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セラミックス繊維強化タングステン複合材料

国内特許コード P150011342
整理番号 S2012-0960-N0
掲載日 2015年2月18日
出願番号 特願2012-183610
公開番号 特開2014-040638
出願日 平成24年8月22日(2012.8.22)
公開日 平成26年3月6日(2014.3.6)
発明者
  • 檜木 達也
  • 下田 一哉
  • 豊島 和沖
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 セラミックス繊維強化タングステン複合材料
発明の概要 【課題】タングステン又はタングステン合金をマトリックスとする材料において、中性子照射環境下や再結晶温度を超えるような温度域においても高い破壊靭性を有する材料を提供する。
【解決手段】タングステン又はタングステン合金からなるマトリックス金属と、該マトリックス金属中に配置されたセラミックス繊維を含む複合材料は、タングステン又はタングステン合金単体からなる材料と比較すると、高い破壊強度を有する耐久性に優れた材料となる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



核融合炉におけるダイバータは、核融合生成物 (α粒子)、反応していない燃料、プラズマ粒子により侵食され剥離した微粒子等を除去するための装置である。ダイバータの熱負荷は10 ~ 20 MW / m2程度であり、プラズマ炉心から発生する総発熱量の15%程度を除去する必要があるため、核融合炉の中でも最も過酷な熱負荷を受ける部分である。また、高速のプラズマ粒子と接することによる劣化も懸念される。





タングステンは、融点が約3380℃の高融点材料であって、耐スパッタリング損耗特性に優れているため、ダイバータ構成材料の最有力候補として検討されている。また、核融合炉における第一壁材料としても期待されている。





しかしながら、タングステンは、基本的に脆性特性を有し、中性子照射環境下での更なる脆化が課題となっており、構造材料としての信頼性が低いことが実用化への最大の障壁となっている。更に、タングステンは、融点が非常に高いにもかかわらず、1000℃程度の再結晶温度以上で靱性が劣化してしまうため、実質的な使用上限は1000℃程度に抑えられ、設計で求められる十分な性能を発揮することができない。





タングステンの強度特性を改善することを目的として、タングステン繊維で強化したタングステンマトリックス材料が開発されている。更に、タングステン繊維で強化した複合材料に、銅等で繊維被覆して靭性を向上させる試みもなされている(下記非特許文献1参照)。しかしながら、これらの材料は、同一素材からなる複合材料であり、高温域での靭性の劣化を十分に改善することもできず、タングステンの本質的な弱点を克服することができない。

産業上の利用分野



本発明は、セラミックス繊維で強化されたタングステン複合材料及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
タングステン又はタングステン合金からなるマトリックス金属と、該マトリックス金属中に配置されたセラミックス繊維を含む、セラミックス繊維強化タングステン複合材料。

【請求項2】
セラミックス繊維が、炭化ケイ素系繊維及び炭素繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種の繊維の長繊維である、請求項1に記載の複合材料。

【請求項3】
セラミックス繊維の含有量が、複合材料全体を基準として、20~80体積%である、請求項1又は2に記載の複合材料。

【請求項4】
タングステン又はタングステン合金からなるマトリックス金属からなる層と、セラミックス繊維からなる層がそれぞれ2層以上積層された構造を有する、請求項1~3のいずれかに記載の複合材料。

【請求項5】
粉末状のタングステン又はタングステン合金を分散媒中に分散させてスラリーとし、これをセラミックス繊維の繊維構造物に塗布して混合体とした後、該混合体を加圧下で焼結させることを特徴とする、セラミックス繊維強化タングステン複合材料の製造方法。

【請求項6】
粉末状のタングステン又はタングステン合金を分散媒中に分散させてスラリーとし、該スラリー中に束状のセラミックス繊維を配置して混合体とした後、該混合体を加圧下で焼結させることを特徴とする、セラミックス繊維強化タングステン複合材料の製造方法。

【請求項7】
粉末状のタングステン又はタングステン合金を含むスラリーを乾燥させてシート状に成形し、これをセラミックス繊維からなる繊維構造物又は束状のセラミックス繊維を配列させた層との積層体とした後、該積層体を加圧下で焼結させることを特徴とする、セラミックス繊維強化タングステン複合材料の製造方法。

【請求項8】
箔状のタングステン又はタングステン合金を、セラミックス繊維からなる繊維構造物又は束状のセラミックス繊維を配列させた層との積層体とした後、該積層体を加圧下で焼結させることを特徴とする、セラミックス繊維強化タングステン複合材料の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012183610thum.jpg
出願権利状態 公開
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