研究開発された技術紹介

航空機エンジンの省エネルギー化の為、高温領域に使用する次世代の材料として軽量・高耐熱性を有するSiC/SiC複合材料が有望視されている。これまで開発されてきたSiC/SiC複合材料より高耐熱な材料を低コストで作製することが可能となる京都大学檜木准教授の特許技術を実用化する為にSiC織物技術、プリプレグ製造技術、プリプレグの形状付与技術、最終製品形状を見据えた複合材作製・評価技術の開発を行う。

・⼯業レベルで作製可能な⽅法で、形状付与にも対応する柔軟性の⾼いプリプレグを開発
・焼結条件の最適化を⾏い、開発したプリプレグを⽤いて低気孔率と⾼強度を有する材料の開発に成功
・様々な形状のSiC/SiC複合材を作製。航空機エンジンで最も重要とされる⾼温疲労寿命評価では、耐環境被覆無しで1200°、175MPa、10万回を達成

・耐熱性に優れた高結晶性、高弾性率のSiC 繊維の工業レベルでの織物技術を確立した。アプリケーションからのニーズに対応可能な連続的に織物構造やピッチを変える技術も確立した。
・微細組織評価、強度評価からプリプレグの作製条件の最適化を行い、工業レベルで作製可能な方法で、形状付与にも対応する柔軟性の高いプリプレグ技術を確立した。
・焼結条件の最適化を行い、プリプレグを用いて研究室レベルでのスラリーを用いて作製する複合材料と同等の気孔率と強度を有する材料の開発に成功した。L字型等の形状でもプリプレグを用いて緻密な材料の作製することができた。
・プリプレグ材を用いて作製した材料をASTM 規格に沿って、アプリケーションで要求される多様な強度特性評価を行った。航空機エンジンで最も重要とされる高温疲労寿命評価では、耐環境被覆無しで1200°、175MPa、10 万回を達成しており、従来の材料を大きく凌駕する特性が示された。

檜木 達也、他、「耐酸化BN粒子分散SiC複合材料の開発」、日本セラミックス協会誌『セラミックス』、第55巻 6月号 423-426 (2020).

開発したSiC/SiC複合材料用プリプレグ材を使用し液相焼結することで低コストで高性能なSiC/SiC複合材を作製することが可能となる。SiC/SiC複合材を高温、高圧、軽量化が求められるジェットエンジンの部材に使用することで燃焼ガス温度を高くすること、さらにエンジンの軽量化ができ、燃費の向上が可能になる。

現状として、基礎評価データを提供を行っている。データに興味を持っていただいた企業とはさらに共同での研究開発に取り組んでいる、その中ではCMC試験片の提供も行っている。

開発したSiC/SiC複合材料用プリプレグ材を使用し液相焼結することで低コストで高性能なSiC/SiC複合材を作製することが可能となる。開発したプリプレグ材を使用したSiC/SiC複合材料は高温疲労寿命評価では、耐環境被覆無しで1200°、175MPa、10 万回を達成している。さらにL字型等の形状も作製可能である。

エンジンでは、高温高圧化、軽量化を実現する材料への要求がさらに高まっており、米国GE社が、LEAP-1 エンジンやGE9X エンジンで、Ni 基合金の代替材料としてSiC/SiC 複合材料の適用を決めており、現在実用化段階にある。また、米国Pratt &Whitney 社、英国Rolls - Royce 社もSiC/SiC 複合材料の適用を検討しているなど、SiC/SiC 複合材料が最先端材料として注目されており、現在実用化されている技術と比較して様々な面で優位性を持つ本技術に対する関心も高いと考えられる。