| 研究課題/領域番号 |
15360355
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
無機材料・物性
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
広崎 尚登 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 主席研究員 (80343838)
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| 研究分担者 |
西村 聡之 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 主幹研究員 (50354428)
田中 英彦 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, ディレクター (40343868)
高橋 純一 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (20261472)
山根 久典 東北大学, 学際科学国際高等研究センター, 教授 (20191364)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| 研究課題ステータス |
完了 (2005年度)
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| 配分額 *注記 |
15,100千円 (直接経費: 15,100千円)
2005年度: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2004年度: 4,900千円 (直接経費: 4,900千円)
2003年度: 6,900千円 (直接経費: 6,900千円)
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| キーワード | ガスタービン / 窒化ケイ素 / 粒界相 / 高温強度 / 酸化 / クリープ / 高温変形 / 希土類 / 結晶化 / 希土類元素 / ルテチウム / 耐熱性 / 窒化物 / ガス圧焼結 / 液相焼結 / 状態図 / 構造解析 |
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| 研究概要 |
窒化ケイ素セラミックスを次世代のエンジンであるガスタービンに適用することを目指して、ガスタービンの作動温度である1500℃の高温で使用できる材料を開発した。窒化ケイ素焼結体の耐熱性を向上させるには、「粒界相の量を低減させること」と「粒界相の融点向上」のアプローチが有効と考えられるので、本研究では高融点である希土類酸窒化ケイ素の液相成分を焼結助剤として用いて、極力その量を低減させることを目指し、希土類窒化物原料の合成、焼結設計に必要な相関系の検討、材料の合成と高温特性の評価、Lu添加系の窒化ケイ素焼結体の合成について研究を行った。
まず、実験に必要な原料であるLuNの合成法を確立し、Si_3N_4-SiO_2-LnN-Ln_2O_3系の相関系を明らかにした。また、合成した希土類酸窒化ケイ素の結晶構造を明らかにした。これらの基礎研究により得られたLu系高融点液相の知見をもとに、Lu系の高融点焼結助剤を用いた焼結手法の開発に取り組んだ。また、ガス圧焼結法を用いて添加量を低減させた焼結手法を開発し、従来は5%程度の添加量であったものを1%の少量の添加で緻密化することに成功した。次に、合成した窒化ケイ素セラミックスの、室温および高温の機械的性質を評価し、ガスタービンの評価基準に基づいた1400時間にわたるクリープ試験を行い、1500℃のクリープ耐久性を達成した。
本研究では、1500℃の高温環境で使用できる窒化ケイ素材料の開発に成功し、当初の目標を達成した。しかし、Si_3N_4-LnN-Ln_2O_3系の高窒素含有物質の合成には成功したものの、これらを大量に効率よく合成することが難しかったため、これらを助剤として用いた焼結体の合成は今後の課題である
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