Development of refractory high-entropy structural materials with oxidation resistance by thermodynamic mechanism
| Project/Area Number |
19K23496
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0301:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, fluid engineering, thermal engineering, mechanical dynamics, robotics, aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
Arai Yutaro 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 助教 (70844439)
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| Project Period (FY) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | ハイエントロピーセラミックス / セラミックス基複合材料 / 酸化 / 溶融含浸 / セラミックス複合材料 / ハイエントロピーセラミックス複合材料 / 耐熱材料 / 耐熱金属溶融含浸 / 高エントロピーセラミックス / 耐熱構造材料 |
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| Outline of Research at the Start |
音速の7～10倍で飛行する極超音速機の耐熱構造材料として、2000℃以上の酸化雰囲気で材料自身が酸化を抑制する構造材料を実現する。酸化雰囲気において表面に被膜の形成が必要な従来材料で問題となる被膜の消失に伴う部材の減肉を抑制するために、炭素繊維と耐熱高エントロピーセラミックス(RHECs: Refractory High-Entropy Ceramics)を複合した炭素繊維強化RHECs(C/RHECs)を創生し、表面被膜の形成に頼らずに、熱力学的に材料の酸化損耗を抑制するための新たな設計指針を提案し、効果を実証する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Hypersonic vehicles with cruising at Mach 7-10 attract attention as an advanced transportation system. Components of hypersonic vehicles are heated at 1800-2200°C in oxidizing atmosphere owing to aerodynamic heating during operation.
In the present study, carbon fiber reinforced refractory high-entropy ceramics composites (C/RHECs) is fabricated and hot corrosion of them is evaluated. The result of exposure at 1800-1900°C reveals the suppression of oxidation is realized by the increase of mixed entropy.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
従来，酸化の抑制とは酸素を透過しにくい被膜を形成させることであった。被膜としてSiO2は1700℃程度までは極めて有効であったが，それ以上の温度では蒸発することが問題であった。本研究では従来の設計思想とは全く異なり，混合エントロピーが増大した耐熱セラミックス複合材料を作製した。これを1800℃以上の酸化雰囲気で曝露し，エントロピーの増大が酸化の抑制に効果的であることを示し，耐熱材料の設計においてエントロピーが有効であることを示した。超高速輸送システム(極超音速機)の部材は2000℃程度に曝露されるため，この新しい材料の創成により，材料設計における選択肢が大きく広がったと言える。
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Report
(3 results)
Research Products
(2 results)
