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核融合炉におけるタングステン被覆はプラズマ物理と材料工学の両面から高性能化が求められています。メカニカルアロイングによる微細粒化によるバルク高性能化の試みは成功していますが、プラズマ対向材料としての適用には至っていません。一方、エアロゾルデポジション法は磁性材料や生体材料など温度条件が比較的低温に制限された条件での高機能薄膜の作製方法として確立しつつあります。本研究ではメカニカルアロイング法による微細粒化タングステン合金の優れた性能を電子線照射プロセスと組み合わせ改良したエアロゾルデポジション法を用いて革新的な被覆作製を試みることを目的としました。
皮膜作製プロセスでは超微細粒を保持することが肝要です。プラズマスプレイ法などの高温プロセスでは溶融付着による粗大化、熱ひずみが課題であり、エアロゾルデポジション法などの低温プロセスでは凝集による粗大化、付着力が課題です。電子線照射プロセスとエアロゾルデポジション法との組み合わせ、超微細粒の凝集による粗大化を抑制、静電力による付着力改善、電磁場こよる粒子軌道制御の可能性を調査しました。
エアロゾルデポジション法は固体微粉末を常温で基板に吹き付け機械的な衝撃力で緻密かつ高密着力の皮膜形成プロセスです。エアロゾルデポジション法による皮膜作製に必要な基本要素の製作に関連し、本研究においても必要な基本構成要素を組み合わせた装置を検討しました。エアロゾルには単体の既成微粉末を使用しました。皮膜作製に必要な粒子吹き付け条件について流速等の基本パラメータを検討や高速粒子吹き付け粒子軌跡の検討の準備あるいは微粉末を帯電させる機構検討、電場に依る軌跡制御の可能性検討の準備として、成膜状況を観察する顕微鏡を購入し、レーザー衝撃試験法を用いた付着力測定について適用可能性を示しました。
電子線照射プロセスを組み合わせたエアロゾルデポジション法により高性能タングステン合金皮膜を作製する基本プロセスについての課題を抽出しました。
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