高熱負荷状態におけるセラミックス炉材料の損傷に関する基礎的研究

高热负荷条件下陶瓷炉材料损伤的基础研究

• 批准号: 60055032
• 负责人: 小林 明
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Fusion Research
• 财政年份: 1985
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1985 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-60055032/
• 关键词: 核融合炉材料; セラミックス; 高熱負荷; プラズマ; 損傷

本研究では、定常高密度熱源としてプラズマジェットを使用し、高熱負荷状態における各種セラミックスの様々な損傷について基礎的研究を行ない、それらの試料の損傷状態をもとにして熱負荷との関連を明らかにするとともに、セラミックスの核融合炉材料としての適性の評価を試み以下の結果を得た。アルミナ(【Al_2】【O_3】),ボロンナイトライド(BN),窒化ケイ素(【Si_3】【O_4】)黒鉛(C)の各セラミックス材料に対して、プラズマジェットによる熱負荷の状態をトーチとの距離l、試験時間tにより変化させた。このプラズマからの熱負荷については、水冷銅ダミーを用いた熱量測定実験により、l=10mmにおいて2.4×【10^3】W/【cm^2】のエネルギー密度が得られている。【Al_2】【O_3】,【BN_2】,【Si_3】【O_4】の損傷については、距離に対する損耗量の傾向が指数的であり、熱負荷と距離の関係と同様の傾向であった。Cの場合は他のセラミックス材料と異なる傾向を示したが、高熱負荷での損耗量は他の材料と比較して小さい値が得られた。各セラミックスの損耗量の大きさは、l=20mm,t=10secの場合、【Al_2】【O_3】<BN<C<【Si_3】【O_4】となったが、【Al_2】【O_3】については溶融、クラックの特徴が見られた。次に熱負荷試験で得られた各種セラミックス試料の表面損傷状態を光学顕微鏡、SEMによって観察し、X線回折により表面組成を明らかにした。その結果、【Al_2】【O_3】については、熱負荷後の表面は溶融再結晶により粒界が明確になり結晶粒が粗大化し、αアルミナのみが同定された。また、BN及び【Si_3】【O_4】についても分解蒸発による表面層の変質が観察された。特に【Si_3】【O_4】は、Siの粒状組織が形成されていた。しかし、Cについては表面に多数のボイドが形成され激しい蒸発現象を裏付けていた。なお熱負荷を与えると、全てのセラミックス材料の表面層において、ビッカース硬度の低下が生じていた。

在这项研究中，血浆射流用作稳态高密度热源，并在高热负荷条件下对各种陶瓷的各种损害进行了基础研究，并基于这些样品的损伤状态，澄清了与热负荷的关系，结果得到了如下。对于每种陶瓷材料，氧化铝（[Al_2] [O_3]），氮化硼（BN），氮化硅（[SI_3] [O_4]），石墨（C），由Plasma射流的热负载状态根据TORCH和TORCH和测试时间t变化。关于该等离子体的热载载，使用水冷铜虚拟的量热法实验，在L = 10mm处获得了2.4×[10^3] W/[CM^2]的能量密度。关于对[AL_2] [O_3]，[BN_2]，[SI_3] [O_4]的损害，相对于距离的磨损趋势是指数级的，趋势与热负载和距离之间的关系相似。 C显示出与其他陶瓷材料不同的趋势，但是高热负荷下的磨损量比其他材料小。每种陶瓷的磨损量为[al_2] [o_3] <bn <c <[si_3] [o_4]当l = 20mm，t = 10sec时，但是[al_2] [a al_2] [o_3] [al_2] [o_3]的熔化和破裂特征。接下来，通过光学显微镜和SEM观察到在热载荷测试中获得的各种陶瓷样品的表面损伤状态，并通过X射线衍射揭示了表面组成。结果，对于[Al_2]和[O_3]，通过熔体的重结晶清楚地定义了热负荷后表面的晶界，并且晶粒变得更粗糙，并且只能鉴定出α-铝。此外，在BN和[SI_3]和[O_4]中观察到由于分解蒸发而引起的表面层的变形。特别是[Si_3]和[O_4]形成了Si的颗粒结构。但是，对于C，表面上形成了许多空隙，证实了强烈的蒸发现象。此外，当施加热负荷时，在所有陶瓷材料的表面层中降低了维克斯硬度。

项目成果

昭和60年度科学研究費補助金研究成果報告書. (1986)

1985年科学研究补助金研究成果报告（1986）。