In future fusion reactors, tungsten is considered as the main candidate material for plasma-facing components. However, the intrinsic brittleness of tungsten is of great concern during operation. To overcome this drawback, tungsten fiber-reinforced tungsten composites (Wf/W) are being developed relying on extrinsic toughening principles. Tungsten (W) fibers with extremely high tensile strength and ductility are used to reinforce a tungsten matrix.In this work, field assisted sintering technology (FAST) is used to produce Wf/W material. Mechanical characterizations including Charpy impact and 3-point bending tests are performed. Based on the 3-point bending test results, the Wf/W materials can facilitate a promising pseudo-ductile behavior even at room temperature, similar to fiber reinforced ceramic composites. Fracture energy density and fracture toughness together with the crack-resistance curves (R-curves) are measured. Compared to conventional pure tungsten, Wf/W shows significant improvement in fracture toughness.
将来の核融合炉において、タングステンはプラズマ対向機器の主要な候補材料と考えられている。しかしながら、タングステン固有の脆さは、運転中において大きな懸念事項である。この欠点を克服するために、外部じん性化の原理に基づくタングステン繊維強化タングステン複合材料（Wf/W）が開発されている。極めて高い引張強度と延性を有するタングステン（W）繊維が、タングステンマトリックスを強化するために使用される。本研究では、電界辅助焼結技術（FAST）を用いてWf/W材料を作製した。シャルピー衝撃試験や3点曲げ試験を含む機械的特性評価を実施した。3点曲げ試験の結果に基づくと、Wf/W材料は、繊維強化セラミックス複合材料と同様に、室温でも有望な擬似延性挙動を示すことができる。破壊エネルギー密度と破壊靭性を、き裂進展抵抗曲線（R曲線）とともに測定した。従来の純タングステンと比較して、Wf/Wは破壊靭性において顕著な向上を示す。