Development of the production target made of tungsten by a 3D printer

利用 3D 打印机开发钨制生产靶材

基本信息

批准号：
21K03609
负责人：
渡辺丈晃
金额：
$ 2.66万
依托单位：
High Energy Accelerator Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

金属３Dプリンター(金属積層造形法）による純タングステン製2次粒子生成標的の製作可能性の検証のため、現状最も普及しているパウダーベッド型レーザー溶融方式の金属積層造形法により純タングステン素材の造形を行い、本研究において最も重要な検証項目の１つである物性値等の測定を行った。その結果、金属積層造形法により造形された純タングステンの密度は標準的な製作法による試験片と比較し密度は88%程度、比熱は同程度、熱伝導率は60%程度であることが明らかとなった。また、機械強度については、シャルピー試験を実施したところ、造形された純タングステンは、通常製法と比べて吸収エネルギ－が72%程度であることがわかった。試験片の断面観察を行ったところ、素材内部に密度や強度等の低下の要因となる多数の欠陥（空隙）が観察され、今後の改良方針として内部空隙の低減が必要不可欠であると結論を得た。引き続き、試作した純タングステン試験片について、HIP処理(熱間等方圧加圧法)を行い、内部欠陥（空隙）の減少効果や物性等の改善の有無について検証をおこなった。その結果、密度および熱伝導率についてはHIP処理無しと比べて10%程度上昇する効果が見られたが、シャルピー試験の結果および断面観察（マクロレベル）では明らかな改善は見られなかった。これはタングステンの元々の性質（脆性等）に加えてHIP処理で特に効果のある閉じたミクロサイズの空隙が比較的少ないことが１因であるためと推定している。上記と並行して、本研究におけるもう1つの重要な目的であった造形能力を確認するため、2次粒子生成標的を想定した内周側に3次元的な曲面フィンを備えた円盤型形状(1/2片）について、実際に純タングスステンにより造形試験を実施し、3次元的なフィン構造が純タングステンにおいても造形可能であることを実証した。

为了验证使用金属3D打印机（金属增材制造方法）生产纯钨二次粒子生成靶的可能性，我们使用粉末床激光熔化方法的金属增材制造方法创建了纯钨材料，该方法目前正在研究中。我们进行了物理性质的测量，这是本研究中最重要的验证项目之一。结果显示，与使用标准制造方法制造的测试样品相比，使用金属增材制造方法生产的纯钨的密度约为88%，比热大致相同，导热率约为60%。成为。关于机械强度，进行了夏比测试，发现成形纯钨与传统制造方法相比吸收了约72%的能量。当我们观察测试件的横截面时，我们发现材料内部存在大量缺陷（空隙），这可能会导致密度和强度下降，并得出结论，作为未来的改进策略，减少内部空隙至关重要。。随后，对原型纯钨试件进行HIP处理（热等静压法），以验证减少内部缺陷（空隙）和改善物理性能的效果。结果发现，与未进行HIP处理的情况相比，密度和热导率增加了约10%，但夏比试验结果和截面观察（宏观水平）没有看到明显的改善。据推测，这是由于除了钨的原有特性（脆性等）之外，在HIP处理中特别有效的封闭的微尺寸空隙相对较少。与此同时，为了确认本研究的另一个重要目标的成型能力，我们设计了一个在内周具有三维弯曲翅片的盘形（3D），假设二次粒子生成目标。我们实际上对1/2件使用纯钨进行了成型测试，并证明了使用纯钨也可以成型三维翅片结构。