Pobierz dokument

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)
(96)
TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO
(19)
Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:
25.08.2006 06017739.1
(97)
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej
Polskiej
O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono:
PL
(11)
PL/EP 1769906
(13)
T3
(51) Int. Cl.
B32B15/01
C23C26/02
B22F7/00
B22F7/04
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
25.06.2008 Europejski Biuletyn Patentowy 2008/26
EP 1769906 B1
(54) Tytuł wynalazku:
Zespolony element konstrukcyjny ze strukturyzowaną częścią w wolframu
(30) Pierwszeństwo:
AT20050000586
29.08.2005
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
04.04.2007 Europejski Biuletyn Patentowy 2007/14
(45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono:
31.12.2008 Wiadomości Urzędu Patentowego 12/2008
(73) Uprawniony z patentu:
PLANSEE SE, Reutte, AT
(72) Twórca (y) wynalazku:
PL/EP 1769906
T3
Schedler Bertram, Reutte, AT
Huber Thomas, Breitenwang, AT
Friedrich Thomas, Halblech, DE
Scheiber Karlheinz, Breitenwang, AT
Schedle Dietmar, Reutte, AT
Zabernig Anton, Reutte, AT
Friedle Hans-Dieter, Häselgehr, AT
Mair Sandra, Reutte, AT
Wörle Nadine, Musau, AT
Tabernig Bernhard, Reutte, AT
(74) Pełnomocnik:
Przedsiębiorstwo Rzeczników Patentowych Patpol Sp. z o.o.
rzecz. pat. Nowakowski Janusz
02-770 Warszawa 130
skr. poczt. 37
Uwaga:
W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw
dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą
wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
EP 1 769 906 B1
Opis
[0001] Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania zespolonego elementu konstrukcyjnego, przy czym
część z wolframu albo stopu wolframu o zawartości W > 90% wagowych łączy się za pomocą procesu
łączenia, tworząc połączenie nierozłączne bezpośrednie, z częścią z miedzi albo stopu miedzi o
przewodności cieplnej > 250 W/mK.
[0002] Szczególna trudność przy wytwarzaniu zespolonych elementów konstrukcyjnych poprzez
połączenie nierozłączne bezpośrednie polega na tym, że wolfram i miedź mają całkiem różne
współczynniki
rozszerzalności
cieplnej.
-6
Współczynnik
-1
rozszerzalności
-6
cieplnej
wolframu
w
-1
temperaturze pokojowej wynosi 4,5x10 K , a miedzi 16,6xx10 K .
[0003] Do połączenia wolframu i miedzi służą technologie, jak przykładowo lutowanie, podlewanie i
zgrzewanie dyfuzyjne. Procesy są przeprowadzane zazwyczaj w temperaturach w zakresie 700 do
1.300°C. Podczas schładzania, z powodu różnych współczynników rozszerzalności cieplnej wolframu i
miedzi dochodzi do wprowadzenia naprężeń w obszarze strefy łączenia. Jednak naprężenia mogą być
także wywoływane podczas stosowania zespolonych elementów konstrukcyjnych, ponieważ są one
często poddawane cyklicznemu obciążeniu cieplnemu.
[0004] Istotną dziedzina zastosowania tego rodzaju elementów konstrukcyjnych są składniki
pierwszej ściany reaktorów termojądrowych. Dla stacjonarnej eksploatacji reaktorów termojądrowych,
w obszarze powierzchni górnej składników pierwszej ściany oczekiwane są strumienie mocy do 10
MW/m2 . W przypadku zaników plazmy, w ciągu niewielu milisekund, w eksponowanych miejscach
może być uwolnionych około 20 GJ. Konstruowanie składników pierwszej ściany, szczególnie dla
obszarów o najwyższych gęstościach energii, jak przykładowo obszar divertora, odrzutnika par oleju i
obszar limitujący, stanowi kluczowy element podczas technologicznej przemiany termojądrowej.
[0005] Wymagania stawiane materiałom stosowanym do składników pierwszej ściany są wielorakie i
częściowo są one przeciwstawne. Poza właściwościami fizycznymi i mechanicznymi, jak wysoki
współczynnik przewodności cieplnej, wysoka temperatura topnienia, niskie ciśnienie pary, duża
wytrzymałość na szok termiczny i zdolność do obróbki, dochodzą jeszcze wymogi właściwe dla
syntezy jądrowej, przykładowo niewielka aktywność i transmutacja w warunkach wysokiego strumienia
neutronów, niskie, ciągłe magazynowanie trytu, niewielka erozja przez jony plazmy i cząstek
obojętnych, niewielkie porcje promieniowania jonowego i erozja z powodu efektów miejscowych, jak
łuk świetlny i Hotspots ("gorące punkty"), jak również nieznaczne chłodzenie plazmy jądrowej, wskutek
charakterystycznego promieniowania. Wolfram bardzo dobrze nadaje się zwłaszcza do obszarów
pierwszej ściany, gdzie panują stosunkowo niskie temperatury plazmy i wysokie gęstości cząsteczek.
Wolfram posiada bardzo dobre właściwości termiczne, jak przykładowo wysoki współczynnik
przewodności cieplnej (165 W/mk w temperaturze pokojowej). Ponadto, bardzo wysoka temperatura
topnienia, niewielka zdolność do wchłaniania trytu, niska porcja gazu próżniowego i niska porcja
promieniowania jonowego predestynują wolfram do stosowania jako składnika pierwszej ściany. W
celu uzyskania skutecznego odprowadzania ciepła szczególnie w obszarach o najwyższych
gęstościach energii stosuje się zespolone elementy konstrukcyjne wolframowo-miedziowe. Wysokie
1
EP 1 769 906 B1
gęstości energii i cykliczne obciążenia tego rodzaju zespolonych elementów konstrukcyjnych mogą
prowadzić do powstawania rys, względnie do rozłączenia warstw w granicy faz między wolframem a
miedzią. Z powodu utrudnionego odprowadzania ciepła, istnieje niebezpieczeństwo stopnienia się
zespolonego elementu konstrukcyjnego.
[0006] Opracowano, i częściowo zrealizowano, liczne programy rozwojowe, mające na celu
wytworzenie zespolonego elementu konstrukcyjnego, składającego się z obszaru z wolframu,
zwróconego do plazmy, i z połączonej z nim zamknięciem kształtowym, aktywnie chłodzonej chłodnicy
z miedzi, o niewielkich naprężeniach łącznych w strefie łączenia.
[0007] I tak wyraźne zmniejszenie naprężeń uzyskano dzięki temu, że obszar wolframu jest
wykonany w postaci pojedynczych niewielkich prostopadłościanów i okrągłych prętów o długości
boków, względnie o średnicy, wynoszącej kilka milimetrów, przy czym te prostopadłościany, względnie
okrągłe pręty są włączone w obszarze miedzi. To segmentowanie zmniejsza naprężenia termiczne,
które wynikają z procesu łączenia, względnie cyklicznej eksploatacji. Jednak także w przypadku tej
postaci wykonania występuje wysokie zagrożenie powstawania termicznych rys zmęczeniowych w
graniczy faz wolfram-miedź.
[0008] Istnieją liczne próby zmniejszenia naprężeń na granicy faz poprzez wykonane w sposób
stopniowany przejście między wolframem a miedzią. I tak w opisie US 5 126 106 opisany jest sposób
FGM wolframowo-miedziowego. Przy tym do części z wolframu o stopniowo zwiększającej się
porowatości, wytworzonej przykładowo przez wtryskiwanie plazmy, przenika miedź.
[0009] Także w opisie US 5 988 488 przedstawiony jest sposób wytwarzania, w którym za pomocą
wtryskiwania plazmy powinno być uzyskane stopniowane przejście między wolframem a miedzią. Przy
tym, w odróżnieniu od opisu US 5 126 106 także faza miedzi jest oddzielona za pomocą wtryskiwania
plazmy, przy czym każdorazowo doprowadzana mieszanina proszkowa zawiera odpowiednie udziały
wolframu i miedzi. Pomiędzy wolframem a FGM znajduje się cienka warstewka metaliczna, która ma
wspomagać przyczepność. Ponadto w opisie US 5 988 488 opisano, że na drodze prób, za pomocą
lutowania lub mikromontażu dyfuzyjnego, między wolframem a chłodnica miedzi wprowadzono
warstwę z mieszanego materiału miedziowo-wolframowego.
Należy wyjść od tego, że sposoby wytwarzania, opisane zarówno w opisie US 5 126 106 jak i US 5
988 488 prowadzą do uzyskania zespolonych elementów konstrukcyjnych, które posiadają wyraźnie
polepszoną odporność na termicznie wytwarzane rysy. Jednak niedogodnością jest to, że opisane w
nich techniki postępowania są nakładcze, a tym samym wytworzone w ten sposób zespolone
elementy konstrukcyjne są drogie. Przy tym, ze względu na technikę wytwarzania, wyżej wymienione
techniki ograniczają się do struktury karpiówki; na ogół, z powodów geometrycznych, nie jest możliwe
przeniesienie na geometrie monoblokowe.
[0010] W opisie AT 00663 U1 ujawniona jest część zespolona do reaktorów termojądrowych, w
którym połączone są ze sobą elementy konstrukcyjne z wolframu i miedzi.
[0011] Zadaniem
przedstawionego
wynalazku
jest
udostępnienie
zespolonych
elementów
konstrukcyjnych, które przynajmniej na pewnych odcinkach są wykonane z wolframu lub stopu
wolframu i miedzi albo stopu miedzi, które posiadają wystarczającą funkcjonalność, zwłaszcza ze
względu na zmęczenie termiczne i umożliwiają tanie wytwarzanie elementów.
2
EP 1 769 906 B1
[0012] Zadanie to rozwiązano dzięki zastrzeżeniom niezależnym. Zespolony element konstrukcyjny
posiada co najmniej jedną część z wolframu albo stopu wolframu o zawartości W > 90% wagowych i
jedną część z miedzi albo stopu miedzi o przewodności cieplnej > 250 W/mK. W dalszym tekście, w
przypadku podania wolframu uwzględniono także stop wolframu o zawartości W > 90% wagowych, a
w przypadku miedzi uwzględniono także stop miedzi o współczynniku przewodności cieplnej > 250
W/mK. Zawartości W ≤ 90% wagowych powodują niewystarczającą stabilność termiczną, względnie
obniżenie współczynnika przewodności cieplnej w części z wolframu. Gdy współczynnik przewodności
cieplnej miedzi lub stopu miedzi wynosi ≤ 250 W/mk, wówczas nie można już zapewnić dostatecznego
odprowadzenia ciepła. Zanim części z wolframu i miedzi zostaną połączone z zamknięciem
kształtowym w procesie łączenia, części z wolframu w obszarze jej powierzchni łączenia zostaje
nadana struktura. Dzięki temu nadaniu struktury uzyskuje się wyraźne polepszenie trwałości
zespolenia, zwłaszcza w warunkach cyklicznego obciążenia. Przy tym, w porównaniu do dalszych
odpowiednich technik postępowania, które prowadzą do zwiększenia trwałości zespolenia, nadawanie
struktury jest znacznie tańsze. Z cyklicznego testu obciążenia wynika, że za pomocą zespolonych
elementów konstrukcyjnych według wynalazku, które stosuje się jako elementy konstrukcyjne
pierwszej ściany, można uzyskać wyraźne polepszenie okresu trwałości. Tym samym wynalazek
rozwiązuje problem, istniejący od wielu lat.
[0013] Przy tym, pod pojęciem "nadania struktury" należy rozumieć zmianę powierzchni wolframu w
makroskopowym rzędzie wielkości która prowadzi do zwiększenia właściwej powierzchni górnej.
Nadanie struktury uzyskuje się korzystnie za pomocą sposobu wiązki promieniowania. Jak zostanie to
bliżej objaśnione w przykładach, do tego celu nadaje się zwłaszcza wiązka elektronów. Przy tym
wiązka elektronów jest prowadzona w taki sposób, że powstają regularne wgłębienia i wzniesienia.
Szczególnie korzystne właściwości można uzyskać wówczas, gdy nadana struktura składa się z
wgłębień o głębokości wynoszącej 100 μm do 2 mm oraz wzniesienia o wysokości wynoszącej 100
μm do 2 mm. Ponadto korzystne jest, gdy wgłębienia i wzniesienia są ukształtowane stożkowo Dalsze
niezależne od siebie, korzystne postacie wykonania realizuje się wówczas, gdy poszczególne
wgłębienia i wzniesienia mają w przybliżeniu jednakową średnicę, w przybliżeniu jednakowe
głębokości i w przybliżeniu jednakowe odstępy od siebie, a co najmniej 10% powierzchni łączenia
posiada strukturę.
[0014] Nadanie
struktury
można
również
realizować
za
pomocą
mechanicznych
technik
postępowania. Przy tym z powodu samoistnej kruchości wolframu szczególnie przydatne jest
szlifowanie kształtowe, a w tym przypadku z kolei wykonanie wzniesień w postaci ostrosłupa.
Zadowalające efekty można również uzyskać za pomocą toczenia lub frezowania. Dalsze niezależne
od siebie korzystne postacie wykonania realizuje się wówczas, gdy poszczególne wgłębienia i
wzniesienia mają w przybliżeniu jednakową średnicę, w przybliżeniu jednakowe głębokości i w
przybliżeniu jednakowe odstępy od siebie, a co najmniej 10% powierzchni łączenia posiada strukturę.
[0015] Jako dalszą odpowiednią technikę postępowania nmalezy wymienic technike polegającą na
metalurgii proszków. Przy tym mieszaninę proszków, która zawiera co najmniej 90% wagowych
wolframu i posiada uziarnienie według Fisher'a wynoszącą 0,5 μm do 10 μm zagęszcza sie za
pomocą prasowania matrycowego z naciskiem 100 MPa do 600 MPa. Stempel matrycy posiada
3
EP 1 769 906 B1
strukturyzowaną powierzchnię górną. Następnie surową wypraskę spieka się w temperaturze w
zakresie 1400 do 2700°C w atmosferze redukującej lub w próżni. Przy tym dla proszków
drobnoziarnistych
stosuje
się
niskie
temperatury,
a
wysokie
temperatury
dla
proszków
gruboziarnistych. Wymaganą temperaturę spiekania można odczytać z odpowiedniej mapy Ashby.
Jako szczególnie korzystne okazało się zastosowanie stempli matrycy z wgłębieniami w postaci
ostrosłupa o długości podstawy wynoszącej 9,5 do 2 mm.
[0016] Jako odpowiednie materiały wolframowe należy wymienić wolfram jednokrystaliczny, czysty
wolfram, wolfram AKS (krzwemian glinowo-potasowy domieszkowany), wolfram UHP (ultra-highpurity), wolfram monokrystaliczny, wolfram amorficzny, wolfram ODS (oxide-dispersion-strenghened),
W-Re, ODS-W-Re, i stopy wolframu, utwardzone dyspersyjnie węglikiem, azotkiem lub borkiem, z
udziałem węglika, azotku i/lub borku wynoszącym korzystnie między 0,05 a 1% objętościowym.
Szczególnie korzystne właściwości uzyskuje się z wolframu W z 1% wagowym La2O3. Korzystna jest
segmentowana postać wykonania obszarów wolfram/stop wolframu.
[0017] Ponadto, jako szczególnie korzystne okazało się to, że części z miedzi lub ze stopu miedzi są
łączone z zastosowaniem miedzi OFHC (oxygen-free-high-conductivity) przez stopnienie z częścią z
wolframu. W celu polepszenia sieciowania między wolframem a miedzią może być korzystne
wprowadzenie elementu metalicznego lub stopu, przykładowo przez powleczenie obszaru wolframu,
który jest rozpuszczalny zarówno w wolframie, jak również w miedzi, albo wchodzi w reakcję z tymi
materiałami. Do tego nadają się pierwiastki/stopy metali żelaznych, przykładowo nikiel.
Połączenie nierozłączne bezpośrednie można zrealizować także za pomocą lutowania. Przy tym
strukturyzowana część z wolframu zostaję połączona lutowaniem z nie strukturyzowaną lub
strukturyzowaną częścią z miedzi. Przy tym lutowie wypełnia wgłębienia nadanej struktury.
[0018] Dalszym odpowiednim sposobem łączenia jest zgrzewanie dyfuzyjne. Można je realizować
przykładowo poprzez izostatyczne prasowanie na gorąco. Przy tym strukturyzowana część z wolframu
zostaje umieszczona z korzystnie nie strukturyzowaną częścią z miedzi w bańce (przykładowo ze
stali) i traktowana w temperaturach 50 do 300°C, poniżej temperatury solidusu każdorazowej części z
miedzi, w warunkach ciśnienia 100 do 250 MPa. Przy tym miedź spływa do wgłębień nadanej struktury
i całkowicie je wypełnia.
[0019] Zastosowanie sposobu według wynalazku prowadzi do wytworzenia zespolonych elementów
konstrukcyjnych o doskonałych właściwościach zastosowania, zwłaszcza w warunkach cyklicznego
obciążania. Tym samym zespolone elementy według wynalazku nadają się szczególnie jako składnik
pierwszej ściany albo część składnika pierwszej ściany reaktora termojądrowego (przykładowo
divertor, odrzutnik par oleju). W celu polepszenia trwałości i sztywności struktury takiego składnika
pierwszej ściany, z częścią z miedzi łączy się część strukturalną, wykonaną z materiału metalicznego,
o wytrzymałości powyżej 300 MPa. Jako szczególnie korzystne materiały metaliczne należy wymienić
utwardzone dyspersyjnie materiały Cu-Cr-Zr, ODS-Cu i stale austenityczne. Dobór najbardziej
odpowiednich technik łączenia zależy od rodzaju par materiałów. Pary miedź/ miedź, względnie
miedź/stal łączone są korzystnie za pomocą lutowania twardego lub mikromontażu dyfuzyjnego, jak
przykładowo izostatycznego prasowania na gorąco. Ponadto do par miedź/miedź szczególnie nadaje
się sposób zgrzewania, przykładowo zgrzewanie wiązką elektronów.
4
EP 1 769 906 B1
[0020] Poniżej wynalazek jest objaśniony za pomocą przykładów.
[0021] Na fig. 1 przedstawione jest zdjęcie części w wolframu o strukturze nadanej za pomocą wiązki
elektronów, wykonane metodą elektronowej mikroskopii skaningowej.
Przykład 1
[0022] Powierzhcnie łączenia (25 x 40mm) części w wolframu o wymiarach 25 x 40 x 10 mm
poddano strukturyzowaniu za pomocą szlifowania kształtowego. Przy tym na powierzchni wolframu
powstały regularne wzniesienia w postaci ostrosłupów. Przy tym podstawa poszczególnych
ostrosłupów posiadała długość boku 0,8 mm. Wysokość poszczególnych ostrosłupów wynosiła 1 mm.
Wierzchołek ostrosłupów posiadał kwadratową płaszczyznę o długości boku 0,2 mm. Każdy ostrosłup
został otoczony obwodowym żebrem o wysokości 0,2 mm, aż do momentu, gdy następna
powierzchnia boku ostrosłupa ponownie wznosiła się do góry. Następnie otrzymane w ten sposób
części podlewano miedzią i w tym celu płytkę z miedzi OFHC o wymiarach 25 x 40 x 5 mm ogrzano w
warunkach próżni powyżej temperatury topnienia miedzi. Po uzyskaniu fazy płynnej i po czasie
przechowywania wynoszącym kilka minut nastąpiło schłodzenie w piecu. Następnie otrzymane w ten
sposób zespolone elementy konstrukcyjne, składające się z części z wolframu i z części z miedzi
OFHC poddane obróbce ze wszystkich stron. Dzięki temu powstały zespolone elementy konstrukcyjne
o wymiarach 24,5 x 39,5 x 12,5 mm (grubość wolframu: 9,5 mm, grubość miedzi OFHC: 3 mm).
Następnie zespolone elementy konstrukcyjne asemblerowano na części strukturalnej Cu-Cr-Zr o
wymiarach 39,5 x 73,5 x 30 mm, przy czym powierzchnia 39,5 x 73,5 stanowi powierzchnię łączenia
między zespolonym elementem konstrukcyjnym a częścią strukturalną Cu-Cr-Zr. Podczas tego
asemblerowania, zespolony element konstrukcyjny i część strukturalna Cu0Cr-Zr zostały wspawane w
stalową bańkę, wytworzono w niej próżnię, zapieczętowano, a następnie poddano procesowi HIP w
temperaturze 900°C/1000 barów. Po procesie HIP, stalową bańkę usunięto mechanicznie,
przeprowadzono obróbkę cieplną (1/2 godz. w temperaturze 970°C), a następnie szybkie schłodzenie
za pomocą hartowania gazem. Przy hartowaniu gazem uzyskano stopę chłodzenia > 1°C/s. Dzięki
temu za pomocą następującego bezpośrednio starzenia w temperaturze 475°C/3 godz. uzyskano
utwardzenie części z Cu-Cr-Zr. Uzyskany w ten sposób zespolony element poddano końcowej
obróbce, dzięki czemu powstał aktywni schładzany składnik pierwszej ściany.
Przykład 2
[0023] Części w wolframu z 1% La2O3 o wymiarach 25 x 40 x 10 mm na powierzchni łączenia (25 x
40 mm) poddano strukturyzowaniu za pomocą wiązki elektronów. Przy tym na powierzchni wolframu
powstały wgłębienia i wzniesienia w postaci w postaci wzniesień, które są uwidocznione na fig. 1. W
celu wytworzenia części z miedzi i w celu utworzenia połączenia, części z W z 1% La2O3 o nadanej w
ten sposób strukturze następnie podlewano miedzią i w tym celu płytkę z miedzi OFHC o wymiarach
25 x 40 x 5 mm ogrzano w warunkach próżni powyżej temperatury topnienia miedzi. Po uzyskaniu
fazy płynnej i po czasie przechowywania wynoszącym kilka minut nastąpiło schłodzenie w piecu.
Następnie otrzymane w ten sposób zespolone elementy konstrukcyjne poddane obróbce ze
wszystkich stron.
(wymiary 24,5 x 39,5 x 12,5 mm: grubość W z 1% La2O3: 9,5 mm, grubość miedzi OFHC: 3 mm).
5
EP 1 769 906 B1
Wytworzenie składnika pierwszej ściany zrealizowano według przykładu 1.
Przykład 3
[0024] Części z wolframu o wymiarach 35 x 50 x 15 mm poddano strukturyzowaniu na powierzchni
łączenia (35 x 50 mm) za pomocą prasowania matrycowego. W tym celu zastosowano sproszkowany
czysty wolfram o wielkości ziarna według Fisher'a wynoszącej 4,5 μm. Przy tym stempel matrycy
posiadał taką strukturę, że na powierzchni górnej surowej wypraski powstały regularnie
rozmieszczone wzniesienia w postaci ostrosłupów, o wysokości 1 mm i o długości boków
wynoszących także 1 mm. Uzyskana względna gęstość surowej wypraski wynosiła 65%, przy nacisku
prasowania wynoszącym 300 MPa. Następnie powstałe w ten sposób surowe wypraski poddano
procesowi spiekania w temperaturze 2400°C w wodorze, dzięki czemu uzyskano względną gęstość
wynoszącą 95%. Następnie, poprzez rozdzielanie za pomocą drutu, ze spieków wytworzono części o
wymiarach 25 x 40 x 5mm (powierzchnia łączenia: 25 x 40 mm). W celu wytworzenia części z miedzi i
w celu wytworzenia połączenia, otrzymane w ten sposób części podlewano miedzią i w tym celu płytkę
z miedzi OFHC o wymiarach 25 x 40 x 5 mm ogrzano w warunkach próżni powyżej temperatury
topnienia miedzi. Po uzyskaniu fazy płynnej i po czasie przechowywania wynoszącym kilka minut
nastąpiło schłodzenie w piecu. Następnie otrzymane w ten sposób zespolone elementy konstrukcyjne
poddane obróbce ze wszystkich stron.
Wytworzenie składnika pierwszej ściany zrealizowano według przykładu 1.
Zastrzeżenia patentowe
1. Sposób wytwarzania zespolonego elementu konstrukcyjnego, przy czym część z wolframu
albo stopu wolframu o zawartości W > 90% wagowych łączy się za pomocą procesu łączenia, tworząc
połączenie nierozłączne bezpośrednie, z częścią z miedzi albo stopu miedzi o przewodności cieplnej
> 250 W/mK, znamienny tym, że w obszarze swojej powierzchni łączenia, części z wolframu lub
stopu wolframu przed procesem łączenia, w celu uzyskania większej powierzchni, nadaje się strukturę
poprzez wykonanie wgłębień i/lub wzniesień, przy czym poszczególne wzniesienia i/lub wgłębienia
posiadają jednolite wymiary i/lub jednolite odległości.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej 10% powierzchni łączenia
posiada wgłębienia i/lub wzniesienia.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że części z wolframu lub stopu wolframu
nadaje się strukturę sposobem strumieniowym.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że nadana struktura składa się z wgłębień o
głębokości wynoszącej 100 μm do 2 mm oraz wzniesienia o wysokości wynoszącej 100 μm do 2 mm.
5. Sposób według jednego z zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że nadana struktura składa się
ze stożkowych wgłębień i stożkowych wzniesień.
6
EP 1 769 906 B1
6. Sposób według jednego z zastrz. 3 do 5, znamienny tym, że części z wolframu lub stopu
wolframu nadaje się strukturę za pomocą strumienia elektronów.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że części z wolframu lub stopu wolframu
nadaje się strukturę za pomocą obróbki mechanicznej.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że części z wolframu lub stopu wolframu nadaje
się strukturę poprzez szlifowanie kształtowe.
9. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że nadana struktura składa się z
wzniesień w postaci ostrosłupa.
10. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że części z wolframu lub stopu wolframu
nadaje się strukturę za pomocą technologii metalurgii proszków ?? .
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że mieszaninę proszków, która zawiera co
najmniej 90% wagowych wolframu i posiada uziarnienie według Fisher'a wynoszące 0,5 μm do 10 μm,
zagęszcza się za pomocą prasowania matrycowego o nacisku wynoszącym 100 MPa do 600 MPa,
przy czym stempel matrycy posiada strukturyzowaną powierzchnię, a następnie wypraskę surową
spieka się w temperaturze w zakresie 1400 do 2700°C w atmosferze redukującej lub w próżni.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że stempel matrycy posiada wgłębienia w
postaci ostrosłupa o długości podstawy wynoszącej 9,5 do 2 mm.
13. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 12, znamienny tym, że stop wolframu W stanowi
1% wagowy La2O3.
14. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 13, znamienny tym, że część z miedzi jest
wykonana z miedzi OFHC.
15. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 14, znamienny tym, że połączenie nierozłączne
bezpośrednie realizuje się przez podlewanie części z wolframu lub ze stopu wolframu miedzią lub
stopem miedzi.
16. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 14, znamienny tym, że połączenie nierozłączne
bezpośrednie realizuje się przez lutowanie.
17. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 14, znamienny tym, że połączenie nierozłączne
bezpośrednie realizuje się za pomocą zgrzewania dyfuzyjnego, korzystnie przez prasowanie
izostatyczne na gorąco.
18. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 17, znamienny tym, że zespolony element
konstrukcyjny stosuje się jako część składnika pierwszej ściany reaktora jądrowego.
19. Zespolony element konstrukcyjny, przy czym posiada on część z wolframu albo stopu
wolframu o zawartości W > 90% i część z miedzi albo stopu miedzi o przewodności cieplnej > 250
W/mK, które są połączone ze sobą za pomocą procesu łączenia, tworząc połączenie nierozłączne
bezpośrednie, znamienny tym, że w obszarze swojej powierzchni łączenia, części z wolframu lub
stopu wolframu przed procesem łączenia, w celu uzyskania większej powierzchni, jest nadana
struktura poprzez wykonanie wgłębień i/lub wzniesień, przy czym poszczególne wzniesienia i/lub
wgłębienia posiadają jednolite wymiary i/lub jednolite odległości.
7