スラリーディッピング法による管状傾斜機能材料の試作評価

Fabrication of the tubed functionally graded material by slurry dipping process

渡辺 龍三*; 川崎 亮*

Watanabe, Ryuzo*; not registered

高速増殖炉の燃料被覆管の長寿命化を図ったMo/SUS/Ti系の円筒状傾斜層の作製には、形状自由度の高いスラリーディッププロセスが有効である。スラリーディッププロセスで重要なことは、粒子の沈降を抑制したスラリーの調製と、スラリーを基板に塗布することで形成される膜厚の制御である。そこで本研究では、スラリー中における粒子の分散機構と溶媒の粘度調整を考慮して、分散剤と結合剤を添加し、その沈降抑制効果を調べて添加濃度の最適化を図り、また膜厚を形成する過程の中でスラリーの見かけ粘度に着目して、これをスラリー中の粉末濃度と成形助剤の添加濃度を因子とする粘度式で定式化することを試み、得られた粘度式を膜厚の形成に関わる基板の引き上げ速度およびスラリーの密度とともに考慮することで、スラリーの粉末濃度とポリビニ-ルアルコ-ル(PVA)の添加濃度および膜厚の関連を明らかにすることを目的とした。スラリーの沈降抑制を分散性の向上と溶媒の粘度調整から試みた結果、Mo/SUS/Ti系の各組成で最適な分散剤とその最適な添加濃度を明らかにした。分散剤と溶媒の粘度上昇をもたらす結合剤を併用しても、両者は独立で作用し、より沈降を抑制したスラリーを調製できた。スラリーの見かけ粘度を粉末濃度と結合剤の添加濃度を因子とする粘度式で定式化し、得られた粘度式を膜厚の形成過程に関わる他の因子とともに考慮することでスラリーの粉末濃度と結合剤の添加濃度および膜厚との関係をマップで表わした。実際にマップにしたがって調製したスラリーで傾斜組成制御層を作製し、膜厚について設計値と測定値を比較したところ測定値が厚くなる結果が得られた。しかし、組成分布形状に関しては設計値をほぼ満足する結果が得られた。

This report is the PNC contract research for year of 1995 titled "Formation of Ti/SUS/Mo graded layer by slurry dipping". Fuel cladding material for FBR is used under a severe envimnment. The life of conventionally used SUS316 is known to be only two years. The development of long-life core material having high temperature strength, radiation resistance and corrosion resistance property is now essential. To create a super-long-life core materials for FBR it seems promising to employ the concept of functionally graded materials, in which these different materials are configurated with grading: as base material is used SUS316 stainless steel, the inner wall is made of Ti for the radiation resistance and corrosion resistance property against the fusion products with graded intermediated layers towards the base metal and the outer shell is the graded Mo layer for the corrosion resistance against liquid sodium. In this year, the formation of the graded inner layer of Ti/SUS316 as well as the graded outer layer of Mo/SUS316 by slurry dipping was investigated. Prior to fabricate the FGM layers, optimization of slurry was discussed. The key point of slurry dipping process is to prevent the particle settling in a slurry during dipping and to control the thickness of dip-formed layers on a substrate. In this study, on the basis of the stabilization mechanism of particles in a slurry, the concentration of dispersant and binder in a slurry has been optimized so as to prevent the particle settling. Then, the viscosity of a slurry has been presented as a function of powder and binder concentration in the slurry, in which Mori-Ototani's viscosity equation is mainly considered. The use of this viscosity equation allows us to show the relation between the slurry composition (Powder and binder concentration) and the thickness of dip-formed layer. According to the relation presented as processing maps, FGMs have been fabricated, in which the thickness of the layers and the ...