2021 Fiscal Year Annual Research Report
Challenge in inventing environmental barrier coating with permanent self-crack healing ability for gas turbine
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18K14086
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| Research Institution | Kushiro National College of Technology |
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Principal Investigator |
NGUYEN THANHSON 釧路工業高等専門学校, 創造工学科, 講師 (00797235)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自己修復 / 耐環境材料 / ガスタービンエンジン / 炭化ケイ素 / 熱処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究成果と基づき、Yb2Si2O7と2つのSiCフィラー類（ウィスカーとナノ粒子）の複合材料を製造した。その後、それらの亀裂治癒能力を調査した。空気中800℃で亀裂治癒が起こり得ることが確認された。15分間焼鈍した後、ほとんどすべての亀裂は完全に治癒した。２つのSiCの形態を組み合わせることで、効果的な自己修復能力と強度向上の両方を同時に備えた複合材料を提供する。SiC微粒子の含有量が多いほど、自己修復効果が高いことが分かった。一方、SiCウィスカーの含有量が多いほど、曲げ強度は大きくなる。これらの結果は、ガスタービンブレードの耐熱・耐環境コーティング層（T/EBC）や摩擦溶接など多くの自己修復のアプリケーションを促進する可能性がある。
更に、T/EBCの材料に対して、Yb2Si2O7より安価材料Y2Ti2O7の作製も試し，それの自己修復機能を確認した。具体的には、Y2Ti2O7/TiN複合材のコーティング層を製造した。その後、空気中での複合材料の焼鈍しの熱処理がTiN粒子のTiO2への酸化につながり、これが表面の亀裂を修復できる体積膨張に関連がある。その結果、複合材料の曲げ強度は一部に回復した。Y2Ti2O7/TiN複合材料の再生可能な自己修復能力が確認された。複合材料を空気中で焼鈍しにより、亀裂が少なくとも２つ目のサイクルまで修復された。これらの楽観的な結果で、本事業の「永続的な自己修復特性を備えた複合材料の開発」という最終的な目標を達成したことを示す。
上記の研究成果を国際会議に報告した（招待講演１報）。更に、研究成果を基づき、2本の論文を作成し学術ジャーナルに公表した。特に、Advanced Materials Interfacesジャーナルに掲載された論文が高く評価され、ジャーナルの表紙に選択された（DOI:10.1002/admi.202170126）
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