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高速炉用被覆粒子型燃料の被覆層材特性に関する検討,3; TiNの厚膜蒸着特性,Ti金属の高温ガス窒化特性

Study on coated layer material characteristics of coated particle fuel FBR, 3; Thick layer coating process of TiN and gas-nitriding treatment of Ti metal

永沼 正行; 水野 朋保

Naganuma, Masayuki; Mizuno, Tomoyasu

ヘリウムガス冷却高速炉は、実用化戦略調査研究における候補概念の1つと考えられ、設計研究を進めている。そのうち、被覆粒子型燃料炉心については、成立性を左右する要素技術として燃料粒子の被覆層材が挙げられ、TiNが候補の一つとして考えられることから基礎的な試験・評価を実施している。今回の検討では、TiNの厚膜蒸着特性,Ti金属のガス窒化特性に関する基礎試験を行った。厚膜蒸着特性について、PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition)の2種類の蒸着法について試験を実施し、いずれの蒸着法とも、実機燃料を想定した100$$mu$$m程度の厚膜蒸着の形成に向けて可能性があることがわかった。また、TiN厚膜蒸着の代替案として、Ti金属を蒸着し、その後窒化することでTiN層を形成する方法を考案し、高温ガス窒化に関する基礎試験を行った。厚さ100$$mu$$m程度の試料では、窒化後試料の機械特性に課題があるものの、窒化温度1,200$$^{circ}$$C$$times$$処理時間48hでおおむね全面に窒化が進行することがわかった。

Helium gas cooled FBR is one of attractive core concepts, so that the design studies have been performed in the Japanese feasibility study. Here, the coated particle fuelling core is considered to be promising. One of key issues of that fuel is the coated layer material, and TiN is regarded as one of possible materials. Therefore, tests of thick coating of TiN and gaseous nitriding of Ti metal were conducted in this study. In the thick coating tests, PVD (Physical Vapor Deposition) and CVD (Chemical Vapor Deposition) are selected as coating methods. As a result, both methods are found to have capability to form 100 micrometer that is the target of the practical design. Then, as an alternative method to form thick layer, authors contrived the method to nitride Ti metal by nitrogen gas and conducted tests. As a result, the specimen with 100 micrometer thickness was found to be nitrided entirely in 1,200$$^{circ}$$C and 48 hours. However, the nitrided specimen has tendency to be brittle.

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