250°C/2時間で成形されたZrB2–HfC–SiC/ジシアンベンゼンハイブリッド超高温材料の調製と構造進化
Preparation and Structural Evolution of ZrB2–HfC–SiC/Dicyanobenzene Hybrid Ultra-High-Temperature Materials Moulded at 250 °C/2 h
2000°Cを超える極限温度環境に不可欠な超高温材料(UHM)は、その製造プロセスの困難さから実用化が遅れていた。航空機のノーズコーンの低コスト・耐アブレーション要求に応えるため、高炭化収率の1,2-ジシアンベンゼン(DCB)バインダーを用いたZrB2–HfC–SiC複合材料の製造法が提案された。この方法は、わずか250°C(2時間、20MPa)の低温成形を可能にする。高温酸化環境下で、DCBマトリックスはセラミック粉末とin situで熱分解・共焼結し、多層の自己保護構造を形成する。構造と温度の関係マップが確立され、自己修復と耐アブレーションのメカニズムが解明された。このハイブリッド材料は、優れた曲げ強度、耐アブレーション性、熱安定性を示し、低温加工性と超高温(2600°C)耐久性の両立を実現し、次世代熱保護システムへのスケーラブルな道を提供する。
- ZrB2–HfC–SiC複合材料に対し、高炭化収率の1,2-ジシアンベンゼンバインダーを用いた低温成形法(250°C、2時間、20MPa)が提案された
- 本ハイブリッド材料は2600°Cの超高温環境でも耐久性を示し、優れた曲げ強度・耐アブレーション性・熱安定性を実現した
- 低温加工性と超高温耐久性の両立により、次世代熱保護システムへのスケーラブルな製造が可能となる
本成果は、超高温材料(UHM)の実用化における最大の障壁であった高温高圧成形を、わずか250°C・2時間という低温プロセスに置き換えた点が極めて重要。既存のUHM製造は2000°C級の焼結が必要でコストと設備が膨大だったが、DCBバインダーを用いた本手法は大幅な低コスト化と量産性向上をもたらす可能性がある。航空宇宙向け熱保護システムなど、国防・民間双方の需要が大きい分野でのサプライチェーン変革につながり得るため、材料メーカーや航空機部品サプライヤーの競争力に影響を与える可能性に注目したい。