JP2008268191A - プラズマ対向材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】核融合装置内のプラズマ発生源に対向させて台座に取付けられるプラズマ対向材であって、タイル形状部材と、タイル形状部材の台座への取付け面の少なくとも一部に接着剤を介して固定される膨張黒鉛シートとからプラズマ対向材を構成する。
【選択図】図2
Description
すなわち、本発明によるプラズマ対向材は、核融合装置内のプラズマ発生源に対向させて台座に取付けられるものであって、タイル形状部材と、上記タイル形状部材の上記台座への取付け面の少なくとも一部に設けられ一体化された膨張黒鉛層とを有することを特徴とする。ここで、上記タイル形状部材が、黒鉛材料または炭素繊維強化炭素材料を含むことが好ましい。
(実施例1)
最初に、核融合装置のプラズマ対向材として使用可能な炭素繊維強化炭素材料(日立化成工業株式会社製、製品名「PCC−2S」)を100×80×24mmの外寸に切り出しタイル形状部材とした。そのタイル形状部材を所定の形状に加工し、台座への取付け面(100×80mmの外寸を有する面)の中心にΦ7mmのボルト穴を設けた(図5を参照)。
以上のようにして、タイル形状部材と接着層と膨張黒鉛シートとの積層構造を有する本発明のプラズマ対向材を得た。次に、得られたプラズマ対向材の後処理として、プラズマ対向材を真空熱処理炉内で1000℃まで加熱し、さらに5×10−3Paの圧力下で2時間保持した。
最初に、かさ密度が0.45g/cm3、厚さが1.5mmの膨張黒鉛シート(日立化成工業株式会社製、製品名「HGP−207」)の表面に、ジヒドロベンゾオキサジン環を含む粉体フェノール樹脂(日立化成工業株式会社製、RO樹脂、平均粒径25μm)を5g/m2の条件で塗布し、1分間加熱して塗布層の樹脂を溶解させ、引き続き100×80mmの寸法にシートを切断した。
実施例1と同様に、炭素繊維強化炭素材料から構成されるタイル形状部材を準備し、その部材の台座への取付け面にスリーボンド社製の耐熱性無機系接着剤(品番3732)を薄く塗布した後に、100×80×24mmの外寸に切断し、引き続き、膨張黒鉛シートを重ね合わせ、軽く荷重をかけることによって、タイル形状部材と接着層と膨張黒鉛シートとの積層構造を有する本発明のプラズマ対向材を得た。さらに、得られたプラズマ対向材の後処理として、プラズマ対向材を真空熱処理炉に入れ1000℃まで加熱し、引き続き5×10−3Paの圧力下で2時間保持した。
比較例1では、実施例1と同様の炭素繊維炭素複合材料からなるタイル形状部材およびアルミブロックを使用し、タイル形状部材のみをアルミブロックに取付けた試験サンプルとして作製した。次いで、作製した試験サンプルの伝熱特性について実施例1と同様の方法および条件に従って測定した。測定結果を表1に示す。また、取付け作業性の比較のために、実施例1と同様の条件下で、アルミブロックに対して、上述のタイル形状部材10セットの締結作業を実施した。その平均所要時間は35秒/セットであった。
比較例2では、実施例1と同様のタイル形状部材およびアルミブロックを使用し、さらに、かさ密度が1.0g/cm3、厚さ0.7mmの膨張黒鉛シートを間挿材として使用して、対向材の試験サンプルを作製した。より具体的には、接着剤の介在なしにアルミブロック上に、独立した膨張黒鉛シートと炭素繊維炭素複合材料からなるタイル形状部材とを順に重ねて位置を合わせ、さらに締結することによって試験サンプルを作製した。次いで、作製した試験サンプルの伝熱特性について、実施例1と同様の方法および条件に従って測定した。測定結果を表1に示す。
最初に、核融合装置のプラズマ対向材として使用可能な等方性黒鉛材料(日立化成工業株式会社製、製品名「PD−330S」)を使用し、実施例1のタイル形状部材と同様の形状に加工した。次に、タイル形状部材の台座への取付け面に、液状のフェノール樹脂(群栄化学株式会社製、製品名「PL−2211」)100重量部に対し、人造黒鉛粉末(Timcal社製、製品名「KS−4」)を20重量部、メタノールを50重量部の割合で混合した混合液を刷毛で塗布した。引き続き、その塗布層上に、かさ密度が0.2g/cm3、厚さが0.9mmであり、予め取付け面と同一寸法に切断しておいた膨張黒鉛シート(日立化成工業株式会社製、製品名「HGP−207」)を重ね合わせ、軽く荷重をかけて固定し積層体を得た。
比較例3として、実施例4と同様の等方性黒鉛材料からなるタイル形状部材およびアルミブロックを使用し、タイル形状部材のみをアルミブロックに取付けた試験サンプルとして作製し、その伝熱特性について実施例4と同様の方法および条件に従って測定した。測定結果を表1に示す。
比較例4では、実施例4と同様のタイル形状部材およびアルミブロックを使用し、さらに、かさ密度が1.2g/cm3、厚さ1.0mmの膨張黒鉛シートを間挿材として使用して、対向材の試験サンプルを作製した。より具体的には、アルミブロック上に、接着剤の介在なしに独立した膨張黒鉛シートと等方性黒鉛材料からなるタイル形状部材とを順に重ねて位置を合わせ、さらに締結することによって試験サンプルを作製した。次いで、作製した試験サンプルの伝熱特性について、実施例4と同様の方法および条件に従って測定した。測定結果を表1に示す。
最初に、実施例1と同様の炭素繊維強化炭素材料から構成されるタイル形状部材を準備した。このタイル状部材の取付け面に、液状フェノール樹脂(日立化成工業株式会社製、製品名「VP−231N」)を図4に示すように不連続に塗布した。各塗布領域の寸法はそれぞれ10×10mmであり、隣接する塗布領域の間には10mmの間隔を設けた。この複数の塗布領域からなる塗布層に、上記タイル状部材の取付け面と同一寸法に切断した膨張黒鉛シート(日立化成工業株式会社製、製品名「HGP−207」、かさ密度が0.50g/cm3、厚さが0.5mm)を重ね合わせ、軽く荷重をかけて固定し、積層体を得た。
タイル状部材の取付け面の全面に液状フェノール樹脂を塗布して接着層を構成したこと以外、全て実施例5と同様の方法および条件下で、20個のプラズマ対向材を作製した。膨れの発生率と伝熱特性の測定結果を表2に示す。
最初に、実施例4と同様の等方性黒鉛材料から構成されるタイル形状部材を準備した。このタイル状部材の取付け面に、液状フェノール樹脂(日立化成工業株式会社製、製品名「VP−13N」)を図3に示すように不連続に塗布した。各塗布領域の寸法はそれぞれ10×10mmであり、隣接する塗布領域の間には10mmの間隔を設けた。この複数の塗布領域からなる塗布層に、上記タイル状部材の取付け面と同一寸法に切断した膨張黒鉛シート(日立化成工業株式会社製、製品名「HGP−207」、かさ密度が1.0g/cm3、厚さが0.5mm)を重ね合わせ、軽く荷重をかけて固定し、積層体を得た。
タイル状部材の取付け面の全面に液状フェノール樹脂を塗布して接着層を構成したこと以外、全て実施例7と同様の方法および条件下で、20個のプラズマ対向材を作製した。膨れの発生率と伝熱特性の測定結果を表2に示す。
最初に、かさ密度が1.0g/cm3、厚さが0.5mmの膨張黒鉛シート(日立化成工業株式会社製、製品名「HGP−207」)を実施例5で使用したシートと同一寸法に切断し、さらに複数のΦ1mmの貫通穴を設けた。貫通穴は、図4に示すように、後述する樹脂の不連続な塗布領域の間に対向する配置とした。
タイル状部材の取付け面の全面に液状フェノール樹脂を塗布して接着層を構成したこと以外、全て実施例9と同様の方法および条件下で20個のプラズマ対向材を作製した。本実施例では実施例9と同様に貫通穴を設けた膨張黒鉛シートを使用した。膨れの発生率と伝熱特性の測定結果を表2に示す。
10a プラズマ対向材
12 膨張黒鉛シート
14 取付け台座
16 締結ボルト
18 固定部材
20 タイル形状部材
22 膨張黒鉛層(膨張黒鉛シート)
24 ボルト穴
26 貫通穴
30、32 接着層
34 空間
40 アルミブロック
50a,50b 熱電対
60 ホットプレート
Claims (16)
- 核融合装置内のプラズマ発生源に対向させて台座に取付けられるプラズマ対向材であって、タイル形状部材と、前記タイル形状部材の前記台座への取付け面の少なくとも一部に設けられ一体化された膨張黒鉛層とを有することを特徴とするプラズマ対向材。
- 前記タイル形状部材が、黒鉛材料または炭素繊維強化炭素材料を含むことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ対向材。
- 前記タイル形状部材と前記膨張黒鉛層との間に接着層を有することを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ対向材。
- 前記接着層が熱硬化性樹脂の炭化物を含むことを特徴とする請求項3に記載のプラズマ対向材。
- 前記接着層が炭素粉または黒鉛粉をさらに含み、前記炭素粉または黒鉛粉は前記熱硬化性樹脂の炭化物中に分散していることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ対向材。
- 前記熱硬化性樹脂の炭化物が、前記タイル形状部材および前記膨張黒鉛シートの少なくとも一方の組織内部に浸入していることを特徴とする請求項4または5記載のプラズマ対向材。
- 前記接着層が無機系接着剤を含むことを特徴とする請求項3に記載のプラズマ対向材。
- 前記無機系接着剤がタイル形状部材および膨張黒鉛シートの少なくとも一方の組織内部に侵入していることを特徴とする請求項7に記載のプラズマ対向材。
- 前記接着層が互いに不連続な複数の領域から構成されることを特徴とする請求項3〜8のいずれかに記載のプラズマ対向材。
- 前記タイル形状部材と非接着となる前記膨張黒鉛シートの領域に少なくとも1つの貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項9に記載のプラズマ対向材。
- 核融合装置内のプラズマ発生源に対向させて台座に取付けられ、タイル形状部材と、前記タイル形状部材の前記台座への取付け面の少なくとも一部に設けられ一体化された膨張黒鉛層とを有するプラズマ対向材の製造方法であって、
前記タイル形状部材の台座への取付け面および前記膨張黒鉛シートの表面の少なくとも一方に接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤を介して前記タイル形状部材と前記膨張黒鉛シートとを貼り合わせて積層体を形成し、次いで前記接着剤を硬化させる工程と、
前記積層体を熱処理する工程と
を有することを特徴とする、プラズマ対向材の製造方法。 - 前記接着剤が熱硬化性樹脂を含み、前記熱処理の工程で前記熱硬化性樹脂の炭化および焼成が実施されることを特徴とする請求項11に記載のプラズマ対向材の製造方法。
- 前記熱硬化性樹脂中に炭素粉または黒鉛粉が分散されていることを特徴とする、請求項12に記載のプラズマ対向材の製造方法。
- 前記接着剤が無機系接着剤を含み、前記熱処理の工程が800℃以上の温度で実施されることを特徴とする、請求項11に記載のプラズマ対向材の製造方法。
- 前記熱処理の工程後に、非酸化性の雰囲気下、1500℃以上の高温で熱処理する工程をさらに有することを特徴とする、請求項11〜14のいずれかに記載のプラズマ対向材の製造方法。
- 前記熱処理の工程後に、500℃以上、10−2Pa以下の圧力下で真空熱処理する工程をさらに有することを特徴とする、請求項11〜15のいずれかに記載のプラズマ対向材の製造方法。
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