京都大学の研究者らは、ケイ化モリブデンが超高温燃焼システムにおけるタービンブレードの効率を向上させることができることを発見しました。

ガスタービンは、発電所で電気を生成するエンジンです。燃焼システムの動作温度は 1600 °C を超えることがあります。これらのシステムで使用されるニッケルベースのタービンブレードは、200 °C 低い温度で溶けるため、機能するには空冷が必要です。より高い融解温度の材料で作られたタービンブレードは、必要な燃料消費量が少なくなり、CO2 排出量の削減につながります。

日本の京都大学の材料科学者らは、追加の三元元素を含む場合と含まない場合の、ケイ化モリブデンのさまざまな組成の特性を研究しました。

以前の研究では、粉末冶金として知られる粉末を加圧および加熱してケイ化モリブデンベースの複合材料を製造すると、周囲温度での耐破壊性は向上するものの、材料内に二酸化ケイ素層が発達するため、高温強度が低下することが示されています。

京都大学のチームは、溶融金属が特定の方向に徐々に凝固する「方向性凝固」として知られる方法を使用して、ケイ化モリブデンベースの材料を作製した。

研究チームは、製造中のケイ化モリブデン系複合材料の凝固速度を制御し、複合材料に添加する三元元素の量を調整することで、均質な材料を形成できることを発見した。

得られた材料は、1000 °C 以上で一軸圧縮下で塑性変形し始めます。また、微細構造の微細化により材料の高温強度も向上します。複合材料にタンタルを添加すると、1400 °C 付近の温度での材料の強度を向上させるために、バナジウム、ニオブ、またはタングステンを添加するよりも効果的です。京都大学チームが製造した合金は、現代のニッケル基超合金や最近開発された超高温構造材料よりも高温ではるかに強いと研究者らは学術誌「Science and Technology of Advanced Materials」に掲載された研究で報告している。