利用した部材 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、グラファイトに高融点金属モリブデン又はタ
ングステンとジルコニウム共晶合金をメタライズする方
法及びそれを利用した部材に関する。

［従来の技術〕 グラファイトの耐熱性、導電性、熱衝撃性などのすぐれ
た特性は、耐熱・電極・構造・摺動用セラミックスとし
ての工業的用途の期待が大きい。

しかしながら、用途拡大を図るためには改善すべき点も
多く残されている。例えば、構造材料として使用する場
合、それぞれの特性を生した、いわゆる適材適所で、か
つ生産コストの面などからグラファイトと金属との接合
技術もその一っで用途拡大の重要な課題である。

グラファイトと金属との接合については、グラファイト
表面に金属のメタライズ層を形成することが必要となる
。従来技術であるグラファイトのメタライズ法としては
、神戸工業技報（３６号）に記述されているように炭化
珪素、窒化珪素、アルミナなどのセラＳ　１７クスのメ
タライズに広く採用されているテレフンケン法が有効と
考えられるが、次の難点がある。すなわち、テレフンヶ
ン法によるグラファイトのメタライズの場合、まずグラ
ファイト表面にモリブデンーマンガンの金属粉を被覆し
、これを非酸化性雰囲気中の高温で焼付け、次に金属メ
ッキ処理を施こす。さらに被膜の安定化のために再度非
酸化性雰囲気中で加熱することによりメタライズする方
法である。また、必要に応じてはメタライズ処理した後
さらに金属をロウ接する方法がとられる場合もある。こ
のように従来技術のメタライズ法では、作業工程が非常
に複雑であると言う難点があるのに加えて金属粉の焼付
け及び金属メッキの工程でこれら金属粉に含まれる酸素
を完全に除去することができない。このためにメタライ
ズ層は空孔や剥離が起こりやすい難点がある。また、形
成されたメタライズ層は厚く、後の金属との接合体を得
る際、その接合層はどうしても厚くなりやすく、その結
果、接合強度の低下をまねきやすいなどの難点もある。

［発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、作業工程が長くかつ煩雑であると言う
大きな難点がある。さらに従来法では、被覆材として用
いるモリブデン、マンガンの金属粉は活性であるにもか
かわらず十分な酸素を低減するための対策がとられてい
なかった。このため、加熱中に金属粉から排出される水
分、不純物及び解離した酸化物によってメタライズ層の
酸化が促進される。したがって、メタライズ材のぬれ性
を阻害し、剥離や空孔の多いメタライズ層が形成される
と言う難点があった。

上記従来技術の難点を解消するため、特開昭５９２１２
１８８号が提案されている。ここで、その概要を説明す
ると、まず始めにモリブデン・ジルコニウムあるいはタ
ングステン・ジルコニウム共晶合金を例えばアーク溶解
によって清浄な状態に溶製する。次にこれら共晶合金を
ロウ材として用い、モリブデン又はタングステン板とグ
ラファイ■反を重ね合せた個所に埋設した後、ロウ材の
共晶点より高温に加熱する。この場合ＣＯガスの発生に
よる還元作用によってぬれ性が改良され、モリブデン又
はタングステン板とグラファイト板との小さな隙間が毛
細管現象となってロウ材が浸透する結果モリブデン又は
タングステンとグラファイトとの複合体を得ることを提
供したものである。

本発明は、上記特開昭５９−２１２１８８号の知見に基
づいて引続き検討した結果なされたもので、その目的は
高融点合金をグラファイトの表面に配置し、真空及び不
活性ガス雰囲気中で加熱することを特徴とするグラファ
イトのメタライズ法及びそれを利用した部材、部材の製
作方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明者は種々検討した結果、上記共晶合金は、毛細管
現象によらなくともグラファイト表面に配置し、その後
真空中あるいは不活性ガス中で加熱する簡便な操作でグ
ラファイト表面全域にわたってよくぬれ、メタライズ層
の厚さが薄く、かつ相対密度が緻密で均一なメタライズ
層を形戒できることを見出し本発明を完成するに至った
。さらに本発明で得られたグラファイトのメタライズ材
は、強度の向上と接合強度、導電性耐食性等に優れたも
のであるという特性も認められた。

また、該モリブデン・ジルコニウム合金は、グラファイ
ト粒子及び繊維にもよく濡れ、この方法でメタライズし
たグラファイト粒子あるいはグラファイｈｍ維を用いて
グラファイト含有合金及びグラファイト繊維強化合金の
製造も可能である結果が得られた。

本発明を具体的に説明すれば、モリブデン又はタングス
テンとジルコニウムの合金をグラファイト表面に配備す
る。次いで該モリブデン又はタングステンとジルコニウ
ムの合金の融点より高温に真空又は不活性ガス雰囲気中
で加熱してメタライズを行うことを特徴とする。

本発明においてメタライズ層とする合金はモリブデン又
はタングステンとジルコニウムとの共晶合金であり、こ
れら合金の組成は、具体的にはモリブデン２６〜３６重
量％残部ジルコニウム又はタングステン１５〜２５重景
％残部ジルコニウムとすることができ、さらに望ましく
はモリブデン３１重星％残部ジルコニウム及びタングス
テン１９重量％共晶合金である。

これら合金はアーク溶解などにより清浄な溶製合金塊と
して得られる。

次に本発明のメタライズ法について述べると、上記溶製
合金をグラファイト表面に配備する。次いで例えば、真
空雰囲気あるいは不活性雰囲気中で、溶製合金の融点よ
り高温に加熱すれば、グラファイトの炭素と酸素とが反
応してＣＯガスを放出する。このＣＯガスによる還元作
用によってぬれ性が改良され、表面張力作用によってグ
ラファイト表面を被覆する結果、空孔などの欠陥や剥離
がなく、かつ厚さが５〜７０μｍと薄く、相対密度が９
８％以上の緻密で均一なメタライズ層を形戒することが
できる。

なお、前記メタライズ層の厚さは、５μｍ未満では強度
的に不十分であり、また、７０μｍを越えると強度的に
不十分であることや、メクライズ層の面が良好な平滑面
とはならないので、前記５〜７０μｍの範囲が好ましい
。

かくしてメタライズ層が形成されたグラファイトには必
要に応じて、例えばロウ接やニッケルメッキなどにより
、各種金属を容易に接合することができる。また、本発
明では、メタライズするグラファイトは、板、円筒体、
粉末、繊維など大きさや形状に限定されることなく、均
一なメタライズ層を形成できる。

前記グラファイト粉末、グラファイト繊維にメタライズ
することによりその適用範囲が拡がる。

例えばグラフデイト粒子や繊維の表面にメタライズ層を
形戒することにより、グラファイト粒子、グラフデイト
繊維との相容性がないといわれる銅、マグネシウム、ア
ルミニウムなどの金属との合金製造が可能となる。

すなわち、グラファイト含有合金の製造法においては、
粉末冶金技術に較べて鋳造技術を適用した方が機械的強
度や経費の面で有効であるが、後者、すなわち鋳造技術
ではグラファイトとほとんど溶解し合わない金属、すな
わち冶金学的にグラファイトと相容性がないと言われる
銅、マグネシウム、アル烏ニウムあるいはその合金中あ
るいはその他の金属中ヘグラファイト粒子を浮上させず
に分敗することが従来困難であった。しかし本発明の利
用で金属中にグラファイト粒子あるいは繊維等を複合さ
せた材料ができることが明らかになった。この場合、あ
らかじめモリブデン・ジルコニウム又はタングステン・
ジルコニウム合金をグラファイトの表面にメタライズ処
理したグラファイト粒子を用い、銅、マグネシウム、ア
ル５ニウム又はその合金あるいはその他の金属の溶融中
に投入し、分散させて凝固させるものである。

本発明によって得られた例えばグラフデイト含有銅合金
は、グラファイト粒子が全域にほぼ一様に分散したもの
になる。また、銅合金中に一度含有分散したグラファイ
ト粒子は、以後再溶解しても再び浮上することがなく溶
解中に滞留したままとなる。この場合、グラファイト粒
子のモリブデン・ジルコニウム又はタングステン・ジル
コニウム合金のメタライズ法としては、グラファイト粒
子をアルξナ製などの容器中に充填し、そのグラファイ
ト粒子充填体に前記銅合金塊あるいは合金塊を粗粉砕し
たものを配備し、次いで真空あるいは不活性ガス雰囲気
で該合金の共晶温度より高温加熱する方法によって得る
ことができる。

さらにグラファイト繊維強化合金の製造においては、最
初にグラファイト繊維担体に前記銅合金を配備し、上記
同様加熱する方法によってグラファイトｉｔ維表面にメ
タライズ層を形成したグラファイト繊維を得ることがで
きる。次いでメタライズ層が形成されたグラファイト繊
維を重ねたその隙間にアルミニウム、マグネシウムある
いは銅の溶融金属を含浸したいわゆるグラファイト繊維
強化アルミニウム合金やマグネシウム合金（ＣＦＲＡ１
やＣＦＲ　Ｍｇ合金）又は銅合金を製造できる。

この本発明によるグラファイト繊維強化合金は、グラフ
ァイトがアルミニウムと反応して著しく劣化することも
防止できる。

また、該モリブデン・ジルコニウム又はタングステン・
ジルコニウム合金はグラファイトとグラファイトを重ね
合わせた小さな隙間にも漫透するため、グラファイト材
同志の接合も可能であり、この方法によりメタライズ層
で接合したグラファイト粒子あるいはグラファイト繊維
さらにはグラファイト粒子と繊維の両方存在する材料を
製作することができる。

本発明を用いてタングステン若しくはその合金／グラフ
ァイトとからなるＸ線管回転陽極用複合ターゲットを構
成することができる。すなわち、最近医療機器用のＸ線
ＣＴ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ，　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）
用のＸ線管の需要が多く、その画像の鮮明化と撮影時間
短縮のため、大容量のものが要求されてきている。この
ためのターゲットの構成としては直径を大きくすると共
に軽量化する必要があるが、本発明方法によると、電子
衝撃面のみにタングステン層を形成し、その裏面部分に
比重が小さく、しかも比熱の大きなグラファイトのメタ
ライズ体を合体したターゲットの製造が可能である。

（作　用） 上記のようにグラファイト表面にモリブデン又はタング
ステンとジルコニウムの共晶合金を配置し、真空雰囲気
中又は不活性ガス雰囲気中で加熱溶融するとき、上記共
晶合金はグラフ１イＹ．表面全域にわたってよくぬれ、
厚さが薄く、かつ緻密で均一なメタライズ層を形戒する
ことができる。

そして、本来金属と相容性がないグラファイト粒子、グ
ラファイト繊維等の表面に本方法によりメタライズ層を
形戒することにより金属との相容性を付与し、これらを
金属に分散させたグラファイト含有合金等の製造が可能
となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を説明する。

実施例１ アーク溶解によって３１重量パーセントモリブデン・ジ
ルコニウム及び１９重量パーセントタングステン・ジル
コニウム共晶合金を溶製して合金塊を得た。

この合金塊２を高さ６０ｍｍ，中１１０ｍｍ、長さ７０
０ｍｍの内側に空間を有する管状グラファイ｝１の内表
面に配置し、次いで真空加熱を行った。この場合の加熱
温度及び時間は、Ｍｏ　−　Ｚｒ合金；　１６００゜Ｃ
×０．５ｈＷ−Ｚｒ合金．　１７５０゜ＣＸ０．５ｈと
した。

こうして得られたメタライズ層付近の断面ＬＩＮ４ａを
観察した結果、グラファイトの表面に形成されたモリブ
デン・ジルコニウム及びタングステン・ジルコニウム合
金からなるメタライズ層は空孔のない健全なもので、そ
の厚さが１０〜３０μｍで薄く均一であった。

さらに、本実施例で得たグラファイトのメタラィズ体に
ついて、引張りによる剥離試験を行った。

なお、剥離試験はグラファイト及びメタライズ層の表面
部分にグラファイト材を市販の接着剤で接合した試験片
によって行った。その結果、いずれもグラファイトで破
断した。これはメタライズ層の接合強度が大きいことを
意味するものである。

実施例２ 実施例１で得たモリブデン・ジルコニウム合金を用い静
圧をかけながら真空中で１６００゜Ｃ　Ｘ　０．　５　
ｈ加熱して、グラファイトとグラファイトとの接合体を
得た。

こうして得られた接合部の断面組織を観察した結果、接
合層の厚さが５〜５０μｍで、空孔などの欠陥のない均
一なものであった。また、実施例１によって得たタング
ステン・ジルコニウム合金についても同様にしてグラフ
ァイトとグラファイトとの接合体を製作し、断面組織を
観察した。その結果、接合層の厚さや形態はモリブデン
・ジルコニウム合金を用いたグラファイトとグラファイ
トとの接合体に較べてほとんど変化がなかった。

実施例２によって得たグラファイトとグラファイトの接
合体について、引張りによる剥離試験を行った結果、い
ずれもグラファイトで破断し、接合層の強度が大きいこ
とが分った。

実施例３ ３０〜１５０μｍのグラファイト粒子に実施例１のモリ
ブデン・ジルコニウム及びタングステン・ジルコニウム
合金を５〜１０μｍの厚さにメタライズした。メタライ
ズ処理は、グラファイト粒子を落下させる状態でグラフ
ァイト容器に充填したその一個所に該モリブデン・ジル
コニウム又はタングステン合金塊を配備、真空中で加熱
した。なお加熱温度は、モリブデン・ジルコニウム：　
１６００゜Ｃ×０．５ｈ、タングステン・ジルコニウム
：　１７５０’ｃ　ｘＯ．５ｈとし、真空度は１０−’
ｔｏｒｒ以下に保持した。

これらメタライズグラファイト粒子を銅？容融中に投入
し撹拌した。溶融の温度は１２００゜Ｃとした。また、
グラファイト粒子の投入量は体積で２０パーセントとし
た。その結果、投入グラファイ１・粒子の溶融中に滞留
し、浮上は認められなかった。これらの溶融を金型に鋳
造して直径６０ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を製造し、
縦断面の組織を観察したところ、鋳塊全体にわたってグ
ラファイト粒子が均一に分散していることが分った。ま
た、この本発明によるグラファイト含有合金に該モリブ
デン・ジルコニウム及びタングステン・ジルコニウム合
金をメタライズ処理した後、該グラファイト含有合金、
グラファイトあるいはタングステン、モリブデン材など
多種材との接合が可能であった。

実施例４ 直径１０μｍのグラファイト繊維に実施例１のモリブデ
ン・ジルコニウム又はタングステン・ジルコニウム合金
を用いてメタライズした。メタライズ処理は実施例６と
同様な方法で行った。これらメタライズされたグラファ
イト繊維をたばねた隙間にアル短ニウム溶融体を含浸し
た。含浸は水素中で７００’ＣＸ０．５ｈに加熱した。

これらグラファイト含浸体について縦断面を観察したと
ころ、グラファイシがアルミニウムと反応した劣化層は
認められず、良くアルミニウムが含浸されたグラファイ
ト繊維合金が得られた。また、該グラファイト繊維合金
同志を重ね合せた後、７００゜Ｃ　Ｘ　Ｏ．　５　ｈ水
素中で加熱して接合したところ、よく接合して一体化さ
れたグラファイト繊維合金を得ることができた。

［発明の効果］ 本発明は、モリブデン又はタングステンとジルコニウム
との共晶合金をグラファイト表面に配置し、真空及び不
活性ガス雰囲気中で加熱すると言う極めて簡便な操作で
、グラファイト表面にメタライズ層が形戒でき、得られ
たメタライズ層は薄く、しかも空洞がないため、熱伝導
性や導電性に優れ、かつ接着強度が高いと言う効果があ
る。

また、本発明によればグラファイトの形状に限定されず
メタライズ層を形成することができるので、グラファイ
ト含有合金、グラファイト繊維強化合金の製造が可能と
なる。グラファイト含有合金は、グラファイトの固体潤
滑剤として内燃機関における滑り接触構成要子例えば、
軸受、歯車、ピストン、シリンダなど固体潤滑剤を含有
させた合金、いわゆる耐磨耗性部品に使用され、また、
グラファイト繊維強化合金は、航空機用材料などに使用
される。その他に金属材とグラファイトを接合してなる
接合体は工業的な用途が多い。

さらに本発明は、グラファイト同志の接合が可能である
ことを確認しているので、特に複雑形状のグラファイト
とグラファイトとの接合体の製造に有効である。

また、本発明によりＸ線管回転陽極用複合ターゲソトを
構成するグラファイトの表面にメタライズ層を形成する
ことができ、それにより、該ターゲットの軽量化が可能
となって直径の大きなターゲットを製造でき、医療機器
用Ｘ線ＣＴの大容量化の要求に答えることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モリブデン又はタングステンとジルコニウムとの共
   晶合金をグラファイト表面に配置し、真空雰囲気中又は
   不活性ガス雰囲気中で加熱溶融し、グラファイトの表面
   に前記合金層を形成させることを特徴とするグラファイ
   トのメタライズ方法。 ２、モリブデン又はタングステンとジルコニウムとの共
   晶合金の組成は、モリブデンが２６〜３６重量パーセン
   ト残部ジルコニウム、タングステン１５〜２５重量パー
   セント残部ジルコニウムであることを特徴とする請求項
   １記載のグラファイトのメタライズ方法。 ３、メタライズ層の厚さが５〜７０μｍであることを特
   徴とする請求項１又は２記載のグラファイトのメタライ
   ズ方法。 ４、モリブデン又はタングステンとジルコニウムの共晶
   合金の層をグラファイト粒子表面に形成したことを特徴
   とするグラファイト粒子。 ５、銅あるいはその合金、アルミニウムあるいはその合
   金、マグネシウムあるいはその合金、鉄あるいはその合
   金に請求項４記載のグラファイト粒子を分散させたグラ
   ファイト含有合金。 ６、請求項５記載のグラファイト含有合金に金属材を接
   合してなる接合体。 ７、モリブデン又はタングステンとジルコニウム共晶合
   金の層をグラファイト繊維表面に形成したことを特徴と
   するグラファイト繊維。 ８、銅あるいはその合金、アルミニウムあるいはその合
   金、マグネシウムあるいはその合金、鉄あるいはその合
   金、Ｔｉあるいはその合金に請求項７記載のグラファイ
   ト繊維を分散させたグラファイト繊維強化合金。 ９、請求項８記載のグラファイト繊維強化合金に金属材
   を接合してなる接合体。 １０、タングステン若しくはその合金／グラファイトか
   らなるＸ線管回転陽極用複合ターゲットにおいて、前記
   ターゲットを構成するグラファイトの表面にモリブデン
   又はタングステンとジルコニウムとの共晶合金からなる
   メタライズ層を形成させたことを特徴とするＸ線管回転
   陽極用複合ターゲット。 １１、請求項１０記載の複合ターゲットを構成するグラ
   ファイトのメタライズ層の表面にタングステン又はその
   合金層を形成させたことを特徴とするＸ線管回転陽極用
   複合ターゲット。