Flexible and tough superelastic Co-Cr alloys for biomedical applications

大平 拓実*; Xu, S.*; 平田 研二*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 植木 洸輔*; 上田 恭介*; 成島 尚之*; 長迫 実*; Harjo, S.; et al.

Advanced Materials, 34(27), p.2202305_1 - 2202305_11, 2022/07

https://doi.org/10.1002/adma.202202305

The demand for biomaterials has been increasing along with the increase in the population of elderly people worldwide. The mechanical properties and high wear resistance of metallic biomaterials makes them well-suited for use as substitutes or as support for damaged hard tissues. However, unless these biomaterials also have a low Young's modulus similar to that of human bones, bone atrophy inevitably occurs. Because a low Young's modulus is typically associated with poor wear resistance, it is difficult to realize a low Young's modulus and high wear resistance simultaneously. Also, the superelastic property of shape memory alloys makes them suitable for biomedical applications, like vascular stents and guide wires. However, due to the low recoverable strain of conventional biocompatible shape memory alloys, the demand for a new alloy system is high. The novel body-center-cubic cobalt-chromium-based alloys in this paper provide a solution to both of these problems. We believe our novel alloys are promising candidates for biomedical applications.

超音波を用いた圧力容器鋼材の照射脆化診断法の技術開発

石井 敏満; 大岡 紀一; 星屋 泰二; 小林 英男*

KURRI-KR-62, p.29 - 41, 2001/03

原子力発電プラントの寿命延長により、炉内に装荷されている圧力容器監視試験片の不足が予想される。このため、試験片を再利用し、長期にわたる監視試験データを得るために、非破壊評価方法の適用が検討されている。ホットラボ課では、超音波を用いた圧力容器鋼材などの照射脆化診断法の技術開発を進めている。これまでに、原子炉圧力容器用A533B-1鋼材,不純物Pの含有量を低く調整したA533B-1鋼材及びサブマージアーク溶接材の3種類の材質からなる衝撃試験片をJMTRで照射した後、遠隔操作による超音波測定を行い、照射材中の音速及び減衰率の変化を求めた。その結果、全ての照射材で音速が低下し、減衰率が上昇する傾向が得られた。また、音速低下は照射材のヤング率の低下に起因することが予想された。さらに、シャルピー吸収エネルギーの41Jレベル遷移温度のシフト量増大に対して音速が低下し、減衰率が上昇する傾向が得られた。

Effect of thermal annealing on property changes of neutron-irradiated non-graphitized carbon materials and nuclear graphite

松尾 秀人

JAERI-M 91-090, 15 Pages, 1991/06

JAERI-M-91-090.pdf:0.47MB

非晶質炭素及び原子炉用黒鉛材料を1128-1483Kで中性子照射した後2573Kまでの各温度で熱処理して寸法、密度、電気比抵抗、ヤング率、熱膨張率の変化を調べた。炭素材料は原子炉用黒鉛材料に比較して照射によってより大きくて、また異方的な寸法収縮挙動を示した。この寸法収縮量は、1773Kから2023Kまでの熱処理温度で減少したが、それ以上の温度では僅かに増加した。これに対して、照射した原子炉用黒鉛材料を熱処理した場合は、寸法、密度、熱膨張率は殆んど変化しなかったが、電気比抵抗やヤング率は熱処理温度が高くなるにしたがって次第に減少した。これらの実験事実から、非晶質炭素材料と原子炉用黒鉛材料の寸法変化挙動には著しい違いがあることがわかった。

耐放射線エラストマーに関する研究,1; エチレン-プロピレンゴムに対する耐放射線付与添加剤の効果

伊藤 政幸

マテリアルライフ, 2(3), p.156 - 161, 1990/07

非酸化環境の照射下で使用される耐放射線性エラストマーを開発することを目的として、生ゴムにエチレン-プロピレンゴムを選び、反応性の架橋防止剤であるスミライザーGMとエネルギー移動型の耐放射線付与剤であるプロピルフロランセンの添加による耐放射線性能の改善を試みた。2MeVの電子線加速器を用いて最大11.36MGyの線量まで照射し、室温で機械的性質を測定した。その結果、これらの添加剤の配合比を変えても照射に伴う破断強度と破断伸びの低下の抑制には顕著には働かないが、20%モジュラス、ヤング率の使用者に伴う上昇を抑制し、両添加剤の量を増やせば更にその効果が高くなることがあきらかになった。

Irradiation creep properties of a near-isotropic graphite

奥 達雄; 藤崎 勝夫; 衛藤 基邦

Journal of Nuclear Materials, 152, p.225 - 234, 1988/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(88)90331-5

高温ガス冷却炉用準等方性黒鉛(SM1-24)の照射クリープ試験を900C付近でJMTRを用いて2回実施した。照射量は試験片の位置によって異なり、5.5010n/m(E29fJ)から12.410n/m(E29fJ)までにわたっていた。照射前後の無負荷試験片及び引張り型クリープ試験片の寸法変化を測定することにより、クリープひずみを応力と照射量の関数として整理した。照射クリープひずみは応力に比例し、照射量の大きいところで照射量にも比例する。照射クリープ係数は照射前ヤング率に逆比例し、KE=0.247となった。ここで、Kは照射クリープ係数、Eは照射前ヤング率である。2回の照射クリープ試験における平均の照射前ヤング率の値から、クリープ係数は3.0310(MPa/m)、3.1810(MPa/m)となった。無負荷試験片とクリープ試験片の水銀気孔径分布を測定することにより、照射クリープの機構について考察を加えた。

高温ガス炉用黒鉛材料の照射クリープ特性

奥 達雄; 藤崎 勝夫; 衛藤 基邦

JAERI-M 86-120, 24 Pages, 1986/08

JAERI-M-86-120.pdf:0.8MB

高温ガス炉用準等方性黒鉛(SM1-24)の照射クリ-プ試験を900C付近で、5.5010~12.410n/m(E29fJ)においてJMTRを用いて2回実施した。照射前後の無負荷試験片および引張り型クリ-プ試験片の寸法変化を測定することによって、照射クリ-プ係数(K)を求めた。無負荷試験片、クリ-プ試験片を用いて、水銀気孔径分布を測定し、照射クリ-プの機構について考察を加えた。照射クリ-プひずみは応力に比例し、照射量の大きいところで照射量にもほぼ比例する。照射クリ-プ係数は照射前ヤング率に逆比例しKE=0.247となる。2回のクリ-プ試験における平均の照射前ヤング率の値からクリ-プ係数は3.0310(MPa/m), 3.1810(MPa/m)となる。ここで得られた実験事実は照射下応力により結晶子内の底面すべりのピン止め因子としての26個の格子間原子のクラスタ-が消滅すると言う照射クリ-プの機構に対する説明と矛盾しない。

高温ガス炉用黒鉛スリーブの熱サイクル試験

松尾 秀人

JAERI-M 85-162, 18 Pages, 1985/10

JAERI-M-85-162.pdf:1.33MB

多目的高濃ガス実験炉用候補材料IG-11の実寸大黒鉛スリーブに対して、急熱・自然冷却を繰り返して負荷した場合の耐熱衝撃性について調べた。内径36mm、外径46mm、長さ550mmの黒鉛スリーブを500Cから2000Cあるいは2200Cまで平均昇温速度80C/sで加熱した後自然冷却し、それぞれ最高500回、あるいは1000回加熱と冷却を繰り返して熱衝撃を負荷した後、寸法、電気抵抗、ヤング率の変化を測定した。熱衝撃負荷の初期には寸法は膨張し、電気抵抗やヤング率は減少したが、その後は熱衝撃負荷回数が増えてもほとんど変化しなかった。これらのことから、実寸大の黒鉛スリーブに急激な熱衝撃を繰り返して負荷した場合に黒鉛スリーブの諸性質は大きな変化を受けず、熱サイクル負荷に対する健全性は保たれることが明らかになった。

Neutron and -ray irradiation effects in composite organic insulators

江草 茂則; M.A.Kirk*; R.C.Birtcher*; 萩原 幸

Journal of Nuclear Materials, 133-134, p.795 - 799, 1985/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(85)90260-0

5種類の有機複合材料(ガラス/エポキシ,カーボン/エポキシ,ガラス/ポリイミド,カーボン/ポリイミド,アルミナ/エポキシ)を5Kと室温で中性子照射したのち、3点曲げ試験を室温で行なった。ヤング率、せん断弾性係数、極限(破壊)強度、および破壊生長エネルギーについて解析した結果、ガラス繊維強化複合材料はカーボン繊維やアルミナ繊維強化複合材料と比較して、中性子による照射損傷が顕著であることがわかった。この結果は、Eガラス中のBOが中性子と反応し、B(n,)Li反応により生成される高エネルギーの反跳粒子がガラス繊維とマトリックスの界面を破壊することを反映している。一方、Co-線照射の場合にはこの反応が存在しないため、機械的強度の低下は相対的に小さい。77Kでの3点曲げ試験の結果についても報告する。

Effect of heat treatment on physical properties of carbon material for use as thermal barrier in the VHTR(very high temperature gas-cooled reactor)

松尾 秀人; 斎藤 保

High Temperatures-High Pressures, 16, p.695 - 705, 1984/00

VHTRの炉床部断熱材料として使用される炭素質材料の諸性質の中で熱伝導度や高温圧縮応力下における寸法安定性は最も重要な性質であり、電気比抵抗,ヤング率,結晶構造パラメーターとともにこれらの諸性質の熱処理による変化について研究した。試料を3273°Kまでの温度で1時間,或は1273°Kで最高約5000時間熱処理し、寸法,かさ密度,熱伝導度,電気比抵抗,ヤング率,結晶構造パラメーターに対する熱処理の影響を調べた。さらに1273Kで最高27.9MPaの圧縮応力下で600時間熱処理し、寸法やかさ密度の変化を測定した。これらの実験によりさらに性能の良い断熱材料へ改良するためのデータを取得した。また、熱伝導度,電気比抵抗,結晶構造パラメーター等の相互関係や、それらの熱処理による変化について調べ、考察した。

An Approximate relationship between elastic modulus and thermal expansion coefficient for nuclear-grade graphites

依田 真一; 藤崎 勝夫

Journal of Nuclear Materials, 113, p.263 - 267, 1983/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(83)90153-8

黒鉛材料の物理的、機械的性質は、黒鉛材料の作成法に著しく影響される。これは、黒鉛材料が、製造方法の相違により結晶粒が配列した優先方位を持つことに起因する。著者らは、現在工業的に行われている種々の製造法により作成された黒鉛材料を試料として用い、その弾性率と熱膨張係数を詳細に調べた。その結果、ヤング率(E)と熱膨張係数()との間には、E=一定、となる相関関係が成立することを見出した。更にこの関係が異方性の大きな材料および、すべての方位に於いて成立することを実験的に確認した。この関係式の利点は、ある方位のヤング率と熱膨張係数が求まれば、比較的測定の容易なヤング求めることにより、測定に時間と精度が要求される熱膨張係数のおよその値が得られるという点にある。さらに著者らはEの値が黒鉛材料の嵩密度に密接に関係していることを明らかにした。以上の相関関係は黒鉛材料を工学的に利用する上で、極めて有効であることを示した。