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研究成果/先進複合・軽量化材料 研究開発トップへ 2019年度の一覧へ

R-14
2019

ナノドメイン構造を利用した
遮熱コーティング材料の低熱伝導化




課題
従来の遮熱コーティング(TBC)開発においては、耐熱性に優れ、かつ結晶学的に隙間の多い構造を有する酸化物を対象にして、原子レベルのフォノン散乱による低熱伝導化が検討されてきた。しかし、より大きなスケールでのフォノン散乱の効果については全く注目されてこなかった。

解決手段
カチオン欠損ペロブスカイト型酸化物(RTa3O9)に対して、第一原理分子動力学計算による局所構造解析により、ナノレベルのドメイン形成が期待されるR元素種を絞り込むとともに、選択した酸化物を作製し構造解析と熱伝導性を評価することで、低熱伝導化に寄与するRTa3O9の結晶構造因子を抽出

成果・新規性
結晶内のナノドメイン形成によるTBC素材の低熱伝導化は“世界初
第一原理分子動力学計算により、Rイオン半径が小さいものほどTaO6八面体の傾斜が大きくなることを予測
TaO6八面体が交互に傾斜、かつ、正方晶系であるときにナノドメインを形成
高温において上記結晶構造因子を満足するRTa3O9 (R:Yb、Y)は、現行TBC素材を凌駕する低熱伝導性を発現


実験方法: 第一原理分子動力学計算、熱伝導率・線膨張特性の評価、リートベルト解析
RTa3O9におけるR-O結合距離(RO-TaO2面間)
の分布(第一原理分子動力学計算)
RTa3O9の熱伝導率の温度依存性



期待される市場・応用
航空機エンジン、ガスタービン等の遮熱コーティング材料

謝辞 本研究は、防衛装備庁H30年度安全保障技術研究推進制度委託事業の一環として実施したものである。


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