Potassium-doped tungsten (W–K) is a promising plasma-facing material because nanoscale K bubbles may improve microstructural stability without introducing solid second phases. In this work, large-scale rolled W–K plates containing ∼90 ppm K were fabricated by powder metallurgy, hot rolling and stress-relief annealing, and were machined into ITER-like water-cooled monoblock mock-ups. The rolled plates showed a tensile strength of 1225 MPa at 50 °C, ductility exceeding 20% at 200 °C, and a recrystallization temperature of ∼1500 °C. Transient electron-beam thermal-shock tests on the RD-TD plane demonstrated that the as-rolled and 1400 °C -annealed W–K remained crack-free after 100 pulses of 1 ms up to 0.66 GW m−2, whereas specimens annealed at ⩾1500 °C exhibited reduced cracking thresholds. Under steady-state high-heat-flux fatigue, W–K monoblocks maintained structural integrity at 20 MW m−2 for up to 1500 cycles, although surface roughening, intergranular fissures and local melting developed with increasing cycle number. At 25 MW m−2, severe roughening/erosion occurred after 500 cycles as the apparent surface temperature exceeded 2300 °C. A key mechanistic finding is that crack density and crack depth are governed by different factors: crack density increased mainly with accumulated thermal cycles, whereas crack depth was controlled predominantly by peak surface temperature. Stable K-bubble dispersion is suggested to retard grain-boundary migration and suppress microcrack nucleation, contributing to the high thermal-shock and HHF tolerance of rolled W–K monoblocks.
カリウム添加タングステン（W–K）は、ナノスケールのKバブルが固体第二相を導入せずに微細組織の安定性を向上させる可能性があるため、有望なプラズマ対向材料である。本研究では、粉末冶金、熱間圧延、および応力除去焼鈍により、約90 ppmのKを含有する大型圧延W–K板を作製し、ITER類似の水冷モノブロック模擬体に機械加工した。圧延板は、50 °Cで1225 MPaの引張強度、200 °Cで20%を超える延性、および約1500 °Cの再結晶温度を示した。RD-TD面における過渡電子ビーム熱衝撃試験により、圧延ままおよび1400 °C焼鈍のW–Kは、0.66 GW m−2までの1 msパルスを100回受けた後も無亀裂を維持したが、1500 °C以上で焼鈍した試験片は亀裂発生しきい値の低下を示した。定常高熱流束疲労下では、W–Kモノブロックは20 MW m−2で最大1500サイクルまで構造的完全性を維持したが、サイクル数の増加に伴い表面粗面化、粒界亀裂、および局所溶融が発生した。25 MW m−2では、見かけの表面温度が2300 °Cを超えたため、500サイクル後に激しい粗面化/侵食が生じた。重要な機構的知見として、亀裂密度と亀裂深さは異なる因子によって支配されることが挙げられる：亀裂密度は主に累積熱サイクル数とともに増加したのに対し、亀裂深さは主にピーク表面温度によって制御された。安定したKバブル分散は粒界移動を遅延させ、微細亀裂の核生成を抑制することが示唆され、圧延W–Kモノブロックの高い熱衝撃耐性およびHHF耐性に寄与している。