Fabrication of High Entropy Ceramics and Application for Thermal protection materials

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18782
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Inoue Ryo 東京理科大学, 工学部機械工学科, 准教授 (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: コーティング / 他元素セラミックス / 熱防御システム / 熱伝導 / 熱膨張 / アーク風洞

Outline of Final Research Achievements

High entropy ceramics were developed by mixing five kinds of oxide powders. ZrO2-based high entropy ceramics were successfully fabricated by reaction at high temperature. Material properties were evaluated using bulk samples by SPS. Thermal conductivity of the dense sample is less than 1W/ml. Powders were coated on C/C and UHTCMC using aerosol deposition method. Hardness of the substrate is important factor in the coating process. The coatings were successfully fabricated on the substrate under optimum condition. Recession of the coating on UHTCMC was also evaluated using arc-wind tunnel facility. The thickness of the coating/substrate system was not changed even after the heating above 2000℃.

Free Research Field

複合材料工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

多元素化されたセラミックスの機能性に注目が集まっているが、耐熱材料としての応用と性能を向上させるための学術的指針は存在しない。本研究では一般的なセラミックスの一つであるZrO2を基本としたセラミックスコーティングを多元素化し、これまでにない性能を有する熱防御システムを完成させた。材料は基材も含め当該課題で開発された国際的に見ても高性能なものである。極超音速や宇宙往還機といった未来の輸送システムには既存の耐熱材料を超える材料が必要とされており、本研究の成果は未来の社会基盤技術となりうる。