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イオン注入によるセラミックスの腐食挙動解明への新しい試み

New approach to the elucidation of corrosion mechanism of ceramics by the ion implantation

斉藤 淳一 ; 舘 義昭  ; 林 和範; 加納 茂機

Saito, Junichi; Tachi, Yoshiaki; not registered; Kano, Shigeki

優れた高温強度を有するセラミックスは、過酷な環境下で使用される構造材料として有望視されている材料である。これまでに液体ナトリウムなどの高速炉環境下で使用することを目的として、セラミックスの研究開発を行ってきた。特にナトリウム耐食性向上のために、腐食挙動を調べてきた。しかしながら、試験片表面に生成し、腐食挙動に重要な役割を果たすと考えられる腐食生成物が試験後に明確に検出できないため、ナトリウム中のセラミックスの腐食機構は十分に把握されていないのが現状である。本研究では、セラミックスのナトリウム腐食挙動を理解するために従来の腐食試験に代わるイオン注入技術を利用した。まず、セラミックスにナトリウムイオンを注入(100keV,1.9$$times$$10の17乗ions/cm2)した後、アルゴン雰囲気で923Kまたは823K、36ksの熱処理を施し、その後、SEM,TEMおよびX線回折を用いて表面の生成物の解析を行った。その結果、生成物の種類を明確に同定はできなかったが、生成物の存在は確認できた。これは生成物量が少ないことが原因である。今後、ナトリウム注入条件および熱処理条件を系統的に変化させた実験を行うことが必要である。それにより、セラミックスの腐食挙動を理解するために有益な情報が得られるものと思われる。

Ceramics possessing high temperature strength are promising matelials for the structural application in severe environment. The development of ceramics has been carried out in order to use them in FBR environment such as liquid sodium. In particular, corrosion behavior of ceramics has been investigated to improve the corrosion resistance in liquid sodium. However, the corrosion mechanism of ceramics was not comprehended in detail even now. Because corrosion products which were deposited on the surface of test pieces a during corrosion test and played an important role in corrosion behavior were not detected distinctly after the corrosion test. In this study, an ion implantation technique was applied to understand the corrosion mechanism of ceramics in the stead of the conventional corrosion test. Sodium ions were implanted in ceramics (100keV, 1.9$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^{2}$$) and then heat treatment was performed at either 923K or 823K for 36ks in argon atmosphere. After that, products on the surface were analyzed using SEM and TEM observation and X-ray diffraction. Consequently, a kind of the corrosion product was not identified exactly, but the presence of corrosion products was confirmed on the surface. It caused by the amount of corrosion products was only a few. In future, it is necessary to carry systematically out the implantation and heat treatment under various conditions. Therefore, it seems that the beneficial information will be obtained to understand the corrosion mechanism of ceramics.

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