超高温域で使用できる耐熱材料の技術動向と耐熱表面処理

発電用ガスタービン、あるいは航空用ガスタービン (ジェットエンジン) の最高運転温度はすでに1,500 ℃を超えている。それらの心臓部である燃焼器、静翼、動翼などに用いられる現用の最高の材料はニッケル、あるいはコバルトを主成分とする超耐熱合金 (いわゆる超合金) であるが、それらが実用可能な温度は、最高級のニッケル基単結晶合金でも1,000 ℃をあまり超えることはできず、金属温度を1,000 ℃以下に保つための“冷却システム”の利用は不可欠となっている。一方、地球温暖化防止に対応して二酸化炭素排出量を減らすことが急務とされ、また化石燃料の枯渇、燃料コスト削減などの観点からも、高温機器の熱効率を一層改善することが求められており、それには機器の運転温度を可能な限り高めることが必要である。そのような超高温の環境においても、冷却を強化すれば、超合金の使用も引き続き可能ではあるが、数ポイントの熱効率低下は避けられない。 超合金は、20世紀の後半以降、すばらしい発展を遂げてきたが、その融点 (純ニッケル:1455 ℃) を考えるだけでも、その開発はすでに限界が近いと言わざるを得ない。このような背景から、超合金に替わる新たな耐熱材料、つまり1,000 ℃以上の超高温領域で冷却せずに、あるいは冷却を最小限に抑制できる新しい材料の開発は急務である。 そのような材料を「超高温材料」と呼び、金属系、セラミックス系、および複合材料などのいろいろな分野から研究開発が行われている。またそれらの素材の耐酸化・耐食性を一層高めるための表面被覆 (コーティング) 技術の進歩も著しい。
本講では、上記の応用分野を中心とする超高温材料へのニーズの見通し、それらに対する各種材料の開発と実用化の状況を展望し、併せて耐食・耐熱性の確保を目的とする遮熱コーティングなどの技術動向について概説したい。

1. はじめに ― 超合金・超高温材料のニーズ分野の動向 超合金・超高温材料に求められる特性
2. 超合金の素晴らしい発展の経過と、見えて来たその限界
3. 超高温材料として期待される材料の開発動向
   1. 金属間化合物
   2. 高融点金属の合金
   3. セラミックス
   4. 複合材料
      • PMC (有機材料基複合材料)
      • MMC (金属基複合材料)
      • CMC (セラミック基複合材料) ・・とくに連続繊維強化CMC
      • C/Cコンポジット (炭素繊維強化/炭素複合材料)
4. 耐酸化・耐食性の改善を目的とするコーティング技術の開発動向 遮熱
5. 超高温材料の研究開発上の課題
6. おわりに
• 質疑応答・名刺交換