次世代遮熱/耐環境性コーティング材のCMAS損傷シミュレーション技術の構築

• Project/Area Number: 21K14414
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Japan Fine Ceramics Center
• Principal Investigator: 河合 江美 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 研究員 (80781450)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 遮熱/耐環境コーティング / CMAS融液浸透試験 / 高分解能SEM-EDS / 浸透機構 / 遮熱/耐環境性コーティング / CMAS損傷 / 融液浸透シミュレーション

Outline of Research at the Start

高圧タービンの使用温度の高温化とともに，火山灰や砂などの微小な無機不純物(CMAS)による遮熱/耐環境コーティング(T/EBC)の損傷が問題となっている．この課題を解決するために，本研究では，T/EBCとCMASとの反応，およびT/EBC層内へのCMAS融液浸透との連成解析を可能にする計算スキームを構築する．本技術により，CMAS融液浸透の抑制に効果的な次世代T/EBC構造の提案が可能になるとともに，一般産業分野において溶融物と接触する構造部材の寿命予測・耐久性向上への貢献も期待できる．

Outline of Annual Research Achievements

高圧タービンの使用温度の高温化とともに，火山灰や砂などの微小な無機不純物(CMAS)による遮熱/耐環境コーティング(T/EBC)の損傷が問題となっている．この課題を解決するために，本研究では，熱力学平衡計算(T/EBC材‐CMAS融液間の反応)と有限要素法(FEM)による流体計算(微細構造を考慮したT/EBC層内へのCMAS融液の浸透)の連成解析を可能にする計算スキームを構築することを目的とする．
計算スキームの妥当性を検証するためには，実験により得られる融液浸透挙動との比較が重要である．そこで，次世代のT/EBC材として期待されるYb2Si2O7焼結体に対して，熱衝撃試験炉を活用したCMAS融液浸透試験を実施した．試験時間が異なる焼結体断面を，エネルギー分散型X線分光器を搭載した高分解能透過型電子顕微鏡を用いて観察・分析し，CMAS浸透深さの時間依存性を明らかにし，融液浸透機構を推察した．