| 研究概要 |
本研究の目的は微視的組織・構造を異にする各種の人造黒鉛材及び第1班(山科班)の黒鉛共通試料(15種類)について、室温での亀裂進展抵抗性・破壊機構を応力論・エネルギー論の両面から明らかにすること、及び高温環境下での応力腐食を検討することにより、これら黒鉛材料の破壊機構を環境・微視的構造との関連で明らかにすることである。
3種類の形状を異にする破壊力学試験片(Single Edge Notched Beam・Compact Tension・Double Cantilever Beam)を用い、室温大気中での破壊靭性値,亀裂進展抵抗曲線(R-曲線)の測定を行い、本プロジェクトで開発した非線形破壊力学手法(「無次元荷重-変位汎曲線法」)を用い応力論・エネルギー論の両面から解析を行った。その結果、(1)黒鉛共通試料の応力破壊靭性値(Kic)は、見掛け密度・微視組織・強度等に関係なく、Kic=1.1±0.2MPa√mで表現出来る。(2)亀裂進展の初期過程で観察される著るしい上昇型R曲線挙動は、破面間に発達した粒子架橋により引き起されている。(3)この粒子架橋効果,及び黒鉛結晶層面間のスリップによる塑性変形のため黒鉛材の破壊エネルギー靭性値(Rc)は、他のファインセラミックス・構造用セラミックスに比べ極めて大きく(〜200J/【m^2】)、亀裂の伝播に対して秀れた抵抗性を示すことが明らかにされた。
【H_2】ガスを始め各種雰囲気下での高温応力腐食挙動を破壊力学的に明らかにするための高温炉の製作を行った。現在、室温〜1000℃での真空下における破壊靭性値の測定が行われている。
次年度は、黒鉛共通試料を中心にして、【H_2】,CO,【O_2】ガス中で室温〜1200℃での破壊靭性値,応力腐食,R曲線の測定を通じて、核融合炉第一壁材として黒鉛材を使用する際の問題点,壁材に適した黒鉛材微視組織等を考察する。
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