セラミックス/金属接合部品の残存接合強度に及ぼす接合構造の影響

摘要

セラミックス/金属接合構造の実部品であるBWRの炉内で局部出力監視に用いた中性子検出器の気密シール部品に対し，供用中の中性子の照射による体積膨張量の小さいSi_3N_4を適用し，残存接合強度に及ぼす各構成部材の形状·寸法の影響を実験的および解析的に検討した。 得られた結果は以下のように要約できる。 （1）各構成部品の形状·寸法の最適設計による応力集中領域の縮小により，残存接合強度△K_(Ieq)を向上させることが大いに期待できる．また，潜在欠陥の小さく，しかも，破壊靭性K_(IC)の高いSi_3N_4を採用することも，△K_(Ieq)の向上につながる．（2）高湿でも高強度を有するCu-Ti共晶ロウ材の採用により，Cu層の応力緩和効果を阻害しているので，Cu-Ti層が厚ければ厚いほど,△K_(Ieq)が低下していく.接合不良の回避の観点から最適なt_(Cu-Ti)は1.5μmとする．（3）△K_(Ieq)に及ぼすCu層の厚さt_(Cu)と端部形状θの影響については，フィレット部の塑性変形により残留応力緩和ができることを実験的および解析的に明らかにし，加工性およびセラミックスの絶縁確保の観点から最適なt_(Cu)およびθはそれぞれ，0.3mmと40°とする。 （4）導電体の支持部品としてのSUS304は，Si_3N_4との間に高強度のCu-Ti層と延性の高いCu層が介入しているので，端部肉厚t_(SUS304)は接合部品の△K_(Ieq)に対して影響をほとhど及ぼさない．したがって，加工性と機能性の観点から，t_(SUS304)は0.3nmとする。 （5）K_(Ieq, max)をパラメータとして△K_(Ieq)に及ぼす各構成部品の形状·寸法の影響に対する総合評価では，この接合構造の設計に役立つ。