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

基本信息

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

项目摘要

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。

在本研究中，我们使用等离子射流作为稳定的高密度热源，对高热负荷条件下各种陶瓷的各种类型的损伤进行基础研究，并根据这些样品的损伤情况阐明与热负荷的关系此外，我们尝试评估陶瓷作为聚变反应堆材料的适用性，并获得以下结果。将等离子射流引起的热负荷状态与每种陶瓷材料的炬进行比较：氧化铝 ([Al_2][O_3])、氮化硼 (BN)、氮化硅 ([Si_3][O_4]) 和石墨(C)。它随距离 l 和测试时间 t 变化。关于该等离子体的热负荷，在使用水冷铜虚拟模型的量热实验中，在l=10mm时获得了2.4×[10^3]W/[cm^2]的能量密度。对于[Al_2]、[O_3]、[BN_2]、[Si_3]和[O_4]的损伤，磨损量与距离的关系呈指数趋势，类似于热负荷与距离的关系。 C的情况与其他陶瓷材料的趋势不同，但高热负荷下的磨损量比其他材料小。当l=20mm、t=10sec时，各陶瓷的磨损量为[Al_2][O_3]<BN<C<[Si_3][O_4]，但对于[Al_2][O_3]观察到熔化和开裂的特征。接下来，使用光学显微镜和SEM观察热负荷试验中获得的各种陶瓷样品的表面损伤状态，并使用X射线衍射揭示表面组成。结果，对于[Al_2]和[O_3]，由于熔融再结晶而受到热负荷后，晶界变得清晰，并且表面上的晶粒变得粗大，仅鉴定出α-氧化铝。此外，BN和[Si_3][O_4]也观察到由于分解和蒸发而导致的表层变化。特别地，[Si_3]和[O_4]具有形成的Si粒状结构。然而，对于C来说，表面形成了许多空隙，支持了强烈的蒸发现象。注意，当施加热负荷时，所有陶瓷材料的表层的维氏硬度都会降低。