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【新春特集】新世紀耐熱超合金・耐熱コーティング技術
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はじめに
Introduction
--------------------------------------------------------------------------------
原田広史((独)物質・材料研究機構 超耐熱材料センター センター長;ロールス・ロイス航空宇宙材料センター コーディネータ)
--------------------------------------------------------------------------------
耐熱コーティングシステムの開発と性能評価
Development and Performance Evaluation of High-temperature Coating Systems
--------------------------------------------------------------------------------
吉葉正行(首都大学東京 大学院 理工学研究科 機械工学専攻 教授)
髙橋智(首都大学東京 大学院 理工学研究科 機械工学専攻 助教)
ガスタービンやジェットエンジンなどの高温部材に適用される耐熱コーティングは,従前の付加的な要素技術から現在ではシステム全体の性能を直接支配する必須要素となっており,従来以上に過酷な複合負荷条件下で優れたパフォーマンスが要求されている。本稿では,遮熱コーティングを含めた耐熱コーティング技術の歴史的変遷とプロジェクト研究などの最新動向を紹介するとともに,実用的観点から今後重要な問題となる,損傷事例解析に基づく“システム”としての耐熱コーティングのリスクベース最適設計の考え方,さらには将来に向けた技術課題などについて言及する。
【目次】
1. はじめに
2. ガスタービン用耐熱コーティングの技術展開
2.1 耐熱コーティング技術の歴史的変遷
2.2 最近の研究開発動向
(1) コーティング界面のナノキャラクタリゼーション
(2) ナノコーティング技術プロジェクト
(3) EQコーティング
(4) 拡散バリア型ボンドコート
(5) 1700℃級ガスタービンの要素開発研究
3. 耐熱コーティングシステムの損傷解析とリスクベース設計
3.1 ガスタービン高温部材における要求特性
3.2 各種損傷要因と損傷様式
3.3 耐熱コーティングシステムの合理的設計に向けて
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
耐熱材料およびコーティングの破損:新しい設計と制御に向けて
Failures of Superalloys and Coatings:For a New Design and Controlability
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岡崎正和(長岡技術科学大学 工学部 教授)
本稿では,超合金およびそれらを基材としたコーティング部材の高温における強度評価と信頼性確保に関連し,寿命特性を評価する際に必要とされる学術的基礎事項を紹介しながら,新規設計手法や長時間耐久性・信頼性管理手法開発に向けた考え方と,現状の問題点を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 内部応力と熱応力
2.1 温度分布と熱応力
2.2 コーティング部材に発生する熱応力
3. 熱疲労,熱機械的疲労
3.1 熱疲労と位相条件
3.2 実験室レベルでの再現方法
4. 熱疲労破損の特徴と実際
4.1 破損寿命に及ぼす因子
4.2 熱疲労と高温低サイクル疲労
4.2.1 多くの材料にみられる一般的特徴
4.2.2 単結晶超合金にみられる特徴
4.2.3 材料を複合化したときにみられる特徴
5. おわりに
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航空エンジンへの耐熱材料適用技術
Application Technologies of High Temperature Materials for Aero-engines
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佐藤彰洋((株)IHI 技術開発本部 基盤技術研究所 材料研究部 副主任研究員)
航空エンジンの特性向上に対する耐熱材料の寄与は非常に大きく,耐熱材料の開発と適用への期待は大きい。現在,Ni基単結晶超合金が高圧タービン翼の主流として用いられている。本稿では,航空エンジン各部の使用環境と耐熱材料への要求特性をまとめ,Ni基単結晶超合金の適用技術とその課題について概説する。
【目次】
1. はじめに
2. 航空エンジン各部の使用環境と高圧タービン動翼の構造
3. Ni基単結晶超合金のタービン翼への適用技術
3.1 Ni基単結晶超合金
3.2 鋳造技術
3.3 熱処理技術
4. Ni基単結晶超合金のタービン翼への適用技術の課題
4.1 Ni基単結晶合金の課題
4.2 鋳造技術の課題
4.3 熱処理技術の課題
4.4 その他の課題
5. おわりに
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産業用中小型ガスタービンの高効率化と材料技術
Efficiency Improvement of Medium-size Industrial Gas Turbine and Material Technology
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武浩司(川崎重工業(株) ガスタービンビジネスセンター 技術総括部 ガスタービン開発部 部長)
松崎祐司(川崎重工業(株) ガスタービンビジネスセンター 技術総括部 要素技術部 材料技術課 課長)
ガスタービンエンジンの性能向上はタービン入り口温度(TIT)の上昇によるところが大きく,ガスタービンエンジンの性能向上の歴史はそのまま高温材料開発および冷却技術開発の歴史ともなっている。本論文では産業用中小型ガスタービンを例にとって,高効率化と材料技術の現状,課題を紹介した。
【目次】
1. はじめに
2. 産業用ガスタービンのタービン高温化と材料技術の変遷
3. 精密鋳造技術
3.1 タービン冷却翼
3.2 タービン無冷却翼―単結晶材の利用
3.3 単結晶精密鋳造ブレードの設計
3.4 単結晶精密鋳造品のその他の課題
4. コーティング技術
5. 新世紀耐熱合金の実用化に向けて
6. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
耐熱材料の将来展望
Forecast the Future of Heat-Resisting Materials
--------------------------------------------------------------------------------
田中良平((株)超高温材料研究所 本社 技術顧問)
中山裕敏((株)超高温材料研究所 岐阜事業所 副所長 兼 技術部長)
高温で運転される機器・装置の構成材料として耐熱材料は必要不可欠であるが,航空・宇宙関連とともに,特に発電用ガスタービンなどのエネルギー関連分野においてニーズは拡大しよう。二酸化炭素排出量の削減に向けた高効率化のために運転温度のいっそうの高温化は必須であり,その高温環境で冷却を皆無もしくは最小限にして利用可能な,いわゆる超高温材料の開発と実用化が急務である。
【目次】
1. はじめに
2. 金属間化合物
3. 高融点金属の合金
4. セラミックス
5. セラミックス基複合材料
6. 炭素/炭素系複合材料(C/Cコンポジット)
7. おわりに
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新世紀耐熱材料プロジェクト―CO2削減のための高温タービン材料開発―
High Temperature Materials 21 Project―Turbine Materials for Reduction of CO2 Emission
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原田広史((独)物質・材料研究機構 超耐熱材料センター センター長;ロールス・ロイス航空宇宙材料センター コーディネータ)
【目次】
1. はじめに
2. Ni基超合金への期待
3. タービン翼用Ni基超合金開発
3.1 単結晶超合金開発の現状
3.2 ジェットエンジンならびにガスタービンへの適用の可能性
4. EQコーティングの開発
5. タービンディスク用Ni基超合金開発
6. おわりに
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Material Report
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R&D
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セメントが超伝導に
Cement becomes Superconductor
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平野正浩(東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター 客員教授)
宮川仁(東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター)
金聖雄(東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター)
細野秀雄(東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター)
C12A7は絶縁性金属酸化物であり,アルミナセメントの一成分として広く使われている。C12A7格子中のナノケージに包接されている自由酸素イオンを電子で置換することにより,電子をドープすることができる。高濃度に電子を含むC12A7(C12A7エレクトライド)は金属的電気伝導を示し,低温では超伝導状態に転移することを発見した。本稿では,C12A7の特徴,エレクトライドの製法,電子構造,超伝導特性について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. C12A7とは
3. C12A7エレクトライド
4. C12A7エレクトライドの電子構造
5. C12A7の超伝導
6. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
エポキシ樹脂を利用した低コスト形状記憶樹脂の開発
Development of Inexpensive Shape Memory Polymers using Epoxy Resins
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宇山浩(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授)
熱可塑性ポリマー存在下にエポキシ樹脂を硬化させる方法で,新しい形状記憶ポリマーが開発された。既存の形状記憶ポリマーと異なり,熱可塑性ポリマーとネットワークポリマーの自在な組み合わせから形状記憶機能が発現する。複数の熱可塑性ポリマーを組み込むことで,多様な刺激に応答できる。このような特徴を生かすことで,形状記憶ポリマーの新たな用途開発が期待される。
【目次】
1. はじめに
2. 形状記憶ポリマーの開発事例
3. 植物油脂-ポリ(カプロラクトン)複合材料
4. セミIPN型複合材料の形状記憶特性
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
連載 SPring-8の産業利用(17)
--------------------------------------------------------------------------------
電子秩序化型誘電体の共鳴散乱
Resonant X-ray Scattering Study for Electronic Ferroelectric
--------------------------------------------------------------------------------
池田直(岡山大学 自然科学研究科 教授)
【目次】
1. はじめに
2. 共鳴散乱実験について
3. RFe2O4の結晶構造
4. RFe2O4の強誘電体としての特性
5. Fe2+とFe3+の異常分散項
6. RFe2O4の共鳴散乱実験
7. 電子配列を起源とする強誘電体
8. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
Market data
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アスベスト対策ビジネスの市場動向
--------------------------------------------------------------------------------
【目次】
1. 概要
2. アスベスト対策技術
3. 市場規模
3.1 アスベストの市場規模
3.2 アスベスト除去市場
3.3 飛散性アスベスト廃棄物の処理状況
3.4 アスベスト除去市場の将来展望
4. アスベスト除去単価
5. 企業動向
(1) エーアンドエーマテリアル
(2) 東京トリムテック
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はじめに
Introduction
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原田広史((独)物質・材料研究機構 超耐熱材料センター センター長;ロールス・ロイス航空宇宙材料センター コーディネータ)
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耐熱コーティングシステムの開発と性能評価
Development and Performance Evaluation of High-temperature Coating Systems
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吉葉正行(首都大学東京 大学院 理工学研究科 機械工学専攻 教授)
髙橋智(首都大学東京 大学院 理工学研究科 機械工学専攻 助教)
ガスタービンやジェットエンジンなどの高温部材に適用される耐熱コーティングは,従前の付加的な要素技術から現在ではシステム全体の性能を直接支配する必須要素となっており,従来以上に過酷な複合負荷条件下で優れたパフォーマンスが要求されている。本稿では,遮熱コーティングを含めた耐熱コーティング技術の歴史的変遷とプロジェクト研究などの最新動向を紹介するとともに,実用的観点から今後重要な問題となる,損傷事例解析に基づく“システム”としての耐熱コーティングのリスクベース最適設計の考え方,さらには将来に向けた技術課題などについて言及する。
【目次】
1. はじめに
2. ガスタービン用耐熱コーティングの技術展開
2.1 耐熱コーティング技術の歴史的変遷
2.2 最近の研究開発動向
(1) コーティング界面のナノキャラクタリゼーション
(2) ナノコーティング技術プロジェクト
(3) EQコーティング
(4) 拡散バリア型ボンドコート
(5) 1700℃級ガスタービンの要素開発研究
3. 耐熱コーティングシステムの損傷解析とリスクベース設計
3.1 ガスタービン高温部材における要求特性
3.2 各種損傷要因と損傷様式
3.3 耐熱コーティングシステムの合理的設計に向けて
4. おわりに
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耐熱材料およびコーティングの破損:新しい設計と制御に向けて
Failures of Superalloys and Coatings:For a New Design and Controlability
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岡崎正和(長岡技術科学大学 工学部 教授)
本稿では,超合金およびそれらを基材としたコーティング部材の高温における強度評価と信頼性確保に関連し,寿命特性を評価する際に必要とされる学術的基礎事項を紹介しながら,新規設計手法や長時間耐久性・信頼性管理手法開発に向けた考え方と,現状の問題点を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 内部応力と熱応力
2.1 温度分布と熱応力
2.2 コーティング部材に発生する熱応力
3. 熱疲労,熱機械的疲労
3.1 熱疲労と位相条件
3.2 実験室レベルでの再現方法
4. 熱疲労破損の特徴と実際
4.1 破損寿命に及ぼす因子
4.2 熱疲労と高温低サイクル疲労
4.2.1 多くの材料にみられる一般的特徴
4.2.2 単結晶超合金にみられる特徴
4.2.3 材料を複合化したときにみられる特徴
5. おわりに
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航空エンジンへの耐熱材料適用技術
Application Technologies of High Temperature Materials for Aero-engines
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佐藤彰洋((株)IHI 技術開発本部 基盤技術研究所 材料研究部 副主任研究員)
航空エンジンの特性向上に対する耐熱材料の寄与は非常に大きく,耐熱材料の開発と適用への期待は大きい。現在,Ni基単結晶超合金が高圧タービン翼の主流として用いられている。本稿では,航空エンジン各部の使用環境と耐熱材料への要求特性をまとめ,Ni基単結晶超合金の適用技術とその課題について概説する。
【目次】
1. はじめに
2. 航空エンジン各部の使用環境と高圧タービン動翼の構造
3. Ni基単結晶超合金のタービン翼への適用技術
3.1 Ni基単結晶超合金
3.2 鋳造技術
3.3 熱処理技術
4. Ni基単結晶超合金のタービン翼への適用技術の課題
4.1 Ni基単結晶合金の課題
4.2 鋳造技術の課題
4.3 熱処理技術の課題
4.4 その他の課題
5. おわりに
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産業用中小型ガスタービンの高効率化と材料技術
Efficiency Improvement of Medium-size Industrial Gas Turbine and Material Technology
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武浩司(川崎重工業(株) ガスタービンビジネスセンター 技術総括部 ガスタービン開発部 部長)
松崎祐司(川崎重工業(株) ガスタービンビジネスセンター 技術総括部 要素技術部 材料技術課 課長)
ガスタービンエンジンの性能向上はタービン入り口温度(TIT)の上昇によるところが大きく,ガスタービンエンジンの性能向上の歴史はそのまま高温材料開発および冷却技術開発の歴史ともなっている。本論文では産業用中小型ガスタービンを例にとって,高効率化と材料技術の現状,課題を紹介した。
【目次】
1. はじめに
2. 産業用ガスタービンのタービン高温化と材料技術の変遷
3. 精密鋳造技術
3.1 タービン冷却翼
3.2 タービン無冷却翼―単結晶材の利用
3.3 単結晶精密鋳造ブレードの設計
3.4 単結晶精密鋳造品のその他の課題
4. コーティング技術
5. 新世紀耐熱合金の実用化に向けて
6. おわりに
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耐熱材料の将来展望
Forecast the Future of Heat-Resisting Materials
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田中良平((株)超高温材料研究所 本社 技術顧問)
中山裕敏((株)超高温材料研究所 岐阜事業所 副所長 兼 技術部長)
高温で運転される機器・装置の構成材料として耐熱材料は必要不可欠であるが,航空・宇宙関連とともに,特に発電用ガスタービンなどのエネルギー関連分野においてニーズは拡大しよう。二酸化炭素排出量の削減に向けた高効率化のために運転温度のいっそうの高温化は必須であり,その高温環境で冷却を皆無もしくは最小限にして利用可能な,いわゆる超高温材料の開発と実用化が急務である。
【目次】
1. はじめに
2. 金属間化合物
3. 高融点金属の合金
4. セラミックス
5. セラミックス基複合材料
6. 炭素/炭素系複合材料(C/Cコンポジット)
7. おわりに
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新世紀耐熱材料プロジェクト―CO2削減のための高温タービン材料開発―
High Temperature Materials 21 Project―Turbine Materials for Reduction of CO2 Emission
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原田広史((独)物質・材料研究機構 超耐熱材料センター センター長;ロールス・ロイス航空宇宙材料センター コーディネータ)
【目次】
1. はじめに
2. Ni基超合金への期待
3. タービン翼用Ni基超合金開発
3.1 単結晶超合金開発の現状
3.2 ジェットエンジンならびにガスタービンへの適用の可能性
4. EQコーティングの開発
5. タービンディスク用Ni基超合金開発
6. おわりに
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Material Report
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R&D
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セメントが超伝導に
Cement becomes Superconductor
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平野正浩(東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター 客員教授)
宮川仁(東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター)
金聖雄(東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター)
細野秀雄(東京工業大学 フロンティア創造共同研究センター)
C12A7は絶縁性金属酸化物であり,アルミナセメントの一成分として広く使われている。C12A7格子中のナノケージに包接されている自由酸素イオンを電子で置換することにより,電子をドープすることができる。高濃度に電子を含むC12A7(C12A7エレクトライド)は金属的電気伝導を示し,低温では超伝導状態に転移することを発見した。本稿では,C12A7の特徴,エレクトライドの製法,電子構造,超伝導特性について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. C12A7とは
3. C12A7エレクトライド
4. C12A7エレクトライドの電子構造
5. C12A7の超伝導
6. おわりに
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エポキシ樹脂を利用した低コスト形状記憶樹脂の開発
Development of Inexpensive Shape Memory Polymers using Epoxy Resins
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宇山浩(大阪大学 大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授)
熱可塑性ポリマー存在下にエポキシ樹脂を硬化させる方法で,新しい形状記憶ポリマーが開発された。既存の形状記憶ポリマーと異なり,熱可塑性ポリマーとネットワークポリマーの自在な組み合わせから形状記憶機能が発現する。複数の熱可塑性ポリマーを組み込むことで,多様な刺激に応答できる。このような特徴を生かすことで,形状記憶ポリマーの新たな用途開発が期待される。
【目次】
1. はじめに
2. 形状記憶ポリマーの開発事例
3. 植物油脂-ポリ(カプロラクトン)複合材料
4. セミIPN型複合材料の形状記憶特性
5. おわりに
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連載 SPring-8の産業利用(17)
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電子秩序化型誘電体の共鳴散乱
Resonant X-ray Scattering Study for Electronic Ferroelectric
--------------------------------------------------------------------------------
池田直(岡山大学 自然科学研究科 教授)
【目次】
1. はじめに
2. 共鳴散乱実験について
3. RFe2O4の結晶構造
4. RFe2O4の強誘電体としての特性
5. Fe2+とFe3+の異常分散項
6. RFe2O4の共鳴散乱実験
7. 電子配列を起源とする強誘電体
8. おわりに
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Market data
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アスベスト対策ビジネスの市場動向
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【目次】
1. 概要
2. アスベスト対策技術
3. 市場規模
3.1 アスベストの市場規模
3.2 アスベスト除去市場
3.3 飛散性アスベスト廃棄物の処理状況
3.4 アスベスト除去市場の将来展望
4. アスベスト除去単価
5. 企業動向
(1) エーアンドエーマテリアル
(2) 東京トリムテック
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