Synergistic effects of implanted helium and hydrogen and the effect of irradiation temperature on the microstructure of SiC/SiC composites

SiC/SiC複合材料の微細組織に及ぼすヘリウム,水素及び照射温度の複合効果の影響

田口 富嗣; 井川 直樹   ; 三輪 周平*; 若井 栄一  ; 實川 資朗; Snead, L. L.*; 長谷川 晃*

Taguchi, Tomitsugu; Igawa, Naoki; Miwa, Shuhei*; Wakai, Eiichi; Jitsukawa, Shiro; Snead, L. L.*; Hasegawa, Akira*

SiC/SiC複合材料は、優れた高温強度特性を有し、照射後誘導放射能が低いことから核融合炉の構造材料として期待されている。核融合炉環境下では、SiC内に核変換生成物としてHeやHが生成する。そこで、本研究では、1000及び1300CにおけるSiC/SiC複合材料の微細組織変化に及ぼすHe及びHの同時照射効果を検討した。その結果、1000C以上の照射によりマトリクス中にHeバブルが生成し、H注入量の増加とともにHeバブルの平均径は減少した。Heバブルの数密度は、H注入量の増加及び照射温度の上昇により増加した。1000C照射においては、Heバブルは結晶粒界にのみ生成した。一方、1300C照射においては、Heバブルは結晶粒界及び結晶粒内両方に生成した。結晶粒界に精製したHeバブルの平均径は、結晶粒内に生成したそれに比べ、とても大きかった。SiC繊維内に生成したHeバブルは、マトリクス内に生成したそれに比べ小さかった。

The microstructure of near-stoichiometric fiber SiC/SiC composites implanted with He and H ions was studied at implantation temperatures of 1000 and 1300 C. The average size of He bubbles in the CVI SiC matrix decreases with increasing concentration of implanted H ions. Moreover, the number density of He bubbles increases with increasing irradiation temperature and amount of implanted H. At the irradiation temperature of 1000 C, He bubbles were mainly formed at grain boundary within the matrix. On the other hand, He bubbles were formed both at grain boundaries and within grains at the irradiation temperature of 1300 C. The average size of He bubbles at grain boundaries was much larger than within the grain. The average size of He bubbles in the fiber was smaller than that in the matrix in all cases.