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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：8.83(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：14 パーセンタイル：72.01(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：17 パーセンタイル：75.57(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：11 パーセンタイル：61.21(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：71.45(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：33 パーセンタイル：89.80(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; 豊島 和沖*; 谷川 博康; 檜木 達也*
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。本研究では、炉材料設計データを蓄積するにあたり、必須にもかかわらず未だ知見の乏しい先進SiC/SiC複合材料の、高温・高負荷応力状態における非照射ラプチャー特性を評価した。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は、現在のところ特に顕著なノッチ効果も認められず、1000C、真空あるいは不活性ガス雰囲気下では、比例限度応力(PLS)の140%の負荷で450時間、また、PLS付近で1000時間負荷し続けても破断しない優れた結果が得られた。
小沢 和巳; 野澤 貴史; 豊島 和沖*; 谷川 博康; 檜木 達也*
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。本研究では、炉材料設計データを蓄積するにあたり、必須にもかかわらず未だ知見の乏しい先進SiC/SiC複合材料の、非照射状態における高温引張変形挙動を評価した。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は、現在のところ特に顕著なノッチ効果も認められず、1000C、真空雰囲気下では、比例限度応力(PLS)の130%の負荷で1986時間負荷し続けても破断しない優れた引張ラプチャー特性が示された。
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。
野澤 貴史; 小沢 和巳; 谷川 博康
no journal, ,
SiC/SiC複合材料は核分裂及び核融合の候補材料である。一般的に、複合材料の破損は内在する内部又は表面欠陥から進展することから、これらの破壊起点としての欠陥は実用化のための品質保証においてよく考慮されなければならない。表面欠陥に限って言えば、ノッチ感受性は複合材料の亀裂耐性を判断する基本的な指標となる。これまでに、多種多様な複合材料を対象にノッチ感受性に関する多くの研究がなされ、適切な繊維/マトリックス界面を有するSiC/SiC複合材料は短時間破壊試験において、ノッチ鈍感であることがほぼ明らかになっている。本研究は例えばサイクル引張負荷試験のように様々な負荷モード試験でのノッチ効果を評価することを目的とした。そのため、アコースティックエミッションやデジタル画像相関法等の様々な破損モニタリング手法を同時に適用した。
濱口 大; 谷川 博康; 小沢 和巳; 藤井 英俊*; 森貞 好昭*
no journal, ,
純銅の機械的強化とクロムジルコニウム銅の組織改質および耐照射性向上を目的とした摩擦撹拌プロセスの工程最適条件策定のための試験を行った。試験にはOFC銅を用い、回転速度(入熱量)を50
500RPMに変化させ回転速度の影響を調査した。その結果、回転数100および200RPMで最も粒の微細化が促進されることが明らかとなった他、硬さも最大で母相の約1.5倍まで上昇することが確認された。その一方で、今回の試験条件では、貫入深さ方向の硬さ減少が急激であり、また、ピンの長さに対して撹拌部が比較的浅いといった課題点も明らかとなった。この原因として考えられるのは、銅の熱伝導率の良さに起因するアニーリング効果と考えられ、この対処法として、プロセス中に強制冷却を行う方法(液体CO
冷却法)が妥当であると考えられる。プロセス中の強制冷却は、撹拌部以外の温度上昇を抑え、早い冷却速度が要求されるクロムジルコニウム銅への適用に最適と考えられることより、今後液体CO冷却法の適用とその最適条件策定を検討中である。
野澤 貴史; 大久保 成彰; 小沢 和巳; 谷川 博康
no journal, ,
DEMO炉の液体増殖ブランケット概念の一つに、絶縁・断熱を主目的とした機能材料としてSiC/SiC複合材料を活用する案がある。本概念では、機能を担保するため構造安定性を考慮した材料設計が重要で、そのため求められる機能に及ぼす損傷の影響を幅広く理解する必要がある。本研究は、複合材料を含む様々なSiC材料の電気特性に及ぼす損傷効果を明らかにし、課題を整理する。具体的には、機械的なマクロ損傷、照射によるミクロ損傷について、交流インピーダンス法を用いた解析、微細組織観察より評価を行う。
小沢 和巳; 加藤 雄大*; 野澤 貴史; Snead, L. L.*
no journal, ,
先進SiC/SiC複合材料は核融合DEMO炉の先進ブランケット材料候補である。破壊抵抗に及ぼす中性子照射効果を調べるために、HFIR-18Jにて5.9
10
n/m
(
0.1MeV), 800, 1300Cの条件にて中性子照射した先進SiC/SiC複合材料を片側切欠き三点曲げ試験により評価した。非線形破壊力学に基づいたエネルギー収支解析、同条件で照射した引張試験並びにヒステリシスループ解析による界面摩擦応力解析の結果をすべて考慮すると、この条件における破壊抵抗に及ぼす中性子照射効果は重要ではないと結論づけられた。
小沢 和巳; 加藤 雄大*; 野澤 貴史; 谷川 博康; Snead, L. L.*
no journal, ,
先進SiC/SiC複合材料は核融合DEMO炉の先進ブランケット材料として非常に魅力的である。本研究では、繊維と界面相厚さの違いによる影響を調べるために、非照射SiC/SiCミニコンポジットの引張強度特性と繊維/マトリックス界面強度特性を評価した。繊維表面粗さが界面摩擦応力に強い影響を及ぼしていること、並びに、その関係が最大引張強度に影響を与えることを実験的に明らかにした。また、引張強度並びに界面摩擦強度の界面相厚さ依存性も確認した。
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; 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。
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。
