A tungsten-copper (W-Cu) bond is a reference design concept for a divertor collector plate in the Fusion Experimental Reactor (FER). In the present study, durability of the W-Cu bond under thermal cycling was experimentally examined. A plasma spraying technique was applied to form a tungsten layer with a thickness of around 2 mm on a copper disk. This technique has advantages in that tungsten can be deposited on curved and complex surfaces of substrates and that the temperature of the substrate can be kept low during the deposition. Two kinds of copper materials, oxygen-free high conductivity copper (Cu/OFHC) and copper alloyed with beryllium (Cu/Be), were used. The tungsten surface of the W-Cu test piece was periodically irradiated with a high temperature argon plasma jet under the thermal stress condition corresponding to that expected at the normal operation of the FER. The thermal properties of the plasma sprayed tungsten were measured before the test, and the microstructure before and after the test was investigated with a scanning electron microscope. The sprayed tungsten layer was found stratified and had porosity of 2–3 % before the test. The W-Cu/OFHC test piece survived for thermal cycle up to 6000, while the W-Cu/Be test piece broke between 4500 and 5000 cycles.
タングステン-銅（W-Cu）接合は、核融合実験炉（FER）におけるダイバータ集熱板の参考設計である。本研究では、熱サイクル下におけるW-Cu接合の耐久性を実験的に検討した。プラズマ溶射技術を適用し、銅ディスク上に約2mmの厚さのタングステン層を形成した。この技術は、複雑な形状の基材表面にタングステンを堆積できること、および堆積中に基材温度を低く保つことができるという利点を有する。無酸素銅（Cu/OFHC）とベリリウム合金銅（Cu/Be）の2種類の銅材料を使用した。W-Cu試験片のタングステン表面に、FERの通常運転時に想定される熱応力条件下で、高温アルゴンプラズマジェットを周期的に照射した。プラズマ溶射タングステンの熱特性を試験前に測定し、試験前後の微細組織を走査型電子顕微鏡で観察した。溶射タングステン層は層状構造を示し、試験前の気孔率は2〜3%であった。W-Cu/OFHC試験片は6000サイクルまでの熱サイクルに耐えたが、W-Cu/Be試験片は4500〜5000サイクルの間に破損した。