Development of DEMO-grade irradiation-resistant copper alloy with meso-heterogeneous nano-composite microstructure

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K14280
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 笠田 竜太 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (20335227)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鵜飼 重治 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00421529)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 酸化物分散強化 / 核融合炉 / ダイバータ / 銅合金 / メカニカルアロイング / 粉末冶金

Outline of Annual Research Achievements

これまでに極低温圧延法によるメゾ組織制御が銅合金の強度特性の向上に効果的であることを示した。最終年度においては、メゾ組織制御に加えて、ナノ酸化物粒子が高密度に分散されたナノ組織制御による銅合金の開発に向けて、酸化物分散強化銅の焼結に必要なメカニカルアロイング（MA）プロセスの最適化、特に難MA性の銅粉末の凝集を防ぐことを目的として、ボールミル運転条件、MA雰囲気、添加元素について系統的に明らかにした。
ボールミル運転条件に関しては、水冷と間欠運転を組み合わせることによって、助剤を加えることなく銅粉末単体においてもボールや容器への付着を防ぐことができることが明らかとなった。一方、MA雰囲気を水素混合雰囲気とすることによって、銅粉末凝集がかえって促進されることが明らかとなった。これは、銅粉末表面の酸素がMA雰囲気中の水素によって還元されたため、銅本来の延性が促進されたためと考えられる。また、添加元素をY2O3のみではなく、他の酸化物等と混合添加することによって、銅粉末の凝集が抑制され、効率的にMAプロセスを進めることが可能であることが示された。
得られたMA粉末をホットプレス炉によって焼結し、99%以上の密度が得られることも示した。
以上の結果より、これまでに困難とされていたボールミルによるMAプロセスによる酸化物分散強化銅の製造に目途を付け、所期の目的を達成した。今後、焼結体の強度特性、熱伝導特性、耐照射性を明らかにする予定である。