炭化珪素及びタングステンハイブリッド繊維強化高靭性タングステン複合材料の開発

タングステン（W）材料は核融合炉におけるダイバータ等への適用で期待されているが、中性子照射環境下における脆化が懸念される。Wの融点は高いものの、1000℃程度の再結晶温度以上では靱性は低下してしまう。本研究では、Wに対して炭化珪素（SiC）繊維やW繊維での強化という、セラミックス複合材料の破壊力学を取り入れた全く新しい手法により、中性子照射環境下、また再結晶温度を超えるような温度域においても優れた破壊靭性と除熱性を得られる材料の開発を目指す。SiC繊維のみでWを強化する場合、繊維束層における伝熱性が懸念される。本研究では、繊維束層での伝熱性確保のために、SiC繊維とW繊維の織布で強化する材料の開発を目指している。本年度は21年度に作製に成功したSiC繊維とW繊維の織物を用いて、Wを母材とする複合材料の開発を行った。SiC繊維は優れた耐熱性と耐中性子照射特性を持つ高結晶性繊維であるNGS社製のHi-Nicalon type-Sを用いた。W繊維は日本タングステン株式会社製のものを用いた。SiC繊維にW繊維を織り込む際にピッチの異なる3種類の綾織の織物を用いた。3種類の織物のいずれにおいても、焼結時に剥れるようなことは無く、緻密な複合材料の作製に成功した。いずれの試料においても、引張試験において延性破壊挙動を示した。作製温度がWの再結晶温度を超えているため、繊維強化による擬延性挙動と考えられる。W繊維のピッチの影響に関しては限定的であった。SiC繊維とWとの反応を抑制する界面相を選択するために、高純度SiC、界面相候補材、Wの接合材の作製を行った。界面相の形成は、複合材料に適用可能なスラリーのディッピング法で行った。様々な酸化物、炭化物、窒化物で試作した結果、Er2O3が界面反応の抑制には有効であることが明らかになった。

タングステン（W）材料は核融合炉におけるダイバータ等への適用で期待されているが、中性子照射環境下における脆化が懸念される。Wの融点は高いものの、1000℃程度の再結晶温度以上では靱性は低下してしまう。本研究では、Wに対して炭化珪素（SiC）繊維やW繊維での強化という、セラミックス複合材料の破壊力学を取り入れた全く新しい手法により、中性子照射環境下、また再結晶温度を超えるような温度域においても優れた破壊靭性と除熱性を得られる材料の開発を目指す。SiC繊維のみでWを強化する場合、繊維束層における伝熱性が懸念される。本研究では、繊維束層での伝熱性確保のために、SiC繊維とW繊維の織布で強化する材料の開発を目指している。本年度は21年度に作製に成功したSiC繊維とW繊維の織物を用いて、Wを母材とする複合材料の開発を行った。SiC繊維は優れた耐熱性と耐中性子照射特性を持つ高結晶性繊維であるNGS社製のHi-Nicalon type-Sを用いた。W繊維は日本タングステン株式会社製のものを用いた。SiC繊維にW繊維を織り込む際にピッチの異なる3種類の綾織の織物を用いた。3種類の織物のいずれにおいても、焼結時に剥れるようなことは無く、緻密な複合材料の作製に成功した。いずれの試料においても、引張試験において延性破壊挙動を示した。作製温度がWの再結晶温度を超えているため、繊維強化による擬延性挙動と考えられる。W繊維のピッチの影響に関しては限定的であった。SiC繊維とWとの反応を抑制する界面相を選択するために、高純度SiC、界面相候補材、Wの接合材の作製を行った。界面相の形成は、複合材料に適用可能なスラリーのディッピング法で行った。様々な酸化物、炭化物、窒化物で試作した結果、Er2O3が界面反応の抑制には有効であることが明らかになった。