研究課題
本年度は、タングステン被覆炭素材料を冷却管付きの無酸素銅(OFHC)に冶金的に接合し、強制冷却下での定常状態における熱応答を調べることにより界面における熱伝導挙動を明らかにした。タングステンコーティング材料に冷却管付きの無酸素銅をチタン箔及び銀ロウを用いて冶金的に接合した。熱負荷実験は、熱源として電子ビームを用い、一様な電子ビームを試料表面に照射し熱負荷を与えた。ビーム照射中、試料の表面温度、接合界面上部(炭素材)及び下部(冷却管)の温度をそれぞれ放射温度計及び熱電対を用いて測定した。また、照射後の接合体の形状変化を光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した。さらに、有限要素法による熱計算を行い、実験結果と比較した。基材が等方性黒鉛でTi箔を用いた場合では、接合後、基材のコーナー付近にミクロな亀裂が発生していた。これは、接合の冷却時に発生する応力によるものと考えられる。銀ロウを用いた接合では、この様な亀裂は形成されなかった。これは、接合温度が低いため熱膨張率差により発生する応力が低いためであると考えられる。熱負荷実験では、基材がCFCの場合、熱流束が低い場合でも、表面温度は著しく上昇し、接合部上部及び下部温度の上昇は低い試験体が見られた。これは、タングステンと炭素材との接合に問題があるためであると考えられるが、タングステンと炭素材の間の中間層の改良を行ったコーティング材については、この様なことは見られなかった。照射時間が22sでは、温度が定常となっており、表面部の20mmx20mmわたりタングステンと炭素材の界面部において中間材の接合が良好であることがわかる。また、熱流束が10MW/m^2で100回までの繰り返し熱負荷においても温度変動は観察されず界面における熱特性は良好であることがわかった。
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