Lithium-based ceramic breeder Li4SiO4 will suffer long-term high temperature during operation. That may lead to changes to its microstructure, chemical phase, composition elements, and further impacts its mechanical performance and hydrogen isotope release behavior. In the present work, long-term annealing at 900 °C in He incl. 0.1 vol% H2 flow atmosphere for designated times was conducted. Li4SiO4 pebbles with poor or excellent mechanical performance (abbr. "poor pebbles" and "excellent pebbles") have porous or dense microstructure, respectively. Coarsening process that grains and pores get larger as a function of annealing time was observed for Li4SiO4 poor pebbles. Li4SiO4 excellent pebbles can maintain its microstructure stability, and only slight grain growth was observed after 1000 h of annealing. Oxygen and lithium element loss was demonstrated over annealing time. Compression tests and Weibull analysis indicate that the distinct degradation of mechanical performance of Li4SiO4 pebbles mainly occur in the initial 100 h of annealing, and then the degradation process slows down. Thermal desorption spectroscopy reveals that 1000 h of annealing caused the disappearance of high temperature release peak (665 °C) and the shift of low temperature release peaks (around 300 °C) to lower temperature. The former is mainly attributed to decomposition of carbon impurities (Li2CO3) and the latter is attributed to carbon impurities and the transition from closed to open pores.
リチウム系セラミックス増殖材であるLi4SiO4は、運転中に長期の高温にさらされる。その結果、微細構造、化学相、構成元素に変化が生じ、さらにその機械的特性や水素同位体放出挙動に影響を及ぼす可能性がある。本研究では、0.1 vol% H2を含むHe流通雰囲気中、900 °Cで所定時間の長期焼鈍を実施した。機械的特性が劣るまたは優れるLi4SiO4ペブル（略称「poorペブル」「excellentペブル」）は、それぞれ多孔質または緻密な微細構造を有する。Li4SiO4のpoorペブルでは、焼鈍時間に伴って結晶粒と細孔が大きくなる粗大化プロセスが観察された。Li4SiO4のexcellentペブルは微細構造の安定性を維持でき、1000時間の焼鈍後もわずかな結晶粒成長のみが観察された。酸素およびリチウム元素の損失が焼鈍時間に伴って実証された。圧縮試験およびワイブル解析は、Li4SiO4ペブルの機械的特性の明確な劣化が主に焼鈍の最初の100時間で発生し、その後劣化プロセスが緩やかになることを示している。昇温脱離分光法により、1000時間の焼鈍が高温放出ピーク（665 °C）の消失と低温放出ピーク（約300 °C）の低温側へのシフトを引き起こしたことが明らかになった。前者は主に炭素不純物（Li2CO3）の分解に起因し、後者は炭素不純物および閉細孔から開細孔への遷移に起因する。