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小沢 和巳; 谷川 博康; 森貞 好昭*; 藤井 英俊*
Fusion Engineering and Design, 98-99, p.2054 - 2057, 2015/10
被引用回数：1 パーセンタイル：9.26(Nuclear Science & Technology)低放射化フェライト鋼(F82H)は先進核融合炉の構造材料候補である。第一壁ならびにダイバータではプラズマスパッタ抑制のため、タングステン被膜が必須とされている。F82H鋼に、真空プラズマ溶射法でタングステン(W)を皮膜し、その後摩擦攪拌処理(FSP)にて強化した試料に対しイオン照射実験を実施し、WとF82Hの各要素のイオン照射後の硬さと微細組織に及ぼす細粒化の影響を調べた。これまでの結果からは、800
C、5.4dpaでイオン照射したFSP-W皮膜の顕著な照射硬化は認められていない。
谷川 博康; 小沢 和巳; 森貞 好昭*; Noh, S.*; 藤井 英俊*
Fusion Engineering and Design, 98-99, p.2080 - 2084, 2015/10
被引用回数：12 パーセンタイル：65.51(Nuclear Science & Technology)核融合炉内機器のプラズマ対向壁材料として有力視されているタングステン(W)皮膜形成法として真空プラズマ溶射(VPS)法が現実的手法として期待されている。しかし、VPS-Wでは空孔率が高いことから、バルクWに比べて熱伝導率が著しく引く、強度も低くなる、といった課題を示している。そこで本研究では、VPS-W皮膜の摩擦撹拌処理(FSP)による強化を試みた。その結果、FSP処理により空孔率が低く、バルクW並の強度と熱伝導率を有する細粒Wに強化することに成功した。
野澤 貴史; 小沢 和巳; 朝倉 勇貴*; 香山 晃*; 谷川 博康
Journal of Nuclear Materials, 455(1-3), p.549 - 553, 2014/12
被引用回数：16 パーセンタイル：73.06(Materials Science, Multidisciplinary)SiC/SiC複合材料は核融合DEMO炉の有力な候補材である。本論文は、アコースティックエミッション(AE)測定,電気抵抗(ER)測定,デジタル画像相関(DIC)法等の様々な手法により複合材料の損傷許容性,強度異方性を明らかにすることを目的とした。AEの結果より、2D複合材において、引張及び圧縮試験ともに比例限度応力(PLS)以前より損傷の蓄積が開始することが明らかとなった。波形データの予備検討結果から、AE検出強度は微視的なき裂発生に起因し、強い界面摩擦力からき裂発生後も応力-ひずみ曲線において線形的な振る舞いをしていたことが示唆された。繊維のすべりがPLS近傍で開始し、結果として非線形挙動を示すと考えられる。一方で、ノッチ試験片を用いた予備的な引張試験より、いずれの負荷方位においても複合材料は原則としてノッチ鈍感であることが示唆された。詳細な破損メカニズムについて、ER, DIC試験の結果と併せて、議論する予定である。
野澤 貴史; Kim, S.*; 小沢 和巳; 谷川 博康
Fusion Engineering and Design, 89(7-8), p.1723 - 1727, 2014/10
被引用回数：10 パーセンタイル：59.32(Nuclear Science & Technology)SiC/SiC複合材料は先進核融合DEMOブランケットの有力な候補材である。DEMO設計のため、SiC/SiC複合材料の高温強度安定性を特定する必要があり、さらに、独特な織物構造のため、強度異方性を明らかにする必要がある。そのため、本研究は、高温でのさまざまなモードの試験により機械的特性を評価し、設計のための応力包括線の特定を行った。本研究では、SiC/PyCの多層被覆界面を有する平織Tyranno-SA3繊維強化CVIマトリックス複合材料を評価した。引張,圧縮試験は高温用の微小試験片技術により行い、面内剪断試験は混合破壊モードが複合材に適用できるという仮定のもと、非主軸の引張試験により推定した。なお、すべての試験は真空下で行った。予備的評価の結果、比例限度応力と最大強度ともに1000度以下では有意な劣化が生じ得ないことを明らかにした。また、高温の圧縮,面内剪断データも同様に、総じて強度劣化は認められなかった。これらの結果より、設計のための高温での応力包括線を最終的に得た。
野澤 貴史; 小沢 和巳; 谷川 博康
Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2543 - 2546, 2013/10
被引用回数：15 パーセンタイル：72.93(Nuclear Science & Technology)SiC/SiC複合材料は核融合DEMOブランケットの有力な候補材である。潜在的な擬延性破壊のため、このクラスの複合材料の破損シナリオを特定することは実用化に向けた設計コードの開発において重要であることは疑う余地はない。本研究は、擬延性SiC/SiC複合材料の破損挙動を明らかにし、強度マップを得ることである。そのため、引張,圧縮及び面内剪断モードによる破損過程の詳細をアコースティックエミッション(AE)法により明らかにし、特に、AE試験の結果にウェーブレット解析を適用することにより、損傷蓄積過程を分類した。特筆すべきは、引張及び圧縮試験ともに、マトリックスクラックが比例限度応力以下で生じている点であり、これはSiC繊維の表面粗さに起因して強い繊維/マトリックス界面摩擦力が得られたことによるものと結論づけられた。本論文では、より現実的かつ合理的な破損クライテリアとして、実際のマトリックスクラック応力を参照し、破損包括線を改定したものを示す。
野澤 貴史; 小沢 和巳; 谷川 博康
Ceramic Materials for Energy Applications II, p.95 - 110, 2012/11
本研究はさまざまな試験モードによるSiC/SiC複合材料の破損挙動の解明を目的とし、複合材料の破損を検出するためにアコースティックエミッション法を適用したものである。平織の化学気相浸透法で作製されたSiC/SiC複合材料を対象に、引張及び圧縮モードにおいて荷重負荷方位を変えた試験より、複合材料の異方性を議論したところ、軸強度及び面内強度それぞれにおいて損傷蓄積過程にアコースティックエミッションの挙動に違いが認められた。特に、引張と圧縮試験において損傷密度に違いが認められた。また、ウェーブレット解析により特性周波数の時間応答を評価することで破損モードとの関連付けを行った。
野澤 貴史; 小沢 和巳; Choi, Y.-B.*; 香山 晃*; 谷川 博康
Fusion Engineering and Design, 87(5-6), p.803 - 807, 2012/08
被引用回数：32 パーセンタイル：89.38(Nuclear Science & Technology)SiC/SiC複合材料は核融合DEMO炉の候補材料である。さまざまな織物構造からなる複合材料に固有の異方性を検討することは、さまざまな破損モードによる主軸及び非主軸機械的特性を正確に予測するうえで必要不可欠である。本研究はさまざまな破損モード試験における複合材料のき裂進展挙動を明らかにし、強度異方性マップを獲得し、その予測手法を検討した。得られた強度異方性マップより、複合材料は混合破壊モードであることが明らかになり、また、面内剪断に加え、軸異方性のため主軸/非主軸の引張及び圧縮による、独立した計5つのパラメータに依存していることが明らかとなった。また本研究では、Tsai-Wuモデルにより、強度異方性がよく記述できることを示した。
松井 義典; 高橋 広幸; 山本 雅也; 仲田 祐仁; 吉武 庸光; 阿部 和幸; 吉川 勝則; 岩松 重美; 石川 和義; 菊地 泰二; et al.
JAEA-Technology 2009-072, 144 Pages, 2010/03
JAEA-Technology-2009-072.pdf:45.01MB
日本原子力研究開発機構は、平成17年10月に日本原子力研究所と核燃料サイクル開発機構との統合によって誕生した。この統合を最大限に利用したプロジェクトが、旧電源開発促進対策特別会計法及び特別会計に関する法律(エネルギー対策特別会計)に基づく文部科学省からの受託事業「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」である。この「長寿命プラント照射損傷管理技術に関する研究開発」において、材料の照射損傷評価指標の確立に重要な、世界で類のない、高速実験炉「常陽」と研究用原子炉であるJRR-3を利用した組合せ照射材を平成18年から平成19年の約2年間の短期間で取得した。本報告は、これら常陽,JRR-3の実験炉施設及びWASTEF, JMTRホットラボ,MMF, FMFのホット施設を利用した組合せ照射における作業計画から作業結果及び照射試験における照射温度と照射量の評価をまとめたものである。
小沢 和巳; 野澤 貴史; 谷川 博康
no journal, ,
SiC/SiC複合材料は核融合ブランケット機能材料として研究開発が進められている。より損傷が許容される複合材料の創製のためには、照射前後での繊維/界面特性が系統的に理解される必要がある。この目的のためにはモデルコンポジット(ミニコンポジット)を用いたアプローチが適している。本研究では、高結晶性かつ近化学量論組成のSiC繊維を用いた非照射SiC/SiC複合材料の引張・界面強度特性に及ぼす繊維の違いと界面厚さに及ぼす影響を調べた。除負荷-再負荷サイクル引張試験とその後のヒステリシスループ解析や単繊維押し抜き試験の結果、(1)繊維表面粗さが界面摩擦応力、並びに応力ひずみ曲線やヒステリシスループ幅に代表される引張特性に顕著な影響を与えること、(2)界面層厚さも界面・引張強度特性に強い影響を及ぼすことが判明した。
小沢 和巳; 小柳 孝彰*; 田口 富嗣; 野澤 貴史; 谷川 博康; 近藤 創介*; 檜木 達也*
no journal, ,
SiC/SiC複合材料は核融合DEMO炉の機能・構造材料候補である。核変換ヘリウム及び水素が微細組織(特にキャビティスウェリング)に及ぼす影響を調べるため、ナノインフィルトレーション遷移共晶(NITE)法で作製されたモノリシックSiC(助剤として6wt%のY
O
-AlOを含む)を1000C, 10dpa, 130appmHe/dpa, 40・400appmH/dpaの条件下でイオン照射した後、TEM微細組織観察に供した。その結果、この照射条件下では、SiC結晶粒内に生じる直径2nm程度のキャビティ形成に及ぼす顕著な水素効果は確認できず、形成は高密度であるもののサイズが小さいため、スウェリングに顕著な影響が生じないことが明らかとなった。加えて、SiC-YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)粒界上には同条件でイオン照射したCVI-SiC試料と比べて3-5倍程度の大きさのキャビティの形成が確認されたが、数密度が極端に低いため、これらもスウェリングに寄与することはないことが示唆される。今後は、純SiC中には存在しない不純物であるYAG粒内とその周辺の微細組織発達過程を明らかにしていく。
小沢 和巳; 野澤 貴史; 谷川 博康; 加藤 雄大*; Snead, L. L.*
no journal, ,
SiC/SiC複合材料は核融合ブランケット機能材料として研究開発が進められている。より損傷が許容される複合材料の創製のためには、照射前後での繊維/界面特性が系統的に理解される必要がある。この目的のためにはモデルコンポジット(ミニコンポジット)を用いたアプローチが適している。除負荷-再負荷サイクル引張試験とその後のヒステリシスループ解析や単繊維押し抜き試験を用いて、高結晶性かつ近化学量論組成のSiC繊維を用いた非照射SiC/SiC複合材料の引張・界面強度特性に及ぼす繊維の違いと界面厚さに及ぼす影響を調べた。その結果、(1)繊維表面粗さが界面摩擦応力、並びに応力ひずみ曲線やヒステリシスループ幅に代表される引張特性に顕著な影響を与えること、(2)界面層厚さも界面・引張強度特性に強い影響を及ぼすことが判明した。
小沢 和巳; 野澤 貴史; 宇藤 裕康; 染谷 洋二; 谷川 博康; 飛田 健次
no journal, ,
炭化ケイ素(SiC)長繊維強化SiC基複合材料はDEMOブランケットの候補材料であり、現在では、液体リチウム鉛冷却システムでのFlow channel insertとして用いる機能材料的な用途ならびに構造材料的用途の2つが想定されている。しかしながら、SiC 材料を設計として用いた例は少ない上、機能材料あるいは構造材料用途において使用条件が全く異なること、したがってスウェリングに影響を及ぼす核変換ヘリウム効果についても異なること等が課題として挙げられる。本研究では、SiC材料を使用した日本のブランケット炉設計における例を紹介しつつ、機能・構造材料双方で想定される照射条件でのSiCスウェリングとそれに及ぼすヘリウム効果に関し、これまでに得られている知見を整理した。
小沢 和巳; 野澤 貴史; 谷川 博康
no journal, ,
SiC/SiC複合材料は核融合炉用先進ブランケットにおいて有力な候補材料である。平織構造のTyranno-SA3 SiC繊維で強化しSiCマトリックスを有する複合材料に対し、ラプチャー強度を評価した。1000C、真空あるいは不活性ガス雰囲気下では、特に顕著なノッチ効果も認められず、比例限度応力(PLS)に対し140%の負荷で2000時間以上破断しない優れた結果が得られた。加えて、クリープ評価に移行するための高温環境下でのひずみ測定技術についても検討する。
谷川 博康; 小沢 和巳; 森貞 好昭*; 藤井 英俊*; Noh, S.*
no journal, ,
核融合炉内機器のプラズマ対抗壁材料として、高融点でスパッタ率の低いタングステン(W)が有力視されている。真空プラズマ溶射(VPS)法は、広範囲にかつ容易にW皮膜を形成できる手法として期待されているが、VPS-Wでは空孔率が高いことから、バルクWに比べて熱伝導率が著しく引く、強度も低くなる、といった課題を示している。本研究では、VPS-W皮膜を摩擦撹拌処理(FSP)による強化について検討を行った。その結果、空孔率が低く、バルクW並の強度と熱伝導率を有する細粒Wに強化することに成功した。
野澤 貴史; 谷川 尚; 廣瀬 貴規; 小沢 和巳; 谷川 博康; 榎枝 幹男
no journal, ,
熱間等方圧加圧(HIP)接合法は、冷却流路を内蔵した核融合ブランケット第一壁の主要な製作技術であり、その特性評価のため、破壊/非破壊検査手法の開発が強く望まれる。従来幅広く利用されるシャルピー衝撃試験法はHIP界面を含む薄肉冷却流路部の評価には適さないため、近年、著者らは新たに微小試験片を用いたねじり試験法を考案した。本研究は、微小試験片を用いたねじり試験法をブランケット模擬構造体のHIP接合界面に初めて適用し、その強度特性を評価したものである。その結果、破壊エネルギーに若干の差異は認められるが、HIP接合界面の降伏強度及び最大強度が母材並みであることを明らかにし、ブランケット模擬構造体HIP接合界面の概ね良い健全性を初めて実証した。
小沢 和巳; 田口 富嗣; 黒滝 宏紀; 野澤 貴史; 谷川 博康
no journal, ,
炭化ケイ素(SiC)繊維強化SiCマトリックス基複合材料は核融合炉材料候補である。高結晶性・高純度
-SiCマトリックスに比べ不純物を含む高結晶性・近化学量論組成先進SiC繊維(Hi-Nicalon Type-S, Tyranno-SA3)の形状安定性・微細組織を評価するために、比較的低温で高線量イオン照射試験をTIARA, DuET施設にて実施した。照射後の試料はAFMによる段差測定での形状安定性評価とFE-TEMによる微細組織評価に供された。600C, 100dpa照射後のHi-Nicalon Type-S繊維ではマトリックスとは異なり収縮現象が認められた。この収縮の度合いは300C, 100dpaの条件で照射したものに比べて小さいものであった。また、Tyranno-SA3繊維の収縮は同条件で照射されたHi-Nicalon Type-S繊維に比べ小さいことが判明した。
野澤 貴史; Park, J.-S.*; 中里 直史*; 小沢 和巳; 谷川 博康
no journal, ,
SiCは元来備え持つ優れたエンジニアセラミックスとしての資質に加え、優れた低放射化・耐照射特性等から原子力材料として期待される。一般的には、SiC単体の脆弱性のため、繊維強化した複合材料としての利用検討が進む。数あるパラメータ試験の中でも、特に使用温度として想定される1000C程度までの強度安定性の実証は最も根幹を成すものである。その際、繊維を織り込んだ構造である複合材料は、固有の異方性が不可避であり、その理解が重要である。同時に、限られたデータから多様な負荷形態における強度予測を可能とするモデル構築が、コンポーネント設計を進める上で必要不可欠である。本研究は、高温での引張、圧縮、剪断モード試験を行い、その破壊挙動の特徴を整理し、予測モデル検討を踏まえて、高温強度異方性マップを得ることを主目的とした。
野澤 貴史; 小沢 和巳; 谷川 博康
no journal, ,
炭化ケイ素基複合材料は将来の航空宇宙旅客機だけでなく、核分裂炉や核融合炉材料として期待される。複合材料の破壊は内在する表面または内部の欠陥を潜在的な破壊源としているため、実用化に向けて材料の品質保証の観点から、ノッチ感受性や損傷許容性について幅広く研究されている。本目的のため、例えばデジタル画像相間法やアコースティックエミッションなどの技術が表面または体積損傷蓄積のモニタリングに活用される。これらの技術を基盤とし、本研究は、SiC/SiC複合材料の破壊挙動の詳細について評価することを目的とした。特に、コンポーネント設計に必要な主要パラメータの決定に資する基礎データの取得に加え、複合材料の損傷メカニズムの理解のため、人工的な表面ノッチやセンターホールを有するSiC/SiC複合材料の引張損傷挙動について評価した。
小沢 和巳; 野澤 貴史; 谷川 博康
no journal, ,
繊維表面の熱分解界面相厚さが240, 1150nmである多層被覆界面を施した一方向繊維(Hi-Nicalon Type-S)強化ミニコンポジット(TypeS-240, TypeS-1150)に対し、除負荷/再負荷サイクル引張試験を実施した。TypeS-240, TypeS-1150の複合材料中の有効繊維束強度は元来の79-104%, 70-85%であった。ヒステリシスループ解析の結果からは、TypeS-1150はTypeS-240の約0.7倍の界面摩擦応力を示し、単繊維押し抜き試験でもこの界面摩擦応力の界面相厚さ依存性が確認できた。これらのミニコンポジットはともに擬延性破壊挙動を示したが、TypeS-1150は低い界面摩擦応力が原因で複合材料中にて元来の繊維束強度を発揮できなかったと考えられる。
小沢 和巳; 野澤 貴史; 谷川 博康
no journal, ,
先進SiC/SiC複合材料は核融合DEMO炉の候補材料として考えられる。近化学量論組成SiC繊維束(Tyranno-SA3、Hi-Nicalon Type-S)に化学気相浸透(CVI)法を用いてマトリックスを付与させ、SiC/PyC多層界面被覆を施した一方向繊維強化SiC/SiCモデル複合材料(ミニコンポジット)を、除荷・再負荷サイクル引張試験後のヒステリシスループ解析と単繊維押し抜き試験により界面強度特性を評価した。サイクル引張試験の結果、最も内側のPyC厚さが
240, 1150nmのHi-Nicalon Type-S材(TypeS-240, TypeS-1150)のみ擬延性破壊挙動を呈し、それ以外は極端に低い繊維体積率(5-10%)が主因の脆性破壊挙動を示した。TypeS-240, TypeS-1150の複合材料中の有効繊維束強度は元来の79-104%, 70-85%であった。ヒステリシスループ解析の結果からは、TypeS-240はTypeS-1150の約1.4倍の界面摩擦強度を示した。これらのミニコンポジットはともにCurtinのGlobal Load Sharing条件を満たし擬延性破壊挙動を示したが、後者は低い界面摩擦強度が原因で複合材料中にて元来の繊維束強度を発揮できなかったと考えられる。単繊維押し抜き試験からは界面相厚さ並びに繊維表面粗さ効果が認められた。
