2021 Fiscal Year Research-status Report

Fabrication of High Entropy Ceramics and Application for Thermal protection materials

Research Project

Project/Area Number	21K18782
Research Institution	Tokyo University of Science
Principal Investigator	井上遼東京理科大学, 工学部機械工学科, 講師 (60756295)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	長谷川誠横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (50376513) 新井優太郎東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 助教 (70844439)
Project Period (FY)	2021-07-09 – 2023-03-31
Keywords	ハイエントロピー材料 / ZrO2 / 熱防御材料 / アーク風洞 / 熱伝導
Outline of Annual Research Achievements	本研究ではこれまでにない熱防御性能を持ったセラミックス複合材料(CMC)と表面コーティングを生み出すことを目的としている。2021年度は熱防御システムの基材に使用する複合材料の作成とコーティング材料の作成を行い、基材に関してはアーク風洞試験を実施し熱防御性能を調べた。基材にはクロスプライ積層の炭素繊維強化炭素複合材料を使用するとともに高温での耐酸化特性向上を目的としZr-Ti合金を溶融含浸法によって含浸した。静的な酸化試験では酸化挙動の昇温速度依存性が見られた。アーク風洞試験を加熱率の異なる三条件で実施した。組成の異なる合金を含浸し、中でもZrリッチの基材において熱防御性能、損耗特性が優れていることを確認した。この材料に対して、今後セラミックスコーティングを実施する。新たなコーティング材料として、ハイエントロピーセラミックスの可能性の注目した。アーク溶解による検証を重ね、ZrO2系の酸化物セラミックスを5種類溶融することによって仕込み組成をほぼ維持した新たな材料を作製できた。この材料の熱伝導率はZrO2に比べて小さいものであった。これらの粉末をコーティング材料として利用するため、焼成炉を用いてコーティングに必要な量を作製するとともに、遊星ボールミルを用いて粉砕し細粒化した。得られた粉末を用いてエアロゾルデポジション法によって成膜を行った結果、膜厚にばらつきがあるものの良好な密着性、粉末の組成を変化させることなく成膜可能であることがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 基材の作成、コーティング用の粉末、成膜ともに期待通り順調に進展している。今年度10月に実施するアーク風洞試験にて、2000℃を超える環境での耐熱、耐酸化特性、耐損耗特性を調べる予定である。
Strategy for Future Research Activity	研究代表者、分担者が密に連携して実施する。膜厚の制御が課題だが、粉末の粒度分布をシャープにすることで解決見込みである。本研究の成果は今年度開催される日本セラミックス協会、日本機械学会、米国セラミックス協会にて発表予定である。