AbstractIn a fusion blanket, the use of a ceramic film coated on structural materials has been considered for improvement of tritium permeability and compatibility of the structural materials with the tritium breeder and neutron multiplier. The chemical densified coating method was selected as a ceramic coating method, because it was able to form film with no open porosity on both the outer and the inner surfaces of a tube. Structural material with a ceramic coating film experiences some stress due to mechanical and thermal load. Therefore it is necessary to evaluate the mechanical characteristics of the coating film to establish an analytical design method and confirm the design criteria of the coated structure. From such a viewpoint, the load and strain on structural material with ceramic coating film under tensile load were measured, and compared with the results of elastic—plastic analysis with a two-dimensional model.In this test, the main component of the ceramic coating film was Cr2O3, and 316SS stainless steel was used as the substrate material. From the results of tensile tests on 316SS with a Cr2O3 film, elastic performance was observed up to 0.5% strain, and its tensile load was larger than that on uncoated 316SS. Above 0.5% strain, the tensile load was decreased, and then approached tensile load on uncoated 316SS gradually by peeling of the Cr2O3 film. For evaluation of the mechanical behaviour of Cr2O3 film under tensile load, the load and strain behaviour of 316SS with Cr2O3 film was calculated by elastic—plastic analysis with a two-dimensional model using the results of this tensile test. From this result, it was found that the relation between tensile load and strain on 316SS with Cr2O3 film could be simulated by elastic—plastic analysis with the two-dimensional model. In the future, the relation between tensile load and strain on different substrates with Cr2O3 film under tensile load will be measured and compared with results calculated by the same analytical method.
核融合ブランケットにおいて、構造材料に被覆されたセラミック膜の使用は、トリチウム透過性の改善、ならびに構造材料とトリチウム増殖材および中性子増倍材との適合性の向上のために検討されてきた。化学緻密化コーティング法は、管の外面および内面の両方に気孔のない膜を形成できるため、セラミック被覆法として選定された。セラミック膜で被覆された構造材料は、機械的および熱的負荷による応力を受ける。したがって、被覆構造材料の解析設計手法を確立し、設計基準を確認するために、セラミック膜の機械的特性を評価する必要がある。このような観点から、引張負荷下におけるセラミック膜被覆構造材料の荷重とひずみを測定し、二次元モデルによる弾塑性解析の結果と比較した。本試験では、セラミック膜の主成分はCr₂O₃であり、基材には316SSステンレス鋼を用いた。Cr₂O₃膜を有する316SSの引張試験の結果、ひずみ0.5%までは弾性的挙動が観察され、その引張荷重は未被覆の316SSよりも大きかった。ひずみ0.5%を超えると、引張荷重は減少し、Cr₂O₃膜の剥離により徐々に未被覆の316SSの引張荷重に近づいた。引張負荷下におけるCr₂O₃膜の機械的挙動を評価するため、本引張試験の結果を用いて、二次元モデルによる弾塑性解析により、Cr₂O₃膜を有する316SSの荷重とひずみの関係を計算した。この結果から、Cr₂O₃膜を有する316SSの引張荷重とひずみの関係は、二次元モデルによる弾塑性解析によってシミュレートできることがわかった。今後は、異なる基材上に形成されたCr₂O₃膜について、引張負荷下での荷重とひずみの関係を測定し、同じ解析手法による計算結果と比較する予定である。