Development of refractory high-entropy structural materials with oxidation resistance by thermodynamic mechanism

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K23496
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• 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
• Research Institution: Tokyo University of Science
• 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)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2021-03-31
• 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

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.

Free Research Field

材料力学，熱力学

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。