2018 Fiscal Year Annual Research Report
プラント事故耐性を有する高靱性タングステン積層複合材料の創生と室温延性への挑戦
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18H01196
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
野上 修平 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00431528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
能登 裕之 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (50733739)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | タングステン / 複合材料 / 延性 / 耐酸化性 / 再結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
核融合炉ダイバータで使用されるタングステン（W）は、室温から数百度までで生ずる低温脆性と再結晶後の機械特性の劣化、事故時の酸化による放射化Wダストの炉内飛散が課題として指摘されている。本研究では、申請者がこれまで開発した、①延性脆性遷移温度が従来材に比べ低く、再結晶温度が高い、結晶粒微細化W合金と、②室温延性は有するものの、再結晶温度が従来材に比べ低いWフォイルラミネートの利点を融合し、さらに、クロム（Cr）添加などにより耐酸化性を付与することで前述の課題を克服した、耐酸化性結晶粒微細化W合金ラミネートの開発を目的とする。
2018年度は、結晶粒微細化W合金に、耐酸化性を向上させることが原理的に期待されるクロム（Cr）を添加し、ラミネートの基素材となり得る耐酸化性結晶粒微細化W合金と、比較のための材料を、合計4種類製作し、化学分析、密度測定および金相組織観察を実施した。具体的には、結晶粒微細化W合金であるカリウムドープタングステン（KW）、KWにCrを5%ないし10%添加したKW-5%CrおよびKW-10%Cr、KW-10%Crにイットリウム酸化物（Y2O3）を分散させたKW-10%Cr-Y2O3である。これら4種の材料の相対密度（理論密度に対する実際の密度の比）は、KWが91.6%、KW-5%Crが97.8%、KW-10%Crが87.1%、KW-10%Cr-Y2O3が91.2%であった。相対密度が最も高かったKW-5%Crは金相観察においても顕著な気孔などは見られなかったが、一方で結晶粒径は他の材料に比べて大きかった。
密度向上などのための材料の製作条件の最適化に時間がかかり、当初予定していた素材の評価は2018年度中に全て完了しなかった。これらについては2019年度に実施する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
タングステンとクロムは、それらの2元系状態図によると全率固溶はせず、またクロムの製作中の揮発なども相まって、容易に合金を製作できないことは当初から想定されていたが、想定以上に素材製作に時間を要したことが、遅れの主たる要因である。そのため、焼結温度や時間などを細かく調整し、密度や均質性などの向上のための材料の製作条件の最適化に時間を費やしたため、2018年度当初予定していた高温下における回復・再結晶挙動評価、強度および延性などの機械特性とその温度依存性の評価、高温酸化雰囲気における重量変化などの酸化挙動評価は2018年度中に完了しなかった。以上より、現在までの進捗状況としてはやや遅れていると判断された。しかし、当初予定していた上記の評価試験などのための設備は2018年度中に整備が完了しているため、2019年度早々に実施することにより、遅れを取り戻す計画である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は、2018年度に製作した4種類の材料について、高温下における回復・再結晶挙動の評価、強度および延性などの機械特性とその温度依存性の評価、高温酸化雰囲気における重量変化などの酸化挙動の評価を実施する。これらの評価結果を総合し、ラミネートに適用する最適な合金を見いだす。次に、ラミネート構造の設計適正範囲のスクリーニングを進める。Wの直接接合は再結晶温度以下では不可能であるため、W間にはバナジウム（V）や銅（Cu）などの中間材を適用する。W母材と中間材の厚さの組み合わせによりラミネートの特性は大きく変化するため、それらの厚さを変化させた数種類のラミネートを一軸加圧型ホットプレス炉を用いて製作し、機械特性と熱特性の観点から、厚さとその組み合わせの適正範囲を見いだす。
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Research Products
(6 results)
