特表 2025-501835 ジルコニウム合金被覆管の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-24

(54)【発明の名称】ジルコニウム合金被覆管の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 3/06 20060101AFI20250117BHJP

   C23C 14/14 20060101ALI20250117BHJP

   C23C 14/16 20060101ALI20250117BHJP

   C23C 14/32 20060101ALI20250117BHJP

   G21C 3/07 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

G21C3/06 210

C23C14/14 D

C23C14/16 Z

C23C14/32 Z

G21C3/06 310

G21C3/07 100

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024512090

(86)(22)【出願日】2023-12-05

(85)【翻訳文提出日】2024-02-22

(86)【国際出願番号】 KR2023019839

(87)【国際公開番号】W WO2024128664

(87)【国際公開日】2024-06-20

(31)【優先権主張番号】10-2022-0172911

(32)【優先日】2022-12-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】597060645

【氏名又は名称】コリア アトミック エナジー リサーチ インスティテュート

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＲＥＡ ＡＴＯＭＩＣ ＥＮＥＲＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】キム，ヒョン・ギル

(72)【発明者】

【氏名】キム，ソン・ウン

(72)【発明者】

【氏名】キム，デ・ホ

(72)【発明者】

【氏名】ホン，ジョンデ

【テーマコード（参考）】

4K029

【Ｆターム（参考）】

4K029AA02

4K029AA27

4K029BA07

4K029BA21

4K029BC01

4K029CA03

4K029CA13

4K029DA08

4K029DB03

4K029DB04

4K029DD06

4K029FA05

4K029FA06

(57)【要約】

一実施例は、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）を用いた金属コーティング膜蒸着工程中に発生する工程熱によってジルコニウム合金母材の微細組織の変化を抑制して、コーティング層と母材との間の接着力を向上させ、緻密なコーティング層の積層が可能でかつ、母材の性能変化がないジルコニウム合金被覆管を製造する方法を提供する。一実施例によるジルコニウム合金被覆管の製造方法は、ジルコニウム合金材質の被覆管を準備する被覆管準備段階と、ターゲット準備段階と、真空加熱段階と、エッチング段階と、コーティング段階とを含み、ターゲット条件と予熱条件、電流条件、そして電圧条件を調節して、被覆管の表面でジルコニウム合金の再結晶の発生を防止するように微細組織の変化を調節する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ジルコニウム合金材質の被覆管を準備する被覆管準備段階と、
前記被覆管の表面にコーティングされるコーティング物質を含み、予め設定されたターゲット条件でターゲットを準備するターゲット準備段階と、
チャンバ内に前記被覆管とターゲットを配置後、初期真空のために予め設定された予熱条件で真空加熱する真空加熱段階と、
前記ターゲットの表面に予め設定された電流とバイアス電圧を供給して、アークを発生させてコーティング物質の粒子を蒸発させて表面の異物を除去するエッチング段階と、
前記ターゲットの表面に予め設定された電流条件で電流を供給して、アークを発生させてコーティング物質の粒子を蒸発させる粒子蒸発段階と、
予め設定された電圧条件でバイアス電圧を供給して、イオン化されたコーティング物質を前記被覆管の表面に均質にコーティングするコーティング段階と
を含み、
前記ターゲット条件と前記予熱条件、前記電流条件、そして前記電圧条件を調節して、前記被覆管の表面でジルコニウム合金の再結晶の発生を防止するように微細組織の変化を調節するジルコニウム合金被覆管の製造方法。

【請求項2】

前記コーティング物質は、耐酸化物質を含む、請求項１に記載のジルコニウム合金被覆管の製造方法。

【請求項3】

前記耐酸化物質は、Ｃｒ、Ｃｒ合金のうちの１種以上を含む、請求項２に記載のジルコニウム合金被覆管の製造方法。

【請求項4】

前記予熱温度は３５０度以下に設定される、請求項１に記載のジルコニウム合金被覆管の製造方法。

【請求項5】

前記エッチング段階で、前記ターゲットに供給される電流は８０Ａ以下であり、バイアス電圧は２００Ｖ～６００Ｖであり、時間は２０分以内に設定される、請求項１に記載のジルコニウム合金被覆管の製造方法。

【請求項6】

前記粒子蒸発段階で、前記ターゲットに供給される電流は８０Ａ以下に設定される、請求項１に記載のジルコニウム合金被覆管の製造方法。

【請求項7】

前記コーティング段階で、前記ターゲットに供給されるバイアス電圧は１００Ｖ未満に設定される、請求項１に記載のジルコニウム合金被覆管の製造方法。

【請求項8】

前記ターゲットの大きさは３インチ以上１０インチ以下に設定される、請求項１に記載のジルコニウム合金被覆管の製造方法。

【請求項9】

前記粒子蒸発段階で前記ターゲットに供給される電流が８０Ａ超過、または前記コーティング段階でバイアス電圧１００Ｖ以上の場合、前記ターゲットが回転し、前記ターゲットの大きさは４インチ以上１０インチ以下に設定される、請求項１に記載のジルコニウム合金被覆管の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ジルコニウム合金被覆管の製造方法が提供される。

【背景技術】

【0002】

事故耐性核燃料（ＡＴＦ：Ａｃｃｉｄｅｎｔ Ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｆｕｅｌ）の被覆管は、原子力発電所事故の発生時、高温水蒸気環境下での水素生成量を低減させて水素の爆発を防止させる目的で研究開発されてきた。ＡＴＦ被覆管は、既存の被覆管が有する耐腐食性、クリープ抵抗性、照射変形下での安定性、保存処分に関する事項など極限環境下での多様な性能条件を満たし、特に、事故時の耐酸化性の向上に重点をおいて開発されなければならない。ところが、経済性および早い商用化を考慮して、世界的に既存のジルコニウム（Ｚｒ）合金被覆管の表面に耐酸化物質をコーティングする方法を用いて事故耐性被覆管の開発が行われている。

【0003】

このために、韓国原子力研究院では、既存のＺｒ合金被覆管の表面に３Ｄプリンティング工程を適用して表面処理する方法と、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ：Ａｒｃ Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ）技術を適用してコーティングする方法とが研究されている。特に、ＡＩＰ方法は、商用ジルコニウム合金被覆管の母材に損傷を与えずにＣｒまたはＣｒＡｌ合金をコーティングして耐酸化性を向上させる方法として選択されて商用化技術の開発が進められている。

【0004】

しかし、ジルコニウム合金被覆管にコーティング層を積層するＡＩＰ工程は、母材の変化が伴わないというメリットとは異なり、工程熱によってジルコニウム合金被覆管の微細組織が変化する問題点が導出された。工程熱によってジルコニウム合金被覆管の微細組織が変化すると、機械的強度のような物性が低下して核燃料被覆管として構造的機能への問題になる。

【0005】

関連先行文献として韓国登録特許第２，１６１，５８４号公報は、「高温耐酸化性および耐腐食性に優れた金属コーティング膜およびその製造方法」を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】韓国登録特許第２，１６１，５８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一実施例は、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）を用いた金属コーティング膜蒸着工程中に発生する工程熱によって、ジルコニウム合金母材の微細組織の変化を抑制して、コーティング層と母材との間の接着力を向上させ、緻密なコーティング層の積層が可能でかつ、母材の性能変化がないジルコニウム合金被覆管を製造する方法を提供する。

【0008】

前記の課題以外にも、具体的に言及されていない他の課題を達成するのに本発明による実施例が使用可能である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

一実施例によるジルコニウム合金被覆管の製造方法は、ジルコニウム合金材質の被覆管を準備する被覆管準備段階と、被覆管の表面にコーティングされるコーティング物質を含み、予め設定されたターゲット条件でターゲットを準備するターゲット準備段階と、チャンバ内に被覆管とターゲットを配置後、初期真空のために予め設定された予熱条件で真空加熱する真空加熱段階と、ターゲットの表面に予め設定された電流条件で電流を供給して、アークを発生させてコーティング物質の粒子を蒸発させる粒子蒸発段階と、予め設定された電圧条件でバイアス電圧を供給して、イオン化されたコーティング物質を被覆管の表面に均質にコーティングするコーティング段階とを含み、ターゲット条件と予熱条件、電流条件、そして電圧条件を調節して、被覆管の表面でジルコニウム合金の再結晶の発生を防止するように微細組織の変化を調節する。

【発明の効果】

【0010】

一実施例によれば、ジルコニウム合金のアークイオンプレーティング技術を適用したコーティング技術を適用して、ジルコニウム合金被覆管を製造する時、コーティング層と母材との間の接着力を向上させ、緻密な高品質のコーティング層の積層が可能でかつ、耐酸化性を向上させて、工程熱によってジルコニウム合金被覆管の微細組織が変化するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施例によるターゲット設定条件を用いてジルコニウム合金被覆管を製造する過程を概略的に示す図である。

【図2】比較例によるターゲット設定条件を用いてジルコニウム合金被覆管を製造する過程を概略的に示す図である。

【図3】一実施例によるターゲット設定条件を用いてジルコニウム合金被覆管を製造する過程を概略的に示す図である。

【図4】第１実験例によるターゲット設定条件を用いて製造された被覆管の微細組織の変化を比較した図である。

【図5】第２実験例によるターゲット設定条件を用いて製造された被覆管の微細組織の変化を比較した図である。

【図6】第３実験例によるターゲット設定条件を用いて製造された被覆管の微細組織の変化を示す図である。

【図7】第４実験例によるターゲット設定条件を用いて製造された被覆管の微細組織の変化を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の図面符号が使用された。また、広く知られている公知技術の場合、その具体的な説明は省略する。

【0013】

明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

【0014】

以下、図面を参照して、ジルコニウム合金被覆管の製造方法を詳細に説明する。

【0015】

図１は、一実施例によるターゲット設定条件を用いてジルコニウム合金被覆管を製造する過程を概略的に示す図であり、図２は、比較例によるターゲット設定条件を用いてジルコニウム合金被覆管を製造する過程を概略的に示す図である。図１～図２を参照して、一実施例によるジルコニウム合金被覆管の製造方法を説明する。一実施例によるジルコニウム合金被覆管の製造方法は、被覆管準備段階と、ターゲット準備段階と、真空加熱段階と、エッチング（洗浄）段階と、粒子蒸発段階と、コーティング段階とを含み、予め設定されたターゲット条件と予熱条件、電流条件、そして電圧条件を調節して、被覆管２０の表面でジルコニウム合金の再結晶の発生を防止するように微細組織の変化を容易に調節することができる。

【0016】

被覆管準備段階は、ジルコニウム合金材質の被覆管２０を準備する段階である。ここで、被覆管２０は、ジルコニウム合金被覆管または事故耐性核燃料被覆管として併用して表記される。

【0017】

ターゲット準備段階は、被覆管２０の表面にコーティングされるコーティング物質を含み、予め設定されたターゲット条件でターゲット１０を準備する段階である。ここで、コーティング物質は、耐酸化物質を含むことができる。そして、耐酸化物質は、Ｃｒ、Ｃｒ合金のうちの１種以上を含むことができる。ターゲット１０の大きさは３インチに設定可能である。

【0018】

真空加熱段階は、チャンバ１００内に被覆管２０とターゲット１０を配置後、初期真空のために予め設定された予熱条件で真空加熱する段階である。ここで、予め設定された予熱条件で予熱される温度は３５０度以下に設定可能である。

【0019】

エッチング（洗浄）段階は、ターゲット１０の表面に予め設定された電流とバイアス電圧を供給して、アークを発生させてコーティング物質の粒子を蒸発させて表面の異物を除去する。エッチング段階で、ターゲット１０に供給される電流は８０Ａ以下であり、バイアス電圧は２００Ｖ～６００Ｖであり、時間は２０分以内に設定可能であり、これによってターゲット１０の微細組織の変化を最小化できる。

【0020】

粒子蒸発段階は、ターゲット１０の表面に予め設定された電流条件で電流を供給して、アークを発生させてコーティング物質の粒子を蒸発させる段階である。粒子蒸発段階では、コーティング物質粒子が蒸発して被覆管の表面に異物を除去する洗浄機能も行うことができる。ここで、予め設定された電流条件でターゲット１０に供給される電流は８０Ａ以下、バイアス電圧は２００～６００Ｖの範囲に設定可能であり、時間は２０分以内に設定可能である。粒子蒸発段階で、バイアス電圧が高くても、２０分以内ではジルコニウム合金材質の被覆管２０に微細組織の変化（再結晶）が発生しない。

【0021】

コーティング段階は、蒸発された粒子の蒸着速度増加のために予め設定された電圧条件でバイアス電圧を供給することによって、イオン化されたコーティング物質を被覆管２０の表面に均質にコーティングする段階である。ここで、予め設定された電圧条件でターゲット１０に供給される電流は８０Ａ以下であり、バイアス電圧は１００Ｖ未満に設定可能であり、バイアス電圧が大きくなれば、エッチングが発生して蒸着効率が減少することがある。また、予熱温度３５０度以下の真空加熱を行う場合、バイアス電圧が１００Ｖ未満で発生しうる高温耐酸化性の低下とＣｒ－Ａｌ薄膜の界面からの剥離が防止できる。コーティング段階で、１０ミクロンの厚さのＣｒまたはＣｒ合金コーティング層を得るためには、コーティング時間を３時間以上行うことができる。例えば、ジルコニウム合金に１０ミクロン以上のＣｒまたはＣｒ合金を均質にコーティングするために、コーティング時間が約１０時間程度かかり、このような長時間のコーティングはジルコニウム合金母材の再結晶をもたらして、ターゲットの微細組織の変化を減少させることができる。

【0022】

図１と図２を参照すれば、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）工程の影響によるジルコニウム合金被覆管の微細組織の変化の例を確認できる。例えば、図１と図２で、３インチターゲットに供給される電流とバイアス電圧の差による被覆管２０の再結晶現象を比較することができる。図１の実施例のように、３インチターゲット１０、電流は８０Ａであり、バイアス電圧は１００Ｖ未満で供給される場合、被覆管２０の表面で微細組織の変化現象は発生しない。参照番号１２は、３インチの大きさのターゲット１０において蒸発部を示す。

【0023】

これとは異なり、図２の比較例のように、３インチターゲット１０、電流は９０Ａであり、バイアス電圧は１２０Ｖ以上で供給される場合、被覆管２０の表面で微細組織の変化現象が発生する。

【0024】

図２の比較例のように、３インチターゲット１０を適用し、電流は９０Ａ、バイアス電圧は１２０Ｖ以上で供給する場合、被覆管２０の表面で微細組織の変化が発生する。したがって、ターゲット１０の大きさを調節し、磁場による電流形成領域を調整して、被覆管２０の表面で微細組織の変化による再結晶現象を確認する必要がある。参照番号２０ａは、被覆管２０の表面で発生した微細組織変化領域を示す。

【0025】

図３は、一実施例によるターゲット設定条件を用いてジルコニウム合金被覆管を製造する過程を概略的に示す図である。図３を参照すれば、ターゲット１０に供給される電流とバイアス電圧がそれぞれ９０Ａと１２０Ｖに設定されると、ターゲット１０の大きさが大きくなる。例えば、ターゲットの大きさは５インチに設定可能であり、このような５インチターゲットは回転できる。参照番号１０ａは、５インチの大きさのターゲットを示す。そして、参照番号１２ａは、５インチの大きさのターゲット１０ａにおいて複数の蒸発部を示す。図３を参照すれば、ターゲットの回転により、アークが１つのポイント形態ではなくドーナッツ形態で現れる。

【0026】

例えば、ターゲット１０に供給される電流とバイアス電圧をそれぞれ９０Ａと１２０Ｖで行う場合、ターゲット１０の大きさを３インチから５インチに変更し、アークが一箇所に集中せずに回転するように磁場で電流を制御することができる。ここで、ターゲットを回転させる装置が備えられる。

【0027】

ジルコニウム合金は、合金の組成に応じて異なるが、応力弛緩または部分再結晶熱処理を導入して使用している。このような熱処理は、炉内で機械的強度と腐食抵抗性のような特性を確保するためである。大部分のジルコニウム合金の再結晶は４５０度以上の温度で開始されるが、再結晶温度以上で長期間維持すれば必然的に再結晶が伴い、再結晶されると機械的強度が減少し、析出物の大きさ増加によって耐食性も変化する。また、再結晶が部分的に発生すると、弱い部分に局部的な機械的変形とクリープおよび照射成長変形量の差によって被覆管２０が損傷する恐れもある。したがって、被覆管２０に所望しない再結晶が発生すると、目的とする被覆管２０の性能を逸脱する。

【0028】

アークイオンプレーティングを用いた耐酸化物質のコーティングは、既存のジルコニウム合金被覆管の表面に耐酸化物質を５０ミクロン以下にコーティングして、原子炉の正常条件および事故環境で酸化を抑制して水素の爆発を防止する事故耐性核燃料製造技術として開発されている。アークイオンプレーティングのメリットは、母材の損傷または変化なしに高融点の素材をコーティングする技術として知られており、適用されてきた。しかし、ジルコニウム核燃料被覆管に耐酸化（ＣｒまたはＣｒ－Ａｌ合金）物質をコーティングする場合、工程変数により工程熱がジルコニウム合金に到達して再結晶が発生することがある。

【0029】

一実施例は、被覆管２０の長手方向で部分的な再結晶現象が発生するのを防止することができる。一般的な工程では、電流（Ｃｕｒｒｅｎｔ）とバイアス電圧（Ｂｉａｓ Ｖｏｌｔａｇｅ）の適用およびコーティングターゲットの消耗中に発生する幾何学的形状の変化でターゲットの表面溶融時に発生する輻射熱がジルコニウム合金に伝達されて過度の温度が蓄積される。

【0030】

一実施例は、初期真空のための予熱条件、コーティング中の印加電流およびバイアス電圧条件、そして、ターゲットの大きさおよび消耗領域の制御による輻射熱の制御条件を限定して、ジルコニウム合金の再結晶による微細組織の変化問題を解決することができる。

【0031】

一実施例は、被覆管２０にアークイオンプレーティング工程で耐酸化物質（ＣｒまたはＣｒ合金、ここで、Ｃｒ合金は、Ｃｒ－Ａｌを含むＣｒ系合金を含む）をコーティングする時に発生する工程熱による微細組織の変化を抑制することができる。

【0032】

アークイオンプレーティング真空蒸着工程で熱が発生して、コーティング対象体の被覆管２０に伝達できる内容と再結晶される条件を説明する。

【0033】

１）真空加熱段階でのチャンバ１００真空時の予熱条件：チャンバ１００内の高真空状態を実現するためにヒータを用いて加熱することによって、内部に付着したガス分子を活性化して真空ポンプへの排出を容易にできる。ここで、ヒータの最大温度は３５０度以下に設定できる。ヒータの最大温度を３５０度以下に設定すれば、ジルコニウム合金の再結晶温度４５０度よりは低いが、後続工程のターゲット１０に電流の印加とバイアス電圧の印加による追加的な熱の流入でジルコニウム合金の実際の温度が増加して再結晶をもたらすことがある。このような予熱工程は、後に行われる蒸着工程とは異なるもので、蒸着工程での温度は約２００度未満である。また、予熱工程は、約２０分～３０分程度行われる。

【0034】

２）粒子蒸発段階でのターゲット１０に供給される電流条件：ターゲット１０の表面にアークを発生してターゲット物質を蒸発させることができる。アーク熱は、ＣｒおよびＣｒ合金を十分にイオン化するために１，９００度を上回る。この時発生するアークの輻射熱がジルコニウム合金の再結晶をもたらすことがある。したがって、アーク発生のための電流は、ターゲット１０を溶かす最小限の条件である８０Ａ以下で供給されるように設定できる。

【0035】

３）コーティング段階でのターゲット１０と被覆管２０との間のバイアス電圧条件：アークでターゲット１０の表面がイオン化された状態で蒸発し、蒸発した粒子はターゲット１０から外部へ飛んでいく。この時、バイアス電圧を印加すれば粒子の速度が速くなり、蒸発する粒子の大きさも増加する。粒子の速い速度と大きさの増加は、粒子が有する熱がコーティング対象物の被覆管２０に伝達されて再結晶の可能性が高まる。したがって、蒸着速度増加のためのバイアス電圧の最大値は１００Ｖ未満に設定できる。

【0036】

追加的に、ターゲット１０が消耗しながら表面が凹レンズ型に変化する。ターゲット１０の表面が特定形状の曲率に変化すれば、アーク電流による輻射熱が被覆管２０の特定領域に集中して再結晶現象が発生する可能性が高まる。したがって、ターゲット１０の表面損失時に生成される凹レンズ型形態を調節すれば、輻射熱が対象物の特定領域に集中して再結晶が発生するのを防止することができる。

【0037】

事故耐性核燃料被覆管２０コーティングのためのアークイオンプレーティングは、チャンバ１００内にターゲット１０と試験片を配置後、ヒーティングで高真空状態の雰囲気を形成する。そして、瞬間的に蒸着しようとする物質（ターゲット）の表面に電流を印加して、アークを発生させて粒子を蒸発させる。次に、蒸発した粒子の蒸着速度増加のためにバイアス電圧を印加して、イオン化されたターゲット物質が試験片に均質にコーティングできる。

【0038】

しかし、被覆管２０に耐酸化物質（Ｃｒ、Ｃｒ合金）をコーティングする過程で意図せずに被覆管２０の全体または一部分が再結晶される現象が発生することがある。

【0039】

一実施例は、ジルコニウム合金の再結晶問題を解消するために、アークイオンプレーティング工程変数のうちチャンバ１００内の真空加熱条件、ターゲット１０に供給される電流とバイアス電圧に対する条件を最適化することができる。また、ターゲット１０の消耗時の凹レンズ形成による輻射熱の集積現象を防止するために、ターゲット１０の大きさを大きく変更しながら、磁場でアーク電流が一領域に集中する現象を除去することができる。

【0040】

例えば、工程中に、チャンバ１００真空時の加熱温度は３５０度以下に維持されるように設定できる。ターゲット１０に供給される電流は８０Ａ以下に維持されるように設定できる。そして、バイアス電圧は１００Ｖ未満に維持されるように設定できる。ここで、加熱温度、ターゲット電流およびバイアス電圧の設定条件の１つ以上が設定制限値を超えると、ジルコニウム合金の再結晶問題が発生することがある。

【0041】

一実施例によるアークイオンプレーティング方法は、物理的蒸着法の一種と見なすことができ、ターゲット１０に電流とバイアス電圧を供給することによって、原子単位の蒸着を行うための蒸着条件の最適化が必要である。

【0042】

ここで、ターゲット１０に供給される電流は８０Ａ以下、好ましくは７０Ａ以上８０Ａ以下であり、バイアス電圧は１００Ｖ未満、好ましくは７０Ｖ以上１００Ｖ未満に設定可能である。ターゲット１０に供給される電流値が７０Ａより小さい場合には、蒸着速度が低下することがある。そして、ターゲット１０に供給される電流値が８０Ａより大きい場合には、コーティング薄膜に発生する液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）の大きさと数が増加することがある。

【0043】

一方、ターゲット１０に供給されるバイアス電圧が７０Ｖより小さい場合には、高温耐酸化性が低下し、コーティング薄膜が界面から剥離されることがある。そして、ターゲット１０に供給されるバイアス電圧が１００Ｖより大きい場合には、蒸着速度が顕著に低下することがある。

【0044】

蒸着時に蒸発物質の大きさが大きいほど加速される速度が遅いため、気体分子との衝突によってターゲット標的に到達しないことがある。このような理由から、蒸着時の作動圧力を増加させることによって、ターゲット１０で生成されたイオンおよび液滴が気体分子と衝突する確率を低下させることができる。蒸着時の作動圧力は５ｍＴｏｒｒ～３０ｍＴｏｒｒに設定できる。蒸着時の作動圧力が５ｍＴｏｒｒ未満の場合、表面粗さおよび液滴が増加することがある。

【0045】

図４は、第１実験例によるターゲット設定条件を用いて製造された被覆管２０の微細組織の変化を比較した図である。図４は、３インチターゲットである。図４を参照すれば、ターゲット１０に供給される電流は８０Ａ以下を維持し、ターゲット１０に供給されるバイアス電圧は７０Ｖに設定して被覆管２０の微細組織の変化を比較したものである。図４の左図に示されているように、ターゲット１０に供給される電流は７０Ａを維持し、ターゲット１０に供給されるバイアス電圧は７０Ｖに設定した場合、被覆管２０の微細組織の変化はない。これとは異なり、図４の右図に示されているように、ターゲット１０に供給される電流は９０Ａを維持し、ターゲット１０に供給されるバイアス電圧は７０Ｖに設定した場合、被覆管２０の微細組織の変化で再結晶が発生する。

【0046】

図５は、第２実験例によるターゲット設定条件を用いて製造された被覆管２０の微細組織の変化を比較した図である。図５は、３インチターゲットである。図５を参照すれば、ターゲット１０に供給されるバイアス電圧は１００Ｖ未満と１００Ｖ以上に設定し、ターゲット１０に供給される電流は７０Ａに設定して被覆管２０の微細組織の変化を比較したものである。図５の左図に示されているように、ターゲット１０に供給される電流は７０Ａを維持し、ターゲット１０に供給されるバイアス電圧を９０Ｖに設定した場合、被覆管２０の微細組織の変化はなかった。これとは異なり、図５の右図に示されているように、ターゲット１０に供給される電流は７０Ａを維持し、ターゲット１０に供給されるバイアス電圧は１２０Ｖに設定した場合、被覆管２０の微細組織の変化で再結晶が発生した。

【0047】

図６は、第３実験例によるターゲット設定条件を用いて製造された被覆管２０の微細組織の変化を示す図である。図６を参照すれば、ターゲット１０に供給される電流とバイアス電圧がそれぞれ９０Ａと１２０Ｖに設定され、ターゲット１０の大きさを３インチに設定できる。ターゲット１０に供給される電流とバイアス電圧をそれぞれ９０Ａと１２０Ｖで行う場合、ターゲット１０でアークが一箇所に集中して被覆管２０の微細組織の変化で再結晶が発生した。

【0048】

図７は、第４実験例によるターゲット設定条件を用いて製造された被覆管２０の微細組織の変化を示す図である。図７を参照すれば、ターゲット１０ａに供給される電流とバイアス電圧がそれぞれ９０Ａと１２０Ｖに設定され、ターゲット１０ａの大きさを３インチより大きい５インチに変更することができる。そして、５インチの大きさのターゲット１０ａに供給される電流とバイアス電圧をそれぞれ９０Ａと１２０Ｖで行う場合、被覆管２０の微細組織の変化はなかった。これは５インチの大きさのターゲット１０ａでアークが一箇所に集中せずに回転するように磁場で電流を制御するからである。

【0049】

ターゲットに供給される電流とバイアス電圧が低くてこそ、再結晶が発生しない。ターゲットは大きいほど工程効率が良いが、電流およびバイアス電圧が大きい場合、回転制御が難しいことがある。ターゲットに供給される電流が８０Ａ以下、バイアス電圧が１００Ｖ未満の場合、ターゲットの大きさが３インチ以上であれば、微細組織の変化がない。しかし、ターゲットの大きさが３インチ未満、例えば、２インチの場合、微細組織の変化が発生し、工程効率性が低い。ターゲットの大きさは１０インチ以下であってもよい。ターゲットの大きさが１０インチより大きい場合、製造が難しく、ターゲットの歩留まりが減少することがある。例えば、ターゲットは３インチ～５インチの大きさを有することができる。５インチターゲットの効率は、３インチターゲットの効率より高い。ターゲットに供給される電流が８０Ａ超過、またはバイアス電圧が１００Ｖ以上の場合、ターゲットの大きさが５インチ以上でかつ、アーク回転するように磁場で電流を制御する場合、微細組織の変化がない。さらに、電流が８０Ａ超過、またはバイアス電圧が１００Ｖ以上で、ターゲットの大きさが４インチでかつ、アーク回転磁場を有する場合、微細組織の変化がない。これによって、電流が８０Ａ超過、またはバイアス電圧が１００Ｖ以上で、ターゲットの大きさが４インチ以上でかつ、アーク回転磁場を有する場合、微細組織の変化がない。この場合も、ターゲットの大きさは、製造性およびターゲットの歩留まりを考慮する時、１０インチ以下であることが好ましい。

【0050】

アークイオンプレーティング工法を活用した事故耐性核燃料に適用される被覆管２０の耐酸化物質蒸着工程において、被覆管２０の微細組織が変化すると、機械的物性と腐食特性に影響を与えるので、事故耐性核燃料に使用される被覆管２０の性能目標を達成しにくい。一実施例は、ジルコニウム合金のアークイオンプレーティング技術を適用したコーティング技術において、コーティング層と母材との間の接着力を向上させ、緻密な高品質のコーティング層の積層が可能でかつ、母材の性能変化がないコ－ティング技術を実現することができる。事故耐性核燃料は、現在、ＥＵタクソノミーの２０２５年以降の稼働原子力発電所には事故耐性核燃料を適用しなければならないという基準により、今後すべての稼働原子力発電所に適用することが必要である。したがって、稼働原子力発電所に事故耐性核燃料被覆管の適用は避けられず、一実施例は、事故耐性核燃料被覆管の製造に関連する核心技術で、稼働原子力発電所の安全性の向上だけでなく、技術保有による経済的効果が大きいと期待される。

【0051】

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】