8.5 超高温材料の開発

8.5.1 研究開発目標

　ＷＥ−ＮＥＴ計画では、水素利用技術の一つとして環境保全性に優れ、画期的な高効率（55〜60％）が期待できる水素燃焼タービンの研究開発を行っている。超高温材料技術については、既存材料の改良や革新により、水素燃焼タービン部品への応用に必要な超高温材料を明らかにするため、各種材料の加工技術、材料特性評価ならびに構造設計適用の基礎的検討を行うことを目標としている。
　平成６年度は、水素燃焼タービンヘの適用可能性が期待される耐熱合金、金属間化合物、セラミック系複合材料および炭素系複合材料を対象に、平成５年度に抽出した技術的課題を踏まえ、材料設計・試作ならびに試験・評価を行い、これら超高温材料の基本特性と今後改善すべき問題点を明らかにした。

8.5.2 研究成果概要

(1) 高性能超合金単結晶およびハイブリッド冷却翼用材料の開発

• 単結晶超合金（ＳＣ）を改良したTMS63Mod.を試作し、現用最先端の第２世代ＳＣと同等の強度を有することを確認した。
• ２種類の中空多孔質織物を試作し、有機繊維の加熱焼却で作製したものを選択するとともに、それにＳｉＣを付与してＦＲＣ（繊維強化セラミック）を試作し、ＦＲＣ成形の基礎技術を確立した。

(2) ＯＤＳ合金冷却翼および遮熱コーティングの研究

• 気孔率制御遮熱コーティングの構造モデルを考案するとともに、各材料の選定後コーティング施工を試み、改善すべき問題点を明らかにした。
• 静翼材料の候補とした酸化物分散強化（ＯＤＳ）合金の高温酸化特性（1,150℃大気中）並びに多孔質コーティング被膜の流膜の流量特性を評価した。

(3) 金属間化合物の研究開発

• 高融点金属間化合物MoSi₂を対象に、その機械的性質と耐酸化性を向上しうる添加元素を選定するとともに、製造プロセスとして溶解法と粉末法について検討し、組成制御の可能な粉末法が有望であることを明らかにした。
• 試作材の高温酸化（1,700℃大気中）および中温域酸化（500℃大気中）を行って、それぞれの耐酸化特性を明らかにした。

(4) セラミック系複合材料の開発

• 長繊維ＳｉＣ／ＳｉＣ複合材料試作材の高温加熱試験（1,300、1,500、1,600℃大気およびアルゴン中）を行って、耐酸化・熱劣化特性を評価し、その問題点と対策案を明らかにした。
• Al₂O₃、ZrO₂およびY₂O₃によるコーティング材を試作し、大気中加熱試験（1,300℃）を行って耐酸化特性を明らかにした。

(5) セラミック系多重構造材料の開発および超高温複合環境下破壊挙動解析技術

• 多重構造セラミックの基本概念を提示するとともに、芯部材の候補であるＳｉＣ繊維／Si₃N₄＋ＴｉＮ複合材料を試作し、その高靭性化ならびに破壊検知機能付与の可能性を明らかにした。
• 超高温水蒸気・水素環境下腐食試験装置の雰囲気供給系を作製し、Al₂O₃／ＳｉＣおよびＳｉＣを対象に腐食試験ならびに腐食後曲げ試験を行って、両者の耐食性・強度劣化挙動は同等であることを明らかにした。

(6) ３次元織物繊維強化複合材料の開発研究

• ３次元織物繊維強化Ｃ／Ｃ複合材ならびに３次元織物繊維強化セラミック系複合材の強化繊維候補材、繊維配向等を検討した後、試験材を試作して、2,000℃における曲げ強度を含む基本強度特性を明らかにした。

(7) 超高温材料基本特性評価技術の開発

• 力学特性に関しては、Ｃ／Ｃ材の高温繰り返し荷重負荷試験を行い、繰り返し荷重負荷による強度変化を明らかにするとともに、クリープ試験におけるひずみ計測法の改良を進めた。
• 物理特性に関しては、Ｃ／Ｃ材を対象に熱物性計測法を一部改善するとともに、高温における材料の組織構造や反応挙動を解析する手法として高温Ｘ線回折試験の有用性を明らかにした。
• 化学特性に関しては、耐酸化性に及ぼす雰囲気組成効果ならびに気流効果が試験評価できるように既設設備の改良を行った。