耐照射損傷性炭素複合材料の開発

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555485
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 奥 達雄 茨城大学, 工学部, 教授 (90224146)
• 研究分担者: 曽我部 敏明 東洋炭素(株), 大野原技術開発センター, 主任 ; 白石 稔 工業技術院, 資源環境技術総合研究所, 首席研究官 ; 車田 亮 茨城大学, 工学部, 助手 (60170099) ; 今村 好男 茨城大学, 工学部, 講師 (20007777)
• キーワード: 核融合プラズマ対向機器 / 炭素繊維 / 中性子照射 / イオン照射 / 微細組織 / 照射損傷効果 / 炭素複合材料 / 引張特性

研究概要

核融合装置または核融合炉のプラズマ対抗機器用材料としての炭素複合材料の高温における耐浸食性を向上させるためには、高温照射下での熱伝導性の良好なものが望ましい。炭素複合材料は炭素繊維マトリックスから構成されており、一般的に炭素繊維の黒鉛結晶化度がマトリックスの結晶化度より低いのが、普通である。また、炭素材料に及ぼす照射効果は結晶性の低い方が一般に大きいので、炭素複合材料の耐照射損傷性を高めるには、照射に対してできるだけ安定な炭素繊維を用いることが重要である。このような考え方を基礎にして、いろいろな微細構造をもつ炭素繊維を入手し、それらの寸法、強度等に及ぼす中性子照射の影響を検討した。炭素繊維としては、メソフェーズピッチ系で微細構造の異なる4種類の繊維、ピッチ系炭素2種類、PAN系炭素繊維3種類の合計9種類を用いた。中性子照射は、JMTRにおいて150-180℃で、(2.0-2.7)x10^<24>n/m^2(E>0.18MeV)まで行った。その結果、切欠きつきラジアル構造の繊維は切欠きの角度が減少した。これは結晶子層面方向に照射により膨張した結果を反映しているものと考えられる。炭素繊維断面の直径は大部分増加していたが、減少しているものもあった。また、一般に、熱処理材の方が未熟処理材よりも照射による変化が小さいことが明らかとなった。引張り強さは1種類を除いてすべて照射により減少した。これは、内部き裂の生成、繊維軸方向の繊維結晶の切断等によるものと推察される。
また、AVFサイクロトロンを用いて175MeV-1μAのアルゴンイオンを約400分及び200分照射した。照射後、断面寸法測定、引張り試験等を行った。その結果、表面の損傷が大きくなり、断面の直径が減少し、強度は増加することが分かった。
以上の結果を総合して、炭素繊維としては、切欠き付きメソフェーズファイバーまたはピッチファイバーを用いた複合材料が耐照射損傷性がよいことが分かった。試作したピッチファイバーからなるC/Cコンポジットのイオン照射及び中性子照射を実施し、今後照射後試験を行い、耐照射損傷性を評価確認する予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Sogabe,K.Kuroda,T.Oka: "Effect of the Ti-addition on gas permeability of the Cu-Tmpregnated high-donsity isotropic graphite" CARBON. 34・9. 1154-1156 (1996)
• [文献書誌] T.Oku,A.Kurumada,T.Sogabe,T.Oku: "Effect of Metal Impregnation on the Thermal Conductivity of Carbon Materials" Extended Abctracts of the European Carbon Conf."Carbon 96" Newcastle,U.K.1. 234-235 (1996)
• [文献書誌] 出戸、奥、今村、車田、川又、鈴木、市川: "炭素繊維の組織と力学特性の評価に関する研究" 茨城講演会講演論文集. 143-144 (1996)
• [文献書誌] T.Oku,T.Hoshino,A,Kurumada,T.Sogabe: "An Evaluation of Mechamical Properties for Carbon Materials by Hardness Tests" Proc.of the Astan-Pacific Conf.on Strength of Materials and Structures,Beijing,China. 26-30 (1996)
• [文献書誌] 出戸、奥、車田、川又: "炭素繊維の組織と力学特性に及ぼす中性子照射の影響" 第23回炭素材料学会年会要旨集. 84-85 (1996)
• [文献書誌] T.Oku,T.Hiraoka,K.Kuroda: "Improvement of Thermal Conductivity of Carbon Materials due to Addition of Metal Particles" J.Nucl.Sci.& Tech.32・8. 816-818 (1995)