AbstractBeryllium–copper reactivity was studied using test parameters being considered for use in the ITER reactor. In this application, beryllium–copper tiles are produced using a low-temperature copper–copper diffusion bonding technique. Beryllium is joined to copper by first plating the beryllium with copper followed by diffusion bonding the electrodeposited (ED) copper to a wrought copper alloy (CuNiBe) at 450°C, 1–3 h using a hot isostatic press (HIP). In this bonded assembly, beryllium is the armor material and the CuNiBe alloy is the heat sink material. Interface temperatures in service are not expected to exceed 350°C. For this study, an ED copper–beryllium interface was subjected to diffusion bonding temperatures and times to study the reaction products. Beryllium–copper assemblies were subjected to 350, 450 and 550°C for times up to 200 h. Both BeCu and Be2Cu intermetallic phases were detected using scanning electron microscopy and quantitative microprobe analysis. Growth rates were determined experimentally for each phase and activation energies for formation were calculated. The activation energies were 66 mol and 62 kJ mol−1 for the BeCu and Be2Cu, respectively. Tensile bars were produced from assemblies consisting of coated beryllium (both sides) sandwiched between two blocks of Hycon-3. Tensile tests were conducted to evaluate the influence of these intermetallics on the bond strength. Failure occurred at the beryllium–copper interface at fracture strengths greater than 300 MPa for the room-temperature tests. At 300°C, the fracture strength was decreased significantly and, in contrast to the room-temperature tests, the fracture initiated in the copper–copper bond. The change in fracture initiation is attributed to a decrease in the residual stresses at the beryllium–copper interface at the higher temperatures and a decrease in the intrinsic fracture strength of the ED copper.
ベリリウム–銅反応性は、ITER炉での使用が検討されている試験パラメータを用いて研究された。この用途では、ベリリウム–銅タイルは低温銅–銅拡散接合技術を用いて製造される。ベリリウムは銅に接合されるが、その方法は、まずベリリウムに銅をめっきし、その後、熱間静水圧プレス(HIP)を用いて450°C、1〜3時間で電析(ED)銅を鍛造銅合金(CuNiBe)に拡散接合するものである。この接合アセンブリにおいて、ベリリウムはアーマー材料であり、CuNiBe合金はヒートシンク材料である。使用時の界面温度は350°Cを超えないと予想されている。本研究では、ED銅–ベリリウム界面を拡散接合温度および時間に供し、反応生成物を調査した。ベリリウム–銅アセンブリは、350、450、550°Cで最大200時間の条件に供された。BeCuおよびBe2Cuの両金属間化合物相が、走査型電子顕微鏡および定量マイクロプローブ分析を用いて検出された。各相について成長速度が実験的に決定され、生成のための活性化エネルギーが計算された。活性化エネルギーは、BeCuおよびBe2Cuについてそれぞれ66 kJ mol⁻¹および62 kJ mol⁻¹であった。両面を被覆したベリリウムをHycon-3の2つのブロックの間に挟んだアセンブリから引張試験片が作製された。引張試験は、これらの金属間化合物が接合強度に及ぼす影響を評価するために実施された。室温試験では、破壊はベリリウム–銅界面で発生し、破壊強度は300 MPaを超えた。300°Cでは、破壊強度は著しく低下し、室温試験とは対照的に、破壊は銅–銅接合部で開始した。破壊開始位置の変化は、高温でのベリリウム–銅界面における残留応力の減少と、ED銅の固有破壊強度の低下に起因する。