炭化珪素系複合材料を用いたブランケットシステムにおける低放射化気密シール開発

使用碳化硅复合材料开发毯子系统中的低活化气密密封

• 批准号: 14658136
• 负责人: 長谷川 晃
• 金额: $ 1.86万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14658136/
• 关键词: 核融合炉用低放射化材料; 気密性; 被覆接合; 炭化珪素; 核融合炉; 固相拡散接合; 金属被覆膜

低放射化核融合炉構造材料の候補の一つであるSiC繊維強化SiC基複合材料は、高温強度に優れることから、高効率ブランケット用材料として検討されている。その使用環境として高温(出口温度900℃)高圧(最高10MPa)のヘリウムガスを冷却材として使用することが想定されている。そのため金属並みの気密性を保つことが要求されている。そこでSiCの表面にヘリウムに対して気密性の高い金属を被覆することで気密性を高める方策が検討されている。また、ブランケットを冷却するヘリウム中には燃料となるトリチウムが含まれており、被覆材としてトリチウムを透過しない素材を用いることで、トリチウムの配管からの透過を抑制することも可能となる。タングステンは水素の透過率が金属の中でも最も低い部類に入る。またタングステンとSiCは熱膨張率の違いがほとんど無く、加熱サイクルによって生ずる熱応力も小さくなるというメリットがある。そこで、タングステンをトリチウムとヘリウムの透過バリアーとして使うことを考えた。一方タングステンは1400℃以上では再結晶をおこし、結晶粒界脆化が顕著になる。そのため1400℃以下でタングステンとSiCが強固に接合することが必要となる。我々のこれまでの研究ではタングステンとSiCの直接接合は、1400℃以下では起こらないことが分かっている。そこで、活性な挿入金属をタングステンとSiCの間に挿入し、1400℃以下での温度で接合できるものを探し、気密性シール材の開発を目指した。挿入金属としてチタン、クロム、鉄、ニッケルの20μmの箔を用いて、8mmφx3mmtの円柱状のSiCとタングステンとを、高真空中で1400℃の温度で接合させた。その結果、クロムはこの条件下では接合せずチタン、鉄、ニッケルにおいては接合が得られた。鉄やニッケルではSiCとの界面に金属硅化物が形成され、それが脆いために十分な接合をもたらすことが出来なかった。一方チタンは界面に炭化物を形成するものの、比較的強固な接合を持つことが示され、気密性被覆の下地としてSiC上に被覆し、その後にタングステンを被覆する方策について検討した。

SIC纤维增强的SIC基础复合材料是低激活核融合反应器结构的候选材料之一，被认为是高效毛毯的材料，因为它具有出色的高温强度。据认为，使用环境是在高温（出口温度900°C）和高压（最高10MPA）作为冷却剂时使用氦气。因此，必须保持与金属相当的气密性。因此，正在考虑通过用高气密性对抗氦气的金属涂上SIC表面来增加气密性。此外，冷却毯子的氦气含有充当燃料的trium，并且通过使用不渗透tri骨作为覆层的材料，也可以抑制管道中的tri虫。钨是金属中最低的氢通透性之一。此外，钨与SIC之间的热膨胀系数几乎没有差异，而加热周期产生的热应力也会减少。因此，我们考虑使用钨作为trium和氦的渗透屏障。另一方面，钨在1400°C或更高的情况下进行重结晶，从而导致晶界膜的重结晶。因此，有必要在低于1400°C的温度下牢固地将钨和SIC粘合。我们以前的研究表明，钨和SIC的直接粘结不会在1400°C以下发生。因此，我们搜索了可以在钨和SIC之间插入的活跃插入金属，并在低于1400°C的温度下结合，并旨在开发密封材料。将钛，铬，铁和镍的20μm箔作为插入金属，在1400°C的温度下，在高真空中将8mmφx 3 mmt圆柱形SIC和钨与彼此键合。结果，在这些条件下未粘结铬，而是获得了钛，铁和镍。在铁和镍中与SIC的界面形成了金属硅质，它们是脆性的，因此无法导致足够的粘结。另一方面，尽管钛在界面处形成碳纤维，并且一种在SIC上涂层的方法，但研究了将其作为气密涂层的基础，然后研究了Tungsten涂层。