複合環境下におけるセラミック材料の特性変化と組織変化(II)

Change in property and structure of ceramics under complex conditions (II)

寺井 隆幸*

Terai, Takayuki*

原子力材料は高温、熱過渡、放射線照射、液体金属腐食、イオン・粒子注入、電場、磁場などの各種極限条件下で使用されることが多く、このためこれらの条件下におけるそのふるまいを解明することが望まれているが、そのふるまいはこれらの環境因子の複合作用によりきわめて複雑になる。これら複合条件下における材料の特性変化についてはこれまであまり研究が行われておらず、基礎・応用の両面から興味が持たれている。本研究では、上記複合環境下における各種セラミックスの微細組織・組成・結晶構造の変化、照射欠陥や注入イオンの分布と存在状態の解析、電気伝導率などの物理的特性変化、腐食等による化学的特性変化や機械的特性変化などを検討・評価することにより、これらの複合条件下でのセラミックスの劣化・損傷の機構を解明し、高性能・高機能を有する新型セラミックスの創製研究に資することをその内容としている。本研究は昨年度に引き続き実施するものであり、セラミックコーティング材料について、フロンティア材料研究の一環として実施している高速炉冷却材としてのリチウムおよび核融合炉液体増殖材料の候補であるリチウム及びリチウム鉛(Li17-Pb83)との両立性やこれらの材料と接触した場合の電気伝導率の変化を測定した。その結果、ほとんどすべての場合にこれらの材料の両立性は熱力学的予測結果と一致したが、Y2O3の場合には、不定比性化合物Y2O3-Xや複合化合物LiYO2が生成することにより、その挙動が複雑になるという知見が得られた。

Nuclear materials are often utilized under severe conditions such as high temperature, thermal transient, irradiation, corrosion by liquid metal, particle implantation, electric field and magnetic field, and an investigation on the behavior of the materials is strongly required. However, the property change is so complicated by cooperative effects of these conditions that there have been few studies on it. This project aims to clarify degradation mechanism of ceramics under the complex conditions and to contribute to the development of new advanced ceramics and surface modification. For such purposes, (1)to clarify the change in microstructure, composition and crystal structure of ceramics, (2)to analyze the distribution and condition of radiation defects and implanted ions, (3)to measure physical properties such as electric conductivity and (4)to investigate chemical and mechanical property change due to corrosion are to be carried out. In FY 1996, compatibility of several kinds of ceramic coating materials with liquid metals such as molten lithium and lithium-lead alloy (Li17-Pb83) and electrical resistivity change of these materials in the presence of the liquid metals were investigated. As a result, most of the results were in good agreement with a thermodynamic prediction and most of the compounds maintained their high electrical resistivity even in the presence of liquid lithium and lithium-lead alloy. In addition, it was pointed out that in case of YO, a complex compound (LiYO) and a non-stoichiometric compound (YO) were formed, which was out of the thermodynamic prediction.