山東大学が率いる研究者らは、航空機エンジンの耐久性向上を目的とした、先駆的な生体模倣チーク材環境バリアコーティングを開発しました。この新しい堆積方法はチーク材の層状構造を再現し、機械性能と耐腐食性を大幅に向上させると期待されています。
新たな研究で、山東大学と広東科学院の研究者らは、チーク材の自然構造にヒントを得た革新的な環境バリアコーティング（EBC）を開発しました。この生体模倣アプローチは、航空機エンジンなどの高温環境で使用されるコーティングの機械的性能と耐腐食性を大幅に向上させると期待されています。
学際的なチームは、独自の交互気相/液相堆積法を活用して、EBC 内でチーク材の多層で非常に安定した構造を再現しました。
この技術は、プラズマ噴霧物理蒸着法 (PS-PVD) 法を使用して、ナノ Yb2Si2O7 および Yb2SiO5 複合材料を組み込んでいます。
「環境バリアコーティングに関するバイオミメティック研究は比較的まれである。主な理由は、高温噴霧プロセス中にコーティングの組成と構造を正確に制御することが大きな課題であるからだ」と、山東大学材料科学工学部の教授で責任著者のGuifang Han氏は述べた。 ニュースリリース「私たちは、優れた機械的特性と環境耐久性で知られるチーク材をバイオミメティック素材として選びました。」
研究チームの新しい方法は、アーク電流の調整を通じて SiO2 の蒸発と堆積を制御します。
熱処理によって促進されるその場反応により、層状に堆積した SiO2 がチーク材を模倣した堅牢な多層構造に変化します。これにより、非常に厳しい条件下で動作するガスタービン エンジンの用途において、性能と耐久性が向上します。
「熱力学的観点から、スプレープロセス中に揮発したSiO2ガスの堆積メカニズムを詳細に分析しました。熱処理技術を巧みに適用して、気相堆積SiO2とYbの分解から生成されるYb2SiO5との間のその場反応を促進しました。2Si2O7 粉末、Ybを再形成する2Si2O7「このアプローチにより、コーティングの組成、構造、ナノスケールの寸法を同時に制御することができ、チーク材を模倣した機能的な構造をうまく実現できます」とハン氏は付け加えた。
研究者らは、スプレー工程中の堆積メカニズムを正確に特定し、コーティングの組成とナノレベルの寸法を最適化する方法を考案した。
最近の研究の結果は 公表 Journal of Advanced Ceramics に掲載された論文は、高温用途向けのコーティング技術における有望な進歩を示しています。
こうした進歩にもかかわらず、ハン氏はさらなる調査が必要であると強調した。今後の研究では、これらのコーティングの耐食性と機械的特性を体系的に評価し、既存の文献と比較して実用性を検証することに重点が置かれるだろう。
この革新的な技術を商業化するというビジョンを掲げ、チームは高温保護アプリケーションの効率を高め、航空宇宙産業などに革命を起こすことを目指しています。