JPH08292278A - プラズマ対抗材料 - Google Patents
プラズマ対抗材料Info
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- JPH08292278A JPH08292278A JP7096511A JP9651195A JPH08292278A JP H08292278 A JPH08292278 A JP H08292278A JP 7096511 A JP7096511 A JP 7096511A JP 9651195 A JP9651195 A JP 9651195A JP H08292278 A JPH08292278 A JP H08292278A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】プラズマ対抗材料の表面の近くに溝を設けるこ
とにより凹凸を付ける。溝の形状や寸法を適切に選ぶこ
とにより人為的に制御されたく亀裂を成長させ、それ以
上の亀裂の進展がないようにする。 【効果】熱衝撃により高い応力が繰り返し付加されるプ
ラズマ核融合炉のダイバータや第１壁に使用される材料
の表面に応力干渉効果のある溝加工をすることにより、
致命的に大きな亀裂の発生を防止する。
とにより凹凸を付ける。溝の形状や寸法を適切に選ぶこ
とにより人為的に制御されたく亀裂を成長させ、それ以
上の亀裂の進展がないようにする。 【効果】熱衝撃により高い応力が繰り返し付加されるプ
ラズマ核融合炉のダイバータや第１壁に使用される材料
の表面に応力干渉効果のある溝加工をすることにより、
致命的に大きな亀裂の発生を防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ核融合炉壁な
どに用いられる耐熱衝撃性に優れると共に耐プラズマ
性，耐放射線性，耐スパッタリング性などに優れたプラ
ズマ対抗材料に関する。
どに用いられる耐熱衝撃性に優れると共に耐プラズマ
性，耐放射線性，耐スパッタリング性などに優れたプラ
ズマ対抗材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１にプラズマ核融合炉の斜視図を示
す。図中、１はプラズマ核融合炉の炉壁であり、これに
使用される表面防護材（アーマ材）、特にダイバータや
第１壁に用いられる材料は、高温のプラズマに直接対抗
する材料であるので最も過酷な条件に耐えなければなら
ない。即ち、これらの材料に対するプラズマによる熱負
荷条件は非常に厳しく、定常熱負荷として１００Ｗ／cm
2 以上、局所的には数ｋＷ／cm2 以上になるものと考え
られている。さらにプラズマが不安定に消滅するときに
は瞬時にそのエネルギの一部を放出するため数百ｋＷ／
cm2 以上もの高熱流束を受けることになる。大型プラズ
マ核融合試験装置（日本原子力研究所、那珂研究所のＪ
Ｔ−６０Ｕ）にはプラズマ対抗材料として黒鉛や炭素繊
維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポ）が用いられた（山
科ほか：炭素ＴＡＮＳＯ，１５０（１９９１）３５
４）。これらの材料は、耐熱性，耐熱衝撃性が高く、ま
た炭素は低原子番号の元素であるため不純物としてプラ
ズマ中に混入した際にプラズマの放射熱損失が少ないと
いう理由による。しかし、プラズマにより炭素材には化
学的スパッタリングが生じるという致命的な欠点がある
ため、黒鉛の表面をボロンで被覆した第１壁や表面を炭
化ホウ素を転化したＣ／Ｃコンポ材がダイバータに用い
られている（M.Saidoh et al.：J.Appl.Phys.,３２（１
９９３）３２７６，T.Ando et al.:11th Int.Conf.Plas
ma Surface Interaction）。しかし、これらの手法で作
製した材料は、表面層が除去されると特性が変化すると
いう欠点がある。一方、Ｂ4Ｃ を例にとれば焼結性が悪
く、かつ低強度であり、さらに熱伝導率が小さいと云う
欠点があるため単味では用いられず、Ｃ−Ｂ4Ｃ または
Ｃ／Ｃ−Ｂ4Ｃ などの複合材としての応用が考えられて
いる（特開平3− 56896 号公報）。しかし、これらの複
合体も熱衝撃に対して強いものではなく、熱負荷試験で
しばしば割れが見られる。
す。図中、１はプラズマ核融合炉の炉壁であり、これに
使用される表面防護材（アーマ材）、特にダイバータや
第１壁に用いられる材料は、高温のプラズマに直接対抗
する材料であるので最も過酷な条件に耐えなければなら
ない。即ち、これらの材料に対するプラズマによる熱負
荷条件は非常に厳しく、定常熱負荷として１００Ｗ／cm
2 以上、局所的には数ｋＷ／cm2 以上になるものと考え
られている。さらにプラズマが不安定に消滅するときに
は瞬時にそのエネルギの一部を放出するため数百ｋＷ／
cm2 以上もの高熱流束を受けることになる。大型プラズ
マ核融合試験装置（日本原子力研究所、那珂研究所のＪ
Ｔ−６０Ｕ）にはプラズマ対抗材料として黒鉛や炭素繊
維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポ）が用いられた（山
科ほか：炭素ＴＡＮＳＯ，１５０（１９９１）３５
４）。これらの材料は、耐熱性，耐熱衝撃性が高く、ま
た炭素は低原子番号の元素であるため不純物としてプラ
ズマ中に混入した際にプラズマの放射熱損失が少ないと
いう理由による。しかし、プラズマにより炭素材には化
学的スパッタリングが生じるという致命的な欠点がある
ため、黒鉛の表面をボロンで被覆した第１壁や表面を炭
化ホウ素を転化したＣ／Ｃコンポ材がダイバータに用い
られている（M.Saidoh et al.：J.Appl.Phys.,３２（１
９９３）３２７６，T.Ando et al.:11th Int.Conf.Plas
ma Surface Interaction）。しかし、これらの手法で作
製した材料は、表面層が除去されると特性が変化すると
いう欠点がある。一方、Ｂ4Ｃ を例にとれば焼結性が悪
く、かつ低強度であり、さらに熱伝導率が小さいと云う
欠点があるため単味では用いられず、Ｃ−Ｂ4Ｃ または
Ｃ／Ｃ−Ｂ4Ｃ などの複合材としての応用が考えられて
いる（特開平3− 56896 号公報）。しかし、これらの複
合体も熱衝撃に対して強いものではなく、熱負荷試験で
しばしば割れが見られる。
【０００３】また、国際熱核融合実験炉（ＩＴＥＲ）で
は、熱負荷が１０〜３０ＭＷ／ｍ2程度になると考えら
れている。するとＣ−Ｂ4Ｃ またはＣ／Ｃ−Ｂ4Ｃ など
の複合材では強度的にプラズマ対抗材料として無理があ
り、高熱伝導性セラミックスや金属材料の使用も考えら
れる。金属材料としてはできるだけ軽元素で高融点のも
のが望ましいが両者を満たす材料はない。金属材料の高
熱伝導性、裏面の水冷効果を勘案してもプラズマ対抗面
は１０００℃程度になる（秋葉真人：「核融合炉工学研
究会（ＩＶ）」報告書，ＵＴＮＬ−Ｒ０２８１（１９９
１）４３）と考えられているのでプラズマ対抗面におけ
る金属材料の融点は１０００℃以上が必要である。
は、熱負荷が１０〜３０ＭＷ／ｍ2程度になると考えら
れている。するとＣ−Ｂ4Ｃ またはＣ／Ｃ−Ｂ4Ｃ など
の複合材では強度的にプラズマ対抗材料として無理があ
り、高熱伝導性セラミックスや金属材料の使用も考えら
れる。金属材料としてはできるだけ軽元素で高融点のも
のが望ましいが両者を満たす材料はない。金属材料の高
熱伝導性、裏面の水冷効果を勘案してもプラズマ対抗面
は１０００℃程度になる（秋葉真人：「核融合炉工学研
究会（ＩＶ）」報告書，ＵＴＮＬ−Ｒ０２８１（１９９
１）４３）と考えられているのでプラズマ対抗面におけ
る金属材料の融点は１０００℃以上が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】プラズマ対抗材料で、
プラズマがゆがんだ際に直接プラズマ照射を受けるアー
マ材の表面は急激に高温に加熱され、次いでプラズマが
安定すれば材料表面温度は急激に低下する。これらの温
度サイクルにより材料にはヒートクラックが発生する。
ヒートクラック発生またはその後の進展によってはプラ
ズマ対抗材料は致命的な損傷を受けることになる。Ｃ−
Ｂ4Ｃ またはＣ／Ｃ−Ｂ4Ｃ などの複合材は物理的及び
機械的に異なる複数の材料の複合体であるので、温度サ
イクルにより複雑な熱応力が作用することになる。従っ
て、プラズマ照射により大きな熱応力が作用しても割れ
ない構造を有する材料の開発が必要である。また、強度
の優れた材料であっても高融点材料は本来脆性材料であ
るのでセラミックスと同様の扱いが必要である。
プラズマがゆがんだ際に直接プラズマ照射を受けるアー
マ材の表面は急激に高温に加熱され、次いでプラズマが
安定すれば材料表面温度は急激に低下する。これらの温
度サイクルにより材料にはヒートクラックが発生する。
ヒートクラック発生またはその後の進展によってはプラ
ズマ対抗材料は致命的な損傷を受けることになる。Ｃ−
Ｂ4Ｃ またはＣ／Ｃ−Ｂ4Ｃ などの複合材は物理的及び
機械的に異なる複数の材料の複合体であるので、温度サ
イクルにより複雑な熱応力が作用することになる。従っ
て、プラズマ照射により大きな熱応力が作用しても割れ
ない構造を有する材料の開発が必要である。また、強度
の優れた材料であっても高融点材料は本来脆性材料であ
るのでセラミックスと同様の扱いが必要である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｃ−Ｂ4
Ｃ またはＣ／Ｃ−Ｂ4Ｃ などの複合材、高熱伝導性の
ＳｉＣセラミックス及び高融点のＭｏ金属材料を用い
て、大きな熱衝撃を受けた際にも割れが発生しない構造
について検討した。即ち、熱衝撃抵抗の大きな材料を得
るには熱衝撃係数を大きくするような材料とその構造を
選ばなければならない。熱衝撃係数は材料の熱伝導率と
引張強さの積を線膨張係数と縦弾性係数で除した形で表
せる。セラミックスを例にとれば、緻密質のセラミック
スは、一般に多孔質のセラミックスよりも大きな熱伝導
率，強度，弾性係数を有するが、これらの相乗効果とし
て、熱衝撃係数が小さくなる。緻密質セラミックスでは
強度以上の応力が作用すれば脆性的に破壊する。一方、
多孔質セラミックスでは応力の干渉効果により発生する
応力を小さく押さえることが出来るのでセラミックスの
脆性破壊を防止することが可能である。従って、プラズ
マ照射により材料の表面の近くに発生する過大な熱応力
に対して、表面の近くのみを多孔質にして応力の緩和を
図ることは有効な手段であると思われる。しかし、表面
の近くのみを多孔質とすることは難しく、また、多孔質
の度合いを制御することも難しい。本発明では、表面の
近くに制御された溝を設けることにより凹凸を付け、熱
応力を緩和すると共に、溝の形状や寸法を制御すること
により人為的に制御されたクラックを成長させ、それ以
上のクラックの進展がないようにする。
Ｃ またはＣ／Ｃ−Ｂ4Ｃ などの複合材、高熱伝導性の
ＳｉＣセラミックス及び高融点のＭｏ金属材料を用い
て、大きな熱衝撃を受けた際にも割れが発生しない構造
について検討した。即ち、熱衝撃抵抗の大きな材料を得
るには熱衝撃係数を大きくするような材料とその構造を
選ばなければならない。熱衝撃係数は材料の熱伝導率と
引張強さの積を線膨張係数と縦弾性係数で除した形で表
せる。セラミックスを例にとれば、緻密質のセラミック
スは、一般に多孔質のセラミックスよりも大きな熱伝導
率，強度，弾性係数を有するが、これらの相乗効果とし
て、熱衝撃係数が小さくなる。緻密質セラミックスでは
強度以上の応力が作用すれば脆性的に破壊する。一方、
多孔質セラミックスでは応力の干渉効果により発生する
応力を小さく押さえることが出来るのでセラミックスの
脆性破壊を防止することが可能である。従って、プラズ
マ照射により材料の表面の近くに発生する過大な熱応力
に対して、表面の近くのみを多孔質にして応力の緩和を
図ることは有効な手段であると思われる。しかし、表面
の近くのみを多孔質とすることは難しく、また、多孔質
の度合いを制御することも難しい。本発明では、表面の
近くに制御された溝を設けることにより凹凸を付け、熱
応力を緩和すると共に、溝の形状や寸法を制御すること
により人為的に制御されたクラックを成長させ、それ以
上のクラックの進展がないようにする。
【０００６】
【作用】本発明によるプラズマ対抗材料は、プラズマ照
射による材料の脆性破壊を防止すると共に材料の種類を
限定するものでないので軽元素材料であるＢｅ，Ｂ，Ｖ
Ｂ2 ，Ｂ4Ｃ ，ＳｉＣ，ＴｉＢ2 ，ＴｉＣ，粒状及び繊
維状Ｃなどを自由に選択して耐プラズマ性，耐放射線
性，耐スパッタリング性にも優れたプラズマ対抗材料を
得ることが出来る。また、金属材料は単体でも、更に表
面に耐プラズマ性，耐放射線性，耐スパッタリング性に
優れた材料のコーティングや複合化することも可能であ
る。
射による材料の脆性破壊を防止すると共に材料の種類を
限定するものでないので軽元素材料であるＢｅ，Ｂ，Ｖ
Ｂ2 ，Ｂ4Ｃ ，ＳｉＣ，ＴｉＢ2 ，ＴｉＣ，粒状及び繊
維状Ｃなどを自由に選択して耐プラズマ性，耐放射線
性，耐スパッタリング性にも優れたプラズマ対抗材料を
得ることが出来る。また、金属材料は単体でも、更に表
面に耐プラズマ性，耐放射線性，耐スパッタリング性に
優れた材料のコーティングや複合化することも可能であ
る。
【０００７】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。
る。
【０００８】（実施例１）まず、どの様な形状の溝を形
成することにより表面に発生する亀裂を人為的に制御で
きるかについて検討した。問題を簡単化するために、直
線縁に等間隔Ｌに並んだ深さｄの亀裂を有する半無限板
に引っ張り応力σが作用する場合を考えると、亀裂先端
の応力強烈度を表す応力拡大係数Ｋは、Ｋ＝Ｆσ（π
ｄ）1/2 で表せる。ここで、Ｆは亀裂の形状により決ま
り、ｄ／ＬとＦの関係を有限要素法を用いて計算すると
表１のようになる。
成することにより表面に発生する亀裂を人為的に制御で
きるかについて検討した。問題を簡単化するために、直
線縁に等間隔Ｌに並んだ深さｄの亀裂を有する半無限板
に引っ張り応力σが作用する場合を考えると、亀裂先端
の応力強烈度を表す応力拡大係数Ｋは、Ｋ＝Ｆσ（π
ｄ）1/2 で表せる。ここで、Ｆは亀裂の形状により決ま
り、ｄ／ＬとＦの関係を有限要素法を用いて計算すると
表１のようになる。
【０００９】
【表１】
【００１０】上表より、ｄ／Ｌが大きくなるにつれてＦ
が小さくなることがわかる。しかし、その減少の割合
は、ｄ／Ｌが小さいときに大きく、ｄ／Ｌが大きくなる
と小さくなり、その効果はｄ／Ｌが小さいときに顕著で
ある。ｄ／Ｌの値の異なる試験片を焼き入れ硬化した熱
間工具鋼で作製し、亀裂進展の様子を観察した結果、ｄ
／Ｌが０.５７８ 以上で等間隔で並んだ亀裂の干渉効果
が顕著であることが確認できた。従って、ｄ／Ｌは０.
６ 以上とすることが必要であることがわかった。ま
た、干渉効果は、ＳｉＣ焼結体についても同様に観測さ
れた。
が小さくなることがわかる。しかし、その減少の割合
は、ｄ／Ｌが小さいときに大きく、ｄ／Ｌが大きくなる
と小さくなり、その効果はｄ／Ｌが小さいときに顕著で
ある。ｄ／Ｌの値の異なる試験片を焼き入れ硬化した熱
間工具鋼で作製し、亀裂進展の様子を観察した結果、ｄ
／Ｌが０.５７８ 以上で等間隔で並んだ亀裂の干渉効果
が顕著であることが確認できた。従って、ｄ／Ｌは０.
６ 以上とすることが必要であることがわかった。ま
た、干渉効果は、ＳｉＣ焼結体についても同様に観測さ
れた。
【００１１】（実施例２）カーボンブラック(６５ｗｔ
％)に炭化硼素１０ｗｔ％及び人造黒鉛２５ｗｔ％の割
合で混合し、金型プレスを用いて１５０ＭＰａの圧力で
５０mm×５０mm×１５mmの大きさに成形した。次いで非
酸化性ガス雰囲気下１０００℃で予備焼成し、揮発分を
除去した。更に、真空中２０００℃で焼成し、炭素／炭
化硼素（Ｃ／Ｂ4Ｃ ）複合体を得た。得られた焼結体の
相対密度は８６％で、その熱伝導率は１６０Ｗ／ｍＫで
あった。焼結体を４０mm×４０mm×１０mmのの大きさに
加工し試験片とした。試験片の表面にＹＡＧレーザを用
いて一方向に平行な幅0.05mm，間隔０.５mm の直線を深
さ０.１mmから１.０mmの溝を刻んだ１０個の熱負荷評価
用の試験片を作製した。試験片の表面をアセチレンバー
ナを用いて１０sec で１０００℃に加熱し、直ちに２０
sec 水冷する熱サイクルを５０回繰り返した。その結
果、亀裂深さが０.５mm 以下のものには選択的に大きな
割れがでたが、亀裂深さが０.６mm 以上のものは亀裂の
進展は見られたがいずれも亀裂は停留し、それ以上進展
しないことがわかった。また、初期亀裂を入れない平滑
材は、繰り返し熱衝撃試験によりばらばらに壊れた。更
に、亀裂の間隔及び深さを増し試験をしたが、亀裂深さ
が材料の厚みの１０％をこえると、剛性や耐荷重性を損
なうので亀裂の深さは１０％以下にすることが望ましい
ことがわかった。
％)に炭化硼素１０ｗｔ％及び人造黒鉛２５ｗｔ％の割
合で混合し、金型プレスを用いて１５０ＭＰａの圧力で
５０mm×５０mm×１５mmの大きさに成形した。次いで非
酸化性ガス雰囲気下１０００℃で予備焼成し、揮発分を
除去した。更に、真空中２０００℃で焼成し、炭素／炭
化硼素（Ｃ／Ｂ4Ｃ ）複合体を得た。得られた焼結体の
相対密度は８６％で、その熱伝導率は１６０Ｗ／ｍＫで
あった。焼結体を４０mm×４０mm×１０mmのの大きさに
加工し試験片とした。試験片の表面にＹＡＧレーザを用
いて一方向に平行な幅0.05mm，間隔０.５mm の直線を深
さ０.１mmから１.０mmの溝を刻んだ１０個の熱負荷評価
用の試験片を作製した。試験片の表面をアセチレンバー
ナを用いて１０sec で１０００℃に加熱し、直ちに２０
sec 水冷する熱サイクルを５０回繰り返した。その結
果、亀裂深さが０.５mm 以下のものには選択的に大きな
割れがでたが、亀裂深さが０.６mm 以上のものは亀裂の
進展は見られたがいずれも亀裂は停留し、それ以上進展
しないことがわかった。また、初期亀裂を入れない平滑
材は、繰り返し熱衝撃試験によりばらばらに壊れた。更
に、亀裂の間隔及び深さを増し試験をしたが、亀裂深さ
が材料の厚みの１０％をこえると、剛性や耐荷重性を損
なうので亀裂の深さは１０％以下にすることが望ましい
ことがわかった。
【００１２】（実施例３）軸方向に６００Ｗ／ｍＫの熱
伝導率を有するピッチ系Ｃ繊維２０００本を束にした繊
維束を平均粒径１.５μｍのＢ4Ｃ 粉末（２５vol％）と
フェノール樹脂(１０vol％）及びメタノールを混合した
スラリの中に浸漬し、Ｃ繊維の体積含有率が５０％にな
るようにスラリを含浸させて、所定の長さに切断したの
ち室温で乾燥した。これを一方向に積層し、４０mm×４
０mm×３０mmの大きさに成形した。次いで黒鉛製のダイ
ス中で加圧力３０ＭＰａ，温度１７００℃，保持時間１
ｈの条件で真空ホットプレス焼結した。得られた焼結体
の相対密度は８３％で、その熱伝導率は繊維方向に１８
０Ｗ／ｍＫであった。焼結体の表面にＹＡＧレーザを用
いて直角二方向に平行な幅０.０５mm，間隔０.５mmの直
線を深さ０.２ から１.０mmまで０.２mmピッチで換えた
溝を刻んだ５個の試験片を作製した。試験片の表面をア
セチレンバーナを用いて１０sec で１０００℃に加熱
し、直ちに２０sec水冷する熱サイクルを５０回繰り返
した。その結果、亀裂深さが０.６mm以下のものには選
択的に大きな割れがでたが、亀裂深さが０.６mm 以上の
ものは亀裂の進展は見られたがいずれも亀裂は停留し、
それ以上進展しないことがわかった。また、初期亀裂を
入れない平滑材は、繰り返し熱衝撃試験により繊維と平
行方向に数本の大きな亀裂が発生しそのうちの１本は試
験片の底まで達し、その結果として試験片は二つに割れ
た。
伝導率を有するピッチ系Ｃ繊維２０００本を束にした繊
維束を平均粒径１.５μｍのＢ4Ｃ 粉末（２５vol％）と
フェノール樹脂(１０vol％）及びメタノールを混合した
スラリの中に浸漬し、Ｃ繊維の体積含有率が５０％にな
るようにスラリを含浸させて、所定の長さに切断したの
ち室温で乾燥した。これを一方向に積層し、４０mm×４
０mm×３０mmの大きさに成形した。次いで黒鉛製のダイ
ス中で加圧力３０ＭＰａ，温度１７００℃，保持時間１
ｈの条件で真空ホットプレス焼結した。得られた焼結体
の相対密度は８３％で、その熱伝導率は繊維方向に１８
０Ｗ／ｍＫであった。焼結体の表面にＹＡＧレーザを用
いて直角二方向に平行な幅０.０５mm，間隔０.５mmの直
線を深さ０.２ から１.０mmまで０.２mmピッチで換えた
溝を刻んだ５個の試験片を作製した。試験片の表面をア
セチレンバーナを用いて１０sec で１０００℃に加熱
し、直ちに２０sec水冷する熱サイクルを５０回繰り返
した。その結果、亀裂深さが０.６mm以下のものには選
択的に大きな割れがでたが、亀裂深さが０.６mm 以上の
ものは亀裂の進展は見られたがいずれも亀裂は停留し、
それ以上進展しないことがわかった。また、初期亀裂を
入れない平滑材は、繰り返し熱衝撃試験により繊維と平
行方向に数本の大きな亀裂が発生しそのうちの１本は試
験片の底まで達し、その結果として試験片は二つに割れ
た。
【００１３】（実施例４）平均粒径２μｍのＳｉＣ粉末
に焼結助剤として０.２％ のＢｅＯを添加し、さらにバ
インダとしてシリコーン樹脂をキシレンで希釈し、これ
らを混ぜ合わせスラリ状とした。スラリをスプレドライ
ヤを用いて平均粒径約１２０μｍの造粒粉とした。次い
で加圧力５０ＭＰａで直径１７０mm，厚さ約２５mmに成
形した。成形体を温度２１５０℃，加圧力３０Ｍｐａで
真空ホットプレス焼結した。得られた焼結体の相対密度
は９８.５％ 、熱伝導率は２１５Ｗ／ｍＫであった。こ
の焼結体を４０mm×４０mm×１０mmに加工し試験材とし
た。焼結体の表面にＹＡＧレーザを用いて溝の幅が０.
０５mm、一辺の長さが１.０mm、深さが０.８５mm のハ
ニカム状の溝を刻んだ試験片を作製した。試験片の表面
をアセチレンバーナを用いて１０sec で１０００℃に加
熱し、直ちに２０sec 水冷する熱サイクルを５０回繰り
返した。その結果、亀裂の進展は見られたが亀裂は停留
し、それ以上進展しないことがわかった。また、初期亀
裂を入れない平滑材は、繰り返し熱衝撃試験によりばら
ばらに壊れた。
に焼結助剤として０.２％ のＢｅＯを添加し、さらにバ
インダとしてシリコーン樹脂をキシレンで希釈し、これ
らを混ぜ合わせスラリ状とした。スラリをスプレドライ
ヤを用いて平均粒径約１２０μｍの造粒粉とした。次い
で加圧力５０ＭＰａで直径１７０mm，厚さ約２５mmに成
形した。成形体を温度２１５０℃，加圧力３０Ｍｐａで
真空ホットプレス焼結した。得られた焼結体の相対密度
は９８.５％ 、熱伝導率は２１５Ｗ／ｍＫであった。こ
の焼結体を４０mm×４０mm×１０mmに加工し試験材とし
た。焼結体の表面にＹＡＧレーザを用いて溝の幅が０.
０５mm、一辺の長さが１.０mm、深さが０.８５mm のハ
ニカム状の溝を刻んだ試験片を作製した。試験片の表面
をアセチレンバーナを用いて１０sec で１０００℃に加
熱し、直ちに２０sec 水冷する熱サイクルを５０回繰り
返した。その結果、亀裂の進展は見られたが亀裂は停留
し、それ以上進展しないことがわかった。また、初期亀
裂を入れない平滑材は、繰り返し熱衝撃試験によりばら
ばらに壊れた。
【００１４】（実施例５）４０mm×４０mm×１０mmに加
工したＷ／２０Ｃｕ合金の表面にＹＡＧレーザを用い
て、溝の幅が０.０５mm、半径が０.５mm、深さが０.６m
mで１.０mm離れた間歇的な円形の溝を刻んだ試験片を作
製した。試験片の表面をアセチレンバーナを用いて１０
sec で１０００℃に加熱し、直ちに２０sec 水冷する熱
サイクルを５０回繰り返した。その結果、亀裂の進展は
見られないことがわかった。また、初期亀裂を入れない
平滑材は、繰り返し熱衝撃試験によりばらばらに壊れ
た。
工したＷ／２０Ｃｕ合金の表面にＹＡＧレーザを用い
て、溝の幅が０.０５mm、半径が０.５mm、深さが０.６m
mで１.０mm離れた間歇的な円形の溝を刻んだ試験片を作
製した。試験片の表面をアセチレンバーナを用いて１０
sec で１０００℃に加熱し、直ちに２０sec 水冷する熱
サイクルを５０回繰り返した。その結果、亀裂の進展は
見られないことがわかった。また、初期亀裂を入れない
平滑材は、繰り返し熱衝撃試験によりばらばらに壊れ
た。
【００１５】
【発明の効果】熱衝撃により高い応力が繰り返し付加さ
れるプラズマ核融合炉のダイバータや第１壁に使用され
る材料の表面に応力干渉効果のある溝加工をすることに
より致命的な亀裂の発生を防止し信頼性の高いプラズマ
対抗材料が得られる。
れるプラズマ核融合炉のダイバータや第１壁に使用され
る材料の表面に応力干渉効果のある溝加工をすることに
より致命的な亀裂の発生を防止し信頼性の高いプラズマ
対抗材料が得られる。
【図１】プラズマ核融合炉の斜視図。
１…プラズマ核融合炉の炉壁、２…真空容器、３…ポロ
イダル磁場コイル、４…トロイダル磁場コイル、５…中
心ソレノイドコイル。
イダル磁場コイル、４…トロイダル磁場コイル、５…中
心ソレノイドコイル。
Claims (5)
- 【請求項１】プラズマ照射を受ける材料の表面に溝加工
を施し、凹凸を付けたことを特徴とするプラズマ対抗材
料。 - 【請求項２】請求項１において、前記溝の深さは材料の
厚みの１／１０以下、溝の深さと溝の間隔の比を０.６
以上としたプラズマ対抗材料。 - 【請求項３】請求項１または２の材料は、粒状または繊
維状Ｃ，Ｂｅ，Ｂ，ＶＢ2 ，Ｂ4Ｃ，ＳｉＣ，Ｔｉ
Ｂ2 ，ＴｉＣまたは、これらの複合体からなるプラズマ
対抗材料。 - 【請求項４】請求項１または２の材料は、融点が１００
０℃以上の単体または合金である金属材料からなるプラ
ズマ対抗材料。 - 【請求項５】請求項１，２，３または４の材料を用いた
プラズマ核融合炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7096511A JPH08292278A (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | プラズマ対抗材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7096511A JPH08292278A (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | プラズマ対抗材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08292278A true JPH08292278A (ja) | 1996-11-05 |
Family
ID=14167161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7096511A Pending JPH08292278A (ja) | 1995-04-21 | 1995-04-21 | プラズマ対抗材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08292278A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007165304A (ja) * | 1997-06-26 | 2007-06-28 | Mks Instruments Inc | トロイダル・プラズマ・チャンバ |
-
1995
- 1995-04-21 JP JP7096511A patent/JPH08292278A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007165304A (ja) * | 1997-06-26 | 2007-06-28 | Mks Instruments Inc | トロイダル・プラズマ・チャンバ |
| JP2008218431A (ja) * | 1997-06-26 | 2008-09-18 | Mks Instruments Inc | トロイダル・プラズマ・チャンバ |
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