高温に強い材料で、新たなものづくりに挑戦

高温に耐えうる超合金の開発

複数の金属元素を組み合わせた合金で、高温に強いものを「超合金」と呼びます。特にニッケルをベースにアルミニウム、チタンなどの元素を添加して作った合金は、800℃ぐらいまでは高温になるほど強度が上がります。この特性を利用し作られているのが、飛行機のジェットエンジンです。エンジンは高温で燃焼させるほど熱効率が向上するため、1000℃に耐えうる超合金、次いで1050℃、1100℃と、より高温域をターゲットに開発されてきました。高温化は、レアメタルの一種であるレニウムという元素の添加が寄与しました。

見つかった意外な落とし穴とは

しかしタービンブレード材料の高温化の結果、タービンブレード内部が熱疲労を起こし、破損しやすくなる可能性があることがわかりました。熱疲労低下の原因は、添加したレニウムでした。レニウムを添加すると確かに高温には強くなるのですが、飛行機の離陸時、タービンブレード内部がさらされやすい700～800℃の中温度域の熱疲労強度が落ちることが判明したのです。現在では稀少で高価なレニウムに代わる添加元素が模索される一方、セラミックスをベースにした複合材料（CMC：セラミックス・マトリックス・コンポジット）でエンジン耐熱部品が作れないかという研究が行われています。

ガスタービンで自然再生エネルギーの補完を

近年、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーが注目を集めていますが、実は安定供給できないという弱点を抱えています。無風のときは風車が回りませんし、夜間や曇天のときは太陽光発電の出力が落ちます。自然再生エネルギーの補完としては、始動時間が短いガスタービンが向いています。瞬間的に出力を上げることは飛行機の離着陸に通じるところもあるので、飛行機のエンジンのノウハウを生かしたガスタービンの開発が進められているのです。

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先生情報 / 大学情報

東京都立大学システムデザイン学部機械システム工学科教授筧幸次先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

材料工学

メッセージ

私は、高校生のとき、特にやりたいことや就きたい職業もありませんでした。しかし、大学で研究に携わってみて「研究はおもしろい」と思いました。今は、やりたいこと、就きたい仕事が見つからなくとも、どの分野に進んでも自分の道は見つかる可能性があるということです。一目ぼれしてしまうような人との出会いがあるように、思いがけない学問や仕事と出会える可能性は誰にでもあると思います。大切なのはその出会いに気づく「感受性」と、チャンスが来たときにそれを生かすことができる、基礎的な力を身につけておくことだと思います。

先生への質問

先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

東京都立大学に関心を持ったあなたは

東京都立大学は「大都市における人間社会の理想像の追求」を使命とし、東京都が設置している公立の総合大学です。人文社会学部、法学部、経済経営学部、理学部、都市環境学部、システムデザイン学部、健康福祉学部の7学部23学科で広範な学問領域を網羅。学部、領域を越え自由に学ぶカリキュラムやインターンシップなどの特色あるプログラムや、各分野の高度な専門教育が、充実した環境の中で受けられます。