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核融合｜ダイバータ関連｜PSB法
異種金屬接合技術(shù)(粉末固相接合法 PSB法)を活用した核融合爐用受熱機(jī)器
開発の背景
核融合爐を構(gòu)成する機(jī)器の中には、高い耐熱性能と除熱性能の両立が求められており、タングステン（元素記號：W）と銅（元素記號：Cu）の接合體が検討されています。
耐熱·耐摩耗性は、高硬度·高融點(diǎn)金屬であるタングステンが擔(dān)い、除熱·電気伝導(dǎo)はタングステンよりも熱伝導(dǎo)性が高く電気抵抗の低い銅が擔(dān)います。
従來手法の課題
これまでタングステンと銅の接合には、異種金屬接合の標(biāo)準(zhǔn)的な手法である「ロウ付け」が用いられてきました。
しかし、このロウ付けでタングステンと銅を接合すると、以下のような問題點(diǎn)がありました。
欠陥が発生しやすく、
接合強(qiáng)度が弱くなる
接合過程で生じる酸化物の生成に
起因する接合不良が発生しやすい
タングステンと銅の熱膨張の違い
（熱による変形の度合いの違い）により、
接合面に亀裂が発生しやすい
新技術(shù)の開発：PSB法
プラズマを利用した新しい異種金屬接合技術(shù)である粉末固相接合法：Powder Solid Bonding: PSB法を開発しました（特許第6563581號）。この新技術(shù)により、従來のロウ付け法を用いた場合の問題點(diǎn)を解決し、高品質(zhì)なタングステンと銅の接合に成功しました。
本技術(shù)のポイントは、以下の3點(diǎn)です。
- 接合する材料どうしを強(qiáng)い力で押し付けながら、大電流を流します。すると材料間の僅かな隙間にプラズマが生じ、材料の內(nèi)部で部分的に溶けてくっつきます。
- 接合不良の原因となるタングステンの酸化を防ぐため、強(qiáng)い抗酸化作用のある水素を用いて酸化物の生成を抑制します。
- タングステンと銅の熱膨張の違いを緩和するため、タングステンと銅の混合粉末を用いた中間層を設(shè)けることで、接合後の歪みを抑制します。
このような工夫を用いることで、接合面の近傍に生じる欠陥を極めて少なくするとともに、亀裂の発生と接合後の歪みを効果的に抑制して、タングステンと銅の高強(qiáng)度で高品質(zhì)の接合に成功しました。
今後の展開
核融合実験環(huán)境下での耐久試験が予定されています。
また本技術(shù)は核融合研究のほか、同様の技術(shù)を必要とする電気自動車、送電設(shè)備、鉄道車両や建設(shè)重機(jī)等の大型機(jī)器から、非金屬材料を用いる小型·精密機(jī)器まで、幅広い産業(yè)分野への貢獻(xiàn)が期待されます。
開発事例
大型ヘリカル裝置(LHD)真空容器用保護(hù)板
當(dāng)社は、核融合科學(xué)研究所殿の協(xié)力を得て、大型ヘリカル裝置の真空容器用保護(hù)板を製作し納入しております。保護(hù)板は、使用される箇所により微妙に形狀が異なっており高度な加工技術(shù)が要求されます。
「大型ヘリカル裝置(LHD)真空容器用保護(hù)板」の使用例
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LHDで使用される耐熱タイル
真空容器壁の熱負(fù)荷が高い箇所は、耐熱性の高いモリブデン製のタイルで覆われています。
これらのタイルは同じくモリブデン製のボルトで固定され、裏側(cè)の水冷チャンネルを用いて常時冷卻されます。
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大型ヘリカル裝置(LHD)內(nèi)部の様子
プラズマが生成される真空容器內(nèi)壁は約7000枚の耐熱タイルで保護(hù)されています。
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