吉見 享祐

モリブデン基超高温材料MoSiBTiC合金（耐熱温度1400℃）の設計思想やノウハウを活かしながら、耐酸化性に優れた、全く新しい超高温金属マトリックス複合材料（超高温ＭＭＣ）の先導研究を行う。

MoSiB基合金を先進的アイディアでデザインすることによって、溶解鋳造プロセスによって製造可能で、高温クリープ強度や破壊靭性に優れ、しかもNi基超合金に匹敵する耐酸化性を兼備えた、無冷却の高圧タービンブレードを実現可能とする新規なモリブデン基超高温材料を創出する。

１．研究の背景 2011年3月11日以降、原子力発電の安全性に大きな疑問が寄せられる一方、石油資源の枯渇や二酸化炭素排出削減等、電力需給、ひいては地球環境問題の解決に向けて、我が国は抜本的な技術改革を迫られている。現在、ガスタービン型発電機やジェットエンジンの心臓部である高圧タービンブレードには、最も優れた高温材料であるニッケル基超合金が使用されている。しかし、ニッケル基超合金の融点は1450℃程度であり、このことによってエネルギー変換効率は45％程度に停まっている。エネルギー効率をさらに高めるには、1500℃以上の超高温状態で稼働する新しいエネルギー変換システムを開発する必要があり、そのためにはニッケル基超合金の融点や高温特性を凌ぐ、新しい超高温材料の創製とその実用化が不可避である。 ２．研究の目標 高融点化合物で強化されたモリブデン材料を新たに探査・合成し、1500℃以上の超高温下で、その超高温特性および耐熱メカニズムを明らかにする。それによって、ニッケル基超合金の高温特性を凌ぐ、究極の耐熱性を有する新しい超高温材料を創製する。 ３．研究の特色 冷却や熱遮蔽コーティングが無くても、1500℃以上の超高温状態で良好な耐熱特性を発揮する超高温材料を、高融点金属モリブデンを使って世界で初めて提案する。大型試料の合成プロセスや超高温材料試験法など、超高温材料の研究推進に障害となる様々な問題点を、先駆的超高温技術の導入により解決する。 ４．将来的に期待される効果や応用分野 航空機のジェットエンジンや火力発電プラントのガスタービンは、高出力化の一方でエネルギー効率が理想的なレベルから乖離し、エネルギー損失は増大する傾向にある。超高温材料の提案は、高性能な次世代型エネルギー変換システムの創成につながり、航空・宇宙産業や発電分野で大きなブレークスルーを生み出す。

C60などのフラーレン類が、ステンレス鋼をはじめとする合金鋼に対して最も効率的かつ効果的に浸炭する条件の探査を通して、フラーレン類が合金鋼に500℃前後で浸炭するメカニズムを解明する。またその成果に基づいて、浸炭に適したフラーレン原料とは何かを明らかにし、低温固体浸炭用のフラーレン類の調整方法ならびにそれらフラーレン類を使った合金鋼に対する新規な低温固体浸炭技術の開発を進める。

オーステナイト鋼をはじめとする合金鋼に対してフラーレンを使った低温固体浸炭挙動を調査し、パラ平衡状態で固溶した過飽和炭素によって表面硬度を劇的に向上（Hv800以上）させる効率的な浸炭プロセスを開拓する。また、従来の固体浸炭、また液体浸炭、ガス浸炭との浸炭メカニズムの相違を明らかにし、新規な低温“固体”浸炭プロセスを提案する。

NiAl金属間化合物の特異な熱的性質を利用して、NiAl単結晶の表面に熱処理のみで大きさ・密度・形状を原子レベルで制御した無数のナノ孔を作り出し、ナノ物質を捕獲し固定化するための金属製ナノテンプレートへ応用するための作製技術の確立を目標とする。1〜5nmのナノ物質を効果的に捕獲・固定化しナノ計測に供するために、本研究ではナノ孔の平均サイズを5〜10nmに制御するための最適条件を探索し、テンプレートを作り上げるための作製プロセスの提案を行う。

モリブデンおよびモリブデン基金属間化合物からなる新規超高温材料の開発とその高温力学特性ならびに高温酸化特性の調査

金属間化合物の結晶塑性とその温度依存性, 運動転位の形態やその安定性に関する基礎研究