高温ナトリウムによるセラミックスの曲げ強度変化; 000時間のナトリウム浸漬による影響

林 和範; 加納 茂機; 小峰 龍司; 舘 義昭; 平川 康; 吉田 英一

PNC TN9410 98-021, 68 Pages, 1998/02

PNC-TN9410-98-021.pdf:6.01MB

セラミックス材料は、金属材料に比べ、高強度、高硬度、高温強度が大きいなど、構造材料として魅力的な性質を持っている。セラミックスを高速炉環境に適用することを考えた場合、ナトリウムとの共存性およびナトリウムによる機械的性質変化の評価が必要である。今回、焼結セラミックスである'Al2O3(従来材および高純度材)、SiC、SiAlONおよびAIN、並びに一方向凝固セラミックスであるAl2O3/YAG共晶材について、ナトリウム浸漬後の機械的性質変化を調べることを目的に、823K(550)または923K(650)のナトリウム中に3.6Ms(1000時間)浸漬した試験片の曲げ試験を実施した。823K(550)のナトリウム浸漬試験片において、Al2O3(従来材、高純度材共に)、AIN、Al2O3/YAG共晶材においては、曲げ強度変化は見られなかった。これに対し、SiCおよびSiAlONでは曲げ強度の低下が見られた。923K(650)のナトリウム浸漬試験において、AINおよびAl2O3/YAGでは曲げ強度に変化は見られなかった。これに対し、Al2O3(従来材、高純度材共に)およびSiCにおいて、試験試験片の表面観察から粒界腐食が見られ、曲げ強度の低下が見られた。またSiAlONにおいて、曲げ強度の上昇が見られた。今後は、特に、曲げ強度の変化が見られなかった材料につき、さらに長時間の浸漬試験を行う必要がある。また、曲げ強度が上昇したSiAlONについては、そのメカニズムを解明する必要がある。

イオンビームによる新しい表面改質材料の研究開発

林 和範; 斉藤 淳一; 舘 義昭; 加納 茂機; 平川 康; 吉田 英一; 瀬口 忠男*; 笠井 昇*

PNC TY9500 96-003, 140 Pages, 1996/08

PNC-TY9500-96-003.pdf:22.04MB

高速炉環境で使用される材料には、冷却材である液体ナトリウムに対する耐食性が求められる。そこで、金属材料およびセラミックスの耐ナトリウム腐食性向上のため、イオンビーム技術を用いた表面改質の研究開発を行っている。対象とした材料は、既存のSUS316FRおよびMod.9Cr-1Mo鋼、耐熱合金のNb-1Zr、セラミックスの炭化珪素およびサイアロンである。炭化珪素およびサイアロンについては、モリブデン、鉄およびハフニウムイオン注入、イオンビームミキシングによるモリブデンおよび鉄成膜を行い、また金属材料については、窒素イオン注入を行った。試験片は、823K(550C)および923K(650C)のナトリウム中に、1000時間および4000時間の浸漬試験を行った。以下に得られた結果を示す。(1)セラミックスへのイオン注入550Cまたは650Cのナトリウム浸漬試験の結果、一部の試験片に、腐食減量の減少およびナトリウム侵入の抑制が見られ、イオン注入の効果が明らかになった。炭化珪素については、モリブデンおよびハフニウムイオン注入により、未処理材に比べ、腐食減量の減少が見られた。サイアロンについては、モリブデン、鉄およびハフニウムイオン注入で、未処理材に比べて腐食減量の減少がみられた。これは、特に長時間浸漬試験、または650Cのナトリウム浸漬において顕著であった。(2)セラミックスへのイオンビームミキシング成膜種々の成膜条件により、炭化珪素およびサイアロンに、モリブデンまたは鉄成膜を行い、ナトリウム浸漬試験を行ったところ、ほとんどすべての試験片で、皮膜剥離が生じた。しかしながら、皮膜の残存部の解析から、550Cのナトリウムに対しても、モリブデンおよび鉄皮膜は、侵入のバリアとなることが明らかとなった。今後、皮膜の密着性を改善する必要がある。(3)金属材料への窒素イオン注入窒素イオン注入により、SUS316FR、Mod.9Cr-1Mo鋼およびNb-1Zrの表面硬度は上昇し、この上昇割合は、注入量および注入イオンのエネルギーが高い程大きい。窒素イオン注入量が少ないときは、窒素は格子間に入り込み母格子を歪ませるが、注入量が多くなると、窒化物を形成する。

原子力用材料クロスオーバー研究第I期計画 (平成元年度5年度) 研究成果総合報告書

加納 茂機; 舘 義昭; 井上 賢紀; 西田 俊夫; 吉田 英一; 平川 康

PNC TN9410 94-113, 70 Pages, 1994/04

PNC-TN9410-94-113.pdf:3.67MB

(目的)平成元年度から開始した原子力用基盤材料研究(フロンティア材料研究)では、研究の効率的・効果的な推進のため、「クロスオーバー研究制度」により、産・学・官の相互交流型研究を行ってきた。5年度にて第I期計画が終了したのに伴い、本報で、クロスオーバー研究の推進体制、研究交流活動および国内外調査の実績をまとめるとともに、動燃の研究成果の概要および6年度からの第II期研究計画の概要を述べる。(方法)クロスオーバー研究体制として、原子力基盤技術総合的研究推進委員会(委員長:藤家東工大教授)が組織され、その下部組織である原子力用材料研究交流委員会(主査:岡本東工大教授)に研究実施機関である動燃、原研、金材研、無機材研、物質研が参画し、研究計画、研究成果および研究交流方法等を審議した。動燃と原研は、幹事機関として、研究交流方法の企画・調整の役割を交互に果たした。(結果) 1)動燃は幹事機関として、原研と交互に、材料研究交流委員会を10回開催した。また、研究会8回、勉強会3回、国内シンポジウム2回、国際シンポジウム1回、仏・独・伊・蘭の5研究機関とのワークショップの開催および国内研究機関の訪問調査を行った。これらの研究交流を通じた、外部の専門家との交流、新素材に関する最新情報の収集、試料の入手、共同研究の遂行等は、動燃の研究テーマの効率的推進に大変役立った。2)これらの研究交流により、動燃の研究テーマに関して以下のような成果を得た。1・新型セラミックス: 焼結法による既存の各種セラミックス(Al2O3,ZrO2,SiC,SiC3N4,Sialon等)を対象に550度Cおよび650度Cで最長4,000 時間のNa中腐食特性を評価し、優先的に粒界の腐食が進行し、耐腐食性を向上させるためには粒界の組織・構造制御が不可欠であることを明らかにした。これらの成果を踏まえて新型セラミックス素材を試作・評価し、一部のセラミックスについて、耐食性に優れた新型セラミックス創製の見通しを得た。2・傾斜機能材: PSZ/SUS 系FGMの各種物性値を組織および温度の関数として定式化し、高温度落差場及び高熱流束環境下における非定常・弾塑性解析を行った。高温度落差場においては遮蔽性重視型FGMが、高熱流束環境下においては熱伝達性能重視型FGMが熱応力緩和の点で有利であることを明らかにし、最適材料設計手

Sodium Compatibility of Ceramics

加納 茂機; 吉田 英一; 平川 康; 舘 義昭

Liquid Metal Systems II; International Seminar, , 

1.高速炉の高濃化等が期待されるセラミックスについて550&650,1000k4000hのNa中試験を行い腐食特性を評価した。2.走査電顕,透過電顕,X線分析等によるミクロ組織・成分分析及び2次イオン質量分析によるNaの拡散挙動解析により,焼結材の腐食機構 は粒界腐食支配型であることを明らかにした。3.上記詳細解析を通して,耐食性向上のための方策(粒界層の結晶化, 不純物低化等)を明らかにし,これらの知見に基づく新型セラミックス を試作した。4.新型セラミックスの550&650,1000hのNa中試験により,新型セラミックスの改良の効果を明らかにした。

Compatibility of Ceramics with Liquid Sodium

舘 義昭; 加納 茂機; 平川 康; 吉田 英一

International SAMPE Technical Conference, , 

代表的な高速増殖炉である高温Naに対して、優れた共存性(耐食性)を有するセラミックスを開発するため、代表的なエンジアリングセラミックスであるAl2O3、Si3N4、SialonおよびSicについて、粒界相の制御を中心とした改良を施したセラミックスを試作した。Na腐食を抑制するためには、不純物の排除、粒界相の結晶化や体積低減などの改良が有効であることがこれまでの研究から予想される。試作した改良セラミックスのNa腐食試験の結果から、高純度Al2O3は優れた耐食性を有することが明らかになり、粒界相を結晶化したSi3N4や粒界相体積を低減させたSialonはNaの侵入を抑制していることが明らかになった。SiCは燃結助剤の変更や焼結雰囲気の制御による不純物除去を試みたが、ほとんど効果がなかった。Si-N-Al-O相はNaに対する耐食性に劣ることが、SialonのNa腐食試験の結果等から明らかになった。

研究坑道掘削に伴う地下水流動場及び地下水水質の変化を考慮した地下水流動のモデル化・解析

大山 卓也; 三枝 博光; 水野 崇; 小坂 寛; 平川 芳明*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構が岐阜県瑞浪市において進めている超深地層研究所計画は、研究坑道の掘削を伴う調査研究段階にあり、「研究坑道の掘削を伴う調査研究による地質環境モデルの構築及び研究坑道の掘削による深部地質環境の変化の把握」を目標の一つに掲げている。深部地質環境のうち、地下水流動場は、立坑などの研究坑道掘削の影響を強く受けると考えられ、地下水流動場の変化に伴い、異なるタイプの地下水水質の混合が生じ、地下水水質分布が変化する可能性がある。研究坑道を掘削する前に定量的に地下水水質分布の変化を予測することは、地層処分システムの安全評価を実施することや、研究坑道の施工計画や施工計画の策定することに必要かつ重要である。そのためには、水圧変化と水質変化を現実的に表現できるモデル化・解析が必要となるが、研究坑道掘削に伴う水圧変化に起因する水質変化を定量的に評価する手法は確立されているとは言えないのが現状である。本研究では、上記の調査研究で取得されたデータに基づいて水理地質構造モデルを構築し、塩化物イオンに着目した予察的な移流分散解析の結果について報告する。

大深度地下施設建設における坑内火災のシミュレーション

関谷 美智; 下山 正; 平川 芳明*; 楢島 好正*; 山西 毅

no journal, , 

3本の立坑からなる地下350mに至る大深度地下施設の防災システムに関して、施工段階を9ステップに分け、100C, 800Cの火災温度を想定し、制御なし・制御ありの通気網解析を実施し、地下空間における火災の広がり状況を把握するとともに、ファン・風門等の制御により退避の可能性について検討した結果を発表するものである。