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高温ナトリウムによるセラミックスの腐食特性 - 焼結助剤成分の耐Na腐食特性 -

Corrosion behaviors of ceramics against liquid sodium; Sodium corrosion characteristics of sintering additives

舘 義昭; 平川 康; 加納 茂機; 吉田 英一

Tachi, Yoshiaki; Hirakawa, Yasushi; Kano, Shigeki; Yoshida, Eiichi

高温ナトリウム(以下、Naと記す)を冷却材に使用している高速炉プラントの高性能化(高温化、高耐食性化)を図ることを目的に、その機器・構造物の一部にこれまでの金属材料に代わる新型セラミックスの適用をフロンティア研究の一つとして進めている。セラミックスのNaによる腐食形態は、主に粒界腐食であることが古くから知られており、特に非酸化物系セラミックスでは焼結助剤成分によって耐食性に大きな影響を受けることがこれまでの研究から明らかになっている。今回、セラミックスの粒界部を構成するMgO,Y2O3,AlN等の代表的な焼結助剤成分のNa中腐食試験を実施し、その腐食挙動を重量変化、組織観察、元素分布変化等の分析により評価した。その結果、以下に示すことが明らかになり、耐Na腐食性セラミックス創製について有益な知見が得られた。(1)MgOの耐Na腐食性は不純物Siの影響が大きく、Si含有量の多いものは著しい腐食を受け、少ないものは良好な耐腐食を示した。(2)Y2O3およびAlNはいずれもSiの含有量が少なく、Naに対して良好な耐食性を示した。(3)MgO,Y2O3およびAlNは、SiO2の存在下では、Naとの化学的相互作用により腐食を受けるこが考えられる。そのため、MgO,Y2O3およびAlNを含むセラミックスの耐食性向上のためには、これらの純度管理とともに母材成分の純度管理を原料粉末の時点から行う必要があり、SiO2の混入を極力防ぐことが重要である。

It has been progressed as the Frontier Materials Research to research and develop ceramics to apply for several components of fast breeder reactor using liquid sodium as coolant instead of metallic materials. Grain boundary of ceramics has peculiar properties compared with matrix because most of ceramics are produced by hardening and firing their raw powders. Some previous researchers indicated that ceramics were mainly corroded at grain boundaries by liquid sodium, and ceramics could not be used under corrosive environment. Thus, it is the most important for the usage of ceramics in liquid sodium to improve corrosion resistance of grain boundaries. In order to develop the advanced ceramics having good sodium corrosion resistance among fine ceramics, which have recently been progressed in quality and characteristics remarkably, sodium corrosion behaviors of typical sintering additives such as MgO, Y$$_{2}$$O$$_{3}$$ and AIN etc. have been examined and evaluated. As a result, the followings have been clarified and some useful knowledge about developing advanced ceramics having good corrosion resistance against liquid sodium has been obtained. (1)Sodium corrosion behavior of MgO depended on Si content. Samples containing large amount of Si were corroded severely by liquid sodium, whereas others with low Si contents showed good corrosion resistance. (2)Both Y$$_{2}$$O$$_{3}$$ and AIN, which contained little Si, showed good sodium corrosion resistance. (3)MgO, Y$$_{2}$$O$$_{3}$$ and AIN ale thought to be corroded by liquid sodium, if they contain some SiO$$_{2}$$. Therefore, in order to improve sodium corrosion resistance, it is very important for these ceramics to prevent the contamination of matrix with SiO$$_{2}$$ through purity contlol of their raw powders.

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