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大学発 研究成果・テーマ情報 |
福岡工業大学 工学部 知能機械工学科 教授 材料の疲労およびクリープ特性評価による高信頼性材料の開発シーズの概要
耐熱金属、セラミックコーティング、複合材料などの力学特性と微視構造の関係に関する研究を行っています。例えば、耐熱軽金属を開発するため、ナノサイズの粒子と、マイクロサイズの短繊維や粒子の複合強化Al基複合材料のクリープなど力学特性について研究し、ナノ粒子と転位との相互作用により耐クリープ性の向上と、マイクロ強化相の応力伝達機構によりヤング率の増加と役割分担作用により耐熱性の高い材料の開発方法を示しました。 一方、セラミックス基複合材料の疲労に関する研究について、マトリックス中にき裂が存在するため、繊維とマトリックス界面ですべりが生じ，繊維コーティング層の摩耗機構によって剥離が助長され、界面すべり抵抗が減少することがSiC⁄SiCセラミックス基複合材料の疲労損傷機構であると明らかにした。したがって、金属やセラミックス基複合材料の力学特性、損傷過程および破壊機構を解明することに基づき、新耐熱複合材料の開発と工学的設計への指針を示した。 
最近、界面のナノメートルオーダーの力学現象が巨視的な挙動に及ぼす影響について、特に航空エンジンの燃焼器ライナーおよび翼の遮熱コーティングの界面設計および評価について、新たな発想のもとに実験的研究に取り組んでいる。 産業技術化の背景と実用可能な分野航空や発電用ガスタービンの熱効率を改善し、燃料を節約したりCO2などの有害廃棄物を減少するためには、燃焼温度を高くすることが有効である。ガスタービン動静翼や燃焼室ライナーなどの部品に用いられている耐熱性に優れたNiまたはCo基超合金の耐熱性には限界があり、さらに高い温度で使用するために、超合金の表面に100-300μm程度の酸化物セラミックスの遮熱コーティング(TBC: Thermal Barrier Coating)が設けられている。この遮熱コーティングにより、超合金の表面温度を約100-200℃低下することができる。しかし、実使用環境下では、遮熱セラミックスコーティング自体の破損や超合金から剥離するなどの損傷が生じ、タービンの破損に至るために、使用中に実構造部材レベルでの遮熱コーティングの信頼性を保証するための評価技術の開発が重要な課題となっている。 シーズ提供者のコメント材料の耐熱性や耐疲労性或いは構造の信頼性設計に関するニーズを対応したいと思います。ご希望があれば、お気軽に相談してください。 シーズ提供大学
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