| Project/Area Number |
22K14152
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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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, 講師 (70844439)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | ハイエントロピー材料 / 合金溶融含浸 / セラミックス基複合材料 / 多元素セラミックス / 酸化挙動 / ハイエントロピーセラミックス / 耐熱材料 / 溶融含侵 / 材料設計 / 熱力学計算 |
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| Outline of Research at the Start |
熱力学計算により組成を最適化した5種類以上の耐熱金属からなるハイエントロピー合金を溶融・含浸し，炭素繊維と炭素からなる前駆体と反応させることで，耐熱ハイエントロピーセラミックス複合材料を作製するプロセスを確立する。作製した新規耐熱複合材料は，2000℃の酸化雰囲気に曝露した際に，従来の超高温セラミックスの減肉量である400μm以下であることを示す。
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| Outline of Final Research Achievements |
The objective of this study is to develop multi-element ceramic matrix composites (MECMCs) as components of hypersonic vehicles, which are attracting attention as an innovative next-generation transportation system, by the combination of calculation thermodynamics and experiments. high-entropy alloy melt-infiltration methods using the Ti-Zr-Hf-Nb-B and Ti-Zr-Hf-Nb-Si systems is designed by using calculation phase diagrams and MECMCs are successfully obtained. Arc-wind tunnel tests simulating an oxidizing atmosphere with a maximum temperature of about 2500℃ reveal that the surface recession by ~10-15% is observed. The result shows that the recession of MECMCs is prevented in comparison with a conventional aerospace heat resistant material (C/C: carbon fiber reinforced carbon composites).
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では従来の航空宇宙用耐熱材料のように炭素の損耗やSiO2の被膜形成に頼ったコンセプトとは異なる損耗抑制メカニズムを発現する材料を創成した。材料設計に情報科学と熱力学の融合である計算熱力学を取り入れることで，5~6元系という複雑な材料系でも研究期間内に材料プロセスの確立という学術的意義を実現できた。この材料は次世代輸送システムとして音速の5倍以上で飛行する極超音速機用部材として魅力的な候補であり，輸送時間の短縮と効率化，省エネ化という社会的意義の達成に貢献できると考えられる。
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