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Effect of air-oxidation on the thermal diffusivity of the nuclear grade 2-dimensional carbon fiber reinforced carbon/carbon composite

原子力用二次元炭素繊維強化炭素複合材料の熱拡散率に及ぼす空気酸化の影響

曽我部 敏明; 石原 正博; 馬場 信一; 橘 幸男; 山地 雅俊*; 伊与久 達夫; 星屋 泰二*

Sogabe, Toshiaki; Ishihara, Masahiro; Baba, Shinichi; Tachibana, Yukio; Yamaji, Masatoshi*; Iyoku, Tatsuo; Hoshiya, Taiji*

2D-C/C複合材料は、次期の高温ガス炉(HTGRs)の炉心材料として有力な候補材の一つである。2D-C/C複合材料の空気酸化が、熱拡散率に及ぼす影響について検討した。熱拡散率は、室温から1673Kまで測定した。本2D-C/C複合材料は、PAN系の炭素繊維の二次元クロスと黒鉛マトリックスからなる。熱拡散率測定用の試験片は、この材料を823Kの大気中で1から11パーセントの間で重量減少させて製作した。酸化消耗は、マトリックス部分とりわけ炭素繊維束に近い部分から優先的に起こった。11パーセントまでの酸化消耗による室温での熱拡散率の減少率は、クロスの積層方向に平行方向では10$$sim$$20パーセント、垂直方向では5$$sim$$9パーセントであった。クロスの積層方向に平行方向では、酸化消耗が進むにしたがって熱拡散率が減少する傾向を示したが、垂直方向では酸化の初期に熱拡散率が低下しその後あまり変化しない傾向を示した。この違いについては、複合材料の構造と酸化挙動から検討した。熱伝導率も得られた熱拡散率の値から求めた。

2D-C/C composite is one of the promising materials as a next-generation core material in gas-cooled reactors. Effect of air-oxidation on the thermal diffusivity up to 1673K of the 2D-C/C composite was investigated. The C/C composite specimens for measurement of thermal diffusivity were oxidized from 1 to 11 percent weight loss in air at 823K. Thermal diffusivity at room temperature declined 10$$sim$$20 percent for parallel to lamina direction and 5$$sim$$9 percent for that of perpendicular within 11 percent weight loss by oxidation. Thermal diffusivity tended to decrease gradually as the increase of oxidation loss in parallel to lamina, however, it decreased in the beginning of oxidation pretty much and not so changed by further oxidation loss in perpendicular to lamina. Change in thermal conductivity under oxidation condition was also estimated.

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