Thermal shock tests were performed by pulse electron beam heating on chemically vapor deposited coatings of TiC on Poco graphite, bulk TiC, and several kinds of isotropic graphite. The specimens were heated at various power densities (10–45 MW/m2) for various pulse durations (1–2 s) to examine the dependence of thermal failures on heating conditions. The TiC coating on graphite suffered cracking, surface melting and evaporation by the thermal pulse. The surface melting limit, defined as F τ1/2, where F is the minimum power density that causes surface melting for a specified pulse duration τ, was approximately 48 MWs1/2/m2 for the TiC coating. The combined-Carbon/Titanium ratio of the coating after electron beam heating decreased with increasing power density and pulse duration. The bulk TiC specimens were so brittle that they fractured at heat load conditions where the coating showed no damage. The graphite specimens showed sublimation as a principal damage mechanism by the thermal pulse, and the sublimation weight loss decreased with increasing the thermal conductivity of the specimen. It was confirmed that the TiC coating on graphite had favorable resistance to thermal shock as compared to the bulk TiC and that graphite with high thermal conductivity is a promising material as a high heat flux component.
熱衝撃試験は、Poco黒鉛上のTiCの化学蒸着コーティング、バルクTiC、および数種類の等方性黒鉛に対して、パルス電子ビーム加熱により実施した。試験片は、加熱条件に対する熱的破壊の依存性を調べるために、様々な出力密度(10–45 MW/m2)で様々なパルス時間(1–2 s)加熱された。黒鉛上のTiCコーティングは、熱パルスによって割れ、表面溶融、および蒸発を生じた。表面溶融限界は、F τ1/2と定義され、ここでFは所定のパルス時間τに対して表面溶融を引き起こす最小出力密度であり、TiCコーティングについて約48 MWs1/2/m2であった。電子ビーム加熱後のコーティングの結合炭素/チタン比は、出力密度とパルス時間の増加とともに減少した。バルクTiC試験片は非常に脆く、コーティングが損傷を示さなかった熱負荷条件で破壊した。黒鉛試験片は、熱パルスによる主要な損傷機構として昇華を示し、昇華による重量減少は試験片の熱伝導率の増加とともに減少した。黒鉛上のTiCコーティングがバルクTiCと比較して熱衝撃に対して良好な耐性を有すること、および熱伝導率の高い黒鉛が高熱流束部品として有望な材料であることが確認された。