Materiales compuestos carbono/carbono dopados con titanio para su uso en la primera pared de reactores nucleares de fusión

Résumé

El actual modelo energético en el que se basa el consumo mundial presenta serios problemas desde el punto de vista ambiental y de suministro. Por ello, es necesario buscar nuevas formas de energía de bajo impacto ambiental y que garanticen el abastecimiento a largo plazo. La energía nuclear de fusión se perfila como una de las alternativas energéticas de futuro. Sin embargo, su elevada complejidad tecnológica hace que todavía se encuentre en fase de desarrollo. La presente memoria se enmarcó en un ambicioso proyecto Europeo New Materials for Extreme Environments (EXTREMAT). En él se estudiaron diferentes tipos de materiales para aplicaciones en ambientes extremos, con una parte dedicada al desarrollo de materiales para futuros reactores de energía nuclear de fusión, donde los materiales compuestos C/C se perfilan como candidatos idóneos para su uso en la primera pared. En este trabajo se plantea la preparación de materiales compuestos C/C fibroreforzados en dos y tres direcciones mediante la infiltración líquida con una brea de mesofase comercial. Con vistas a mejorar propiedades como la conductividad térmica se incorporan fibras de brea de mesofase de alto módulo y, como principal novedad, se propone la incorporación de carburo de titanio estudiando distintos procedimientos para conseguir una distribución y tamaño de partícula adecuados. Se estudia la influencia de las condiciones de procesado en la estructura y propiedades de los materiales obtenidos y se realiza un estudio comparativo entre los materiales dopados y no dopados, evaluando el efecto de la presencia del dopante en la estructura y propiedades del material. Por último, con el objeto de profundizar en el comportamiento de los materiales bajo las condiciones que tendrán que soportar en la cámara del reactor, se sometieron a distintos ensayos de erosión, tales como resistencia frente al choque térmico y fatiga térmica. La presencia del dopante trajo consigo una mejora notable en la conductividad térmica y en el comportamiento termomecánico del material.