Effect of implanted helium on thermal diffusivities of SiC/SiC composites

SiC/SiC複合材料の熱拡散率に及ぼすHeイオン注入の影響

田口 富嗣; 井川 直樹   ; 實川 資朗; 志村 憲一郎

Taguchi, Tomitsugu; Igawa, Naoki; Jitsukawa, Shiro; Shimura, Kenichiro

SiC繊維強化SiCマトリクス(SiC/SiC)複合材料は、優れた高温強度特性を有し、中性子照射後の誘導放射能も低いことから、核融合炉の構造材料の候補材料として期待されている。核融合炉構造材料として、熱交換の効率化及び熱応力の低減化の観点から、候補材料には高熱伝導率を有することが要求されている。核融合炉環境下において、14MeVの中性子照射により、材料中に核変換生成物としてHe及びHが生成する。そこで、本研究では、SiC及びSiC/SiC複合材料の熱拡散率に及ぼすHe原子の影響をHe注入法により検討した。その結果、He注入によりSiC及びSiC/SiC複合材料の熱拡散率は減少するが、核融合炉運転温度である8001000Cの範囲では、熱拡散率の減少はとても小さいことを見いだした。また、アニール効果により、熱拡散率の回復がみられた。He注入により試料内に導入された照射欠陥濃度を、推定した。それによれば、He注入濃度が増加するとともに、照射欠陥濃度も増加する。また、照射欠陥濃度は、500C付近で急激に減少する。これは、SiCからHeが拡散し始める温度と一致している。

SiC/SiC composites are one of the candidate materials for first wall in a fusion reactor because of their high strength at high temperature and low residual radioactivity after irradiation. In the fusion reactor, these materials are required to have high thermal diffusivity for heat exchange and reducing the thermal shock. Under fusion conditions, helium (He) and hydrogen (H) are produced in SiC. In this study, the effect of He ions implantation on the thermal diffusivities of SiC and SiC/SiC composite were investigated. In the results, the thermal diffusivities of SiC and SiC/SiC composites decreased after He ions implantation. However, the thermal diffusivities of SiC and SiC/SiC composites hardly reduced in the operation temperature of fusion reactor. The thermal diffusivities of He implanted specimens were partly recovered by annealing. The defect concentration induced by He implantation, X, in SiC/SiC composites was estimated. The X rapidly decreased around 500 C. The reason is that the He release from SiC starts at 500 C.