合材料( CMC )に置き換えるという，魅力的ではあるが将来の技術と考えられているオプションを，ブレークスルーをもたらす炭化珪素(SiC)基複合材料製造・加工技術の開発を加環境・エネルギー用先進 SiC/SiC複合材料の工業化速させ，工業化・実用化を短期間で確実に実現させるという挑戦です．具体的には著者らの基本特許による我が国独自の技術であるナノインフィルトレーション遷移共晶プロセス(nanoinfiltration and transient eutectic phase process，以下，室蘭工業大学教授

NITE 法)による SiC /SiC 複合材料の供給基盤の確立と実用環境・エネルギーシステム材料研究機構(OASIS)化の加速です．NITE 法の工業化に向けた産学協同の歩みを香山晃

図に示します．既存の SiC / SiC 複合材料製造プロセスの先進エネルギーシステムへの実用化の遅滞をもたらしていたのはこれらのプロセスの有する不適合性のためと考えられて.

は じめにいます．NITE 法はこれらの問題点を解決できる製造プロセスと認知されており，NITE 法とその他の製造プロセス技術

地球や宇宙の環境を維持しながら，豊かな生活を持続さとの比較を図に示します．

せ，発展させるための基本となるエネルギーの安定供給を達成することは人類に課せられている大きな課題です．この為

.

素材としての SiC ナノ粉末と SiC 繊維の基本となる環境・エネルギー材料の開発は材料研究者にとっての大きな挑戦でした．中でも将来の環境・エネルギー材

NITE 法による SiC / SiC 複合材料の工業化製造プロセス

料を考える際，基幹エネルギー用の超耐環境性材料の開発は

 SiC ナノ粉末と焼結助剤等を混ぜたスラリーの製造，は最重要課題といっても過言ではありません．

スラリーのテープキャスティングによるグリーンシートの作

大量のエネルギーを安定して，かつ安価に供給できることが基幹エネルギーの要件であり，環境への負荷を少なく抑え，低炭素化社会の実現に貢献できることが求められています．そのため現在・未来の先進エネルギーシステムにおいては，超高温や腐食環境・放射線損傷環境等の過酷環境に耐える材料が求められ，有望な解としてファインセラミックスやセラミック複合材料の研究・開発が進められてきました．本
稿で紹介するベンチャー活動は長年の大学での基礎研究と企業や国立研究所との共同研究の成果の上に 2003 年に大学時代からの友人たちと立ち上げた活動を出発点とするものです．この活動は多くの紆余曲折を経て今に至っています．この活動は金属材料が主として使われている産業・エネルギー分野の構造材料をセラミックス繊維強化型セラミックス基複

図1

ま て り あ 第51巻 第 8 号(2012)Materia Japan

図2

SiC/SiC 複合材料製造法の比較．

NITE 法の工業化へ向けた産学共同・ベンチャー活動の歴史．

 SiC 繊維への炭素被覆層の形成成(中間素材 1 の製造)とを経て繊維周辺に SiC スラリーを塗布し，製膜したプリプ.

中間素材グリーンシート・プリプレグシートレグシートの作成(中間素材 2 の製造)を特徴としており，これらの中間素材を用いて予備成形体としてのプリフォーム

NITE 法の基本概念は水溶性のスラリーを用いて検討されを作成します．プリフォームをホットプレス法や HIP 法でたので湿式のプリフォームの取り扱いに厳しい制約があり，成形することで最終製品が作られます．NITE 法のプロセス

大型材の製造においては水分の除去(乾燥)時の割れの発生や概要を図に示します．

プリフォームの損傷が大きな技術課題でした．その後，工業高純度の b SiC ナノ粉末は我が国独自の技術により確立化を目指して，乾式の中間素材の開発検討を行い，高分子系されており，多様な製品が供給されているが，NITE 法が必複合材料( FRP )等の製造で用いられる高分子を用いるグリ要とする SiC ナノ粉末の十分な供給は現状では期待できまーンシートの検討を行ってきました．この為に， 2011 年度

せん．そこで，中国のメーカーへの技術指導により，NITEに室蘭工業大学の重点プロジェクトとして「高温・高効率な法用のナノ粉末の供給体制を整えると共に，フランス原子力エネルギー利用を目指すイノベーティブ新素材の産業化」を庁・サクレー研究所と京都大学香山研究室( 2009 年 3 月ま

開始し，SiC/SiC 複合材作製における中間素材と呼ばれるグで，以後は室蘭工業大学・エネテック総研との共同研究へとリーンシートとプリプレグシートの安定した製造技術の獲得移行)との共同研究で製造技術検討を進め，フランスにおいと機械化した中間素材パイロットプラント構築することを目て設立された Nano maker 社との契約に基づき，エネテッ

標に中間素材製造設備( OASIS / GSPSF line )の導入を行な

ク総研がアジア地区における供給を行うこととなりました．っています． 2011 年度末には当初目的である SiC ナノ粉末

これらの粉末は Fi
NITEとして商標登録が行われています．

(粒径＜ 30 nm )を用いたグリーンシート(厚み約 100 mm )

一方，先進 SiC 繊維は東北大学の故矢島聖使教授らの研の試作に成功しています．また，安定した製造技術確立のた究グループが開発した PCS 系 SiC 繊維が基本となり，宇部めに鍵となる SiC スラリー調節技術の高度化も進めました．

興産と日本カーボン社によりそれぞれチラノ SA 繊維，ハイOASIS / GSPSF line で製造された中間素材(グリーンシー

ニカロン・タイプ S 繊維が開発され宇宙航空分野や原子力ト)を用いた板状 SiC モノリスの試作では， NITE SiC / SiC等の分野での使用が考えられる超耐環境性繊維においてほぼ複合材料のマトリックス部適性値として設定した＞ 3.0 g /独占的な地位を確保してきました．しかし，高度の技術と非cm3 の高密度と＞ 500 MPa の優れた強度特性を兼ね備える連続プロセスに起因する供給量の少なさと価格の高さが，大こ と を 実 証 し て い ま す ． 図  は 室 蘭 工 業 大 学 OASIS /型開発プロジェクトへの発展や幅広い実用化を阻害してきまGSPSFline とグリーンシートの外観です．現在は装置の改した．京都大学・香山研究室(その後，室蘭工業大学香山研造を準備しており，製造速度を速めることと，グリーンシー究室へ移行)はエネテック総研と宇部興産との連携・協力にトの膜厚の増加を検討し，同時に製品強度を高め，プロセスよりチラノ SA 繊維クラス SiC 繊維の連続焼成炉での製造検の最適化を進めるための組成の検討も合わせて進めていま討を進め，生産された繊維は Cef NITEとして商標登録さす．これらの一部はエネテック総研・グンゼとの共同研究とれています．この活動はその後エネテック総研・グンゼと宇しても進めています．

部興産との連携で行われており，当初宇部の超高温材料研究所の中に設置された焼成炉(最大生産能力は年間 1 トン)を.

乾式 NITE 法による SiC/SiC 製品

グンゼの綾部事業所へ設置し今年度内の市場投入を目指しています．

OASIS / GSPSF line 製のグリーンシートやプリプレグシートを用いたプリフォームを最終成形(焼結処理)することでSiC/SiC 製品が製造されていますが，当初の目標は高温ヘリウムガス冷却高速炉( GFR )や高温ガス炉( VHTR )をターゲ

図3




工業化(量産・大型化・経済性等)技術へ向けた
NITE 法の概要．

図4

OASIS/GSPSFLine

中間素材製造設備．

材料発ベンチャー

図5

NITE 法による SiC/SiC 複合材料製品の例．

ットとした複雑形状部材の製造技術を実証する事(要求される管材，棒材とシリンダー形状部材製作)でした．フランス

.

終わりにの GFR の 設 計 で 求 め ら れ る 直 径 8 mm ， 肉 厚 0.8 mm の
SiC/SiC 燃料被覆管のモデル要素の製作では，フランス原子

NITE 法の工業化の努力は間もなく10年を迎えようとして力庁での評価試験において欧米のメーカーの製品と競合し，おり，この間多くの困難に直面し，財政的には多くの破たん唯一基本要求性能を満たす製品であると評価されています．と関連企業の援助・協力の下での技術体系の進化の繰り返し同時に，昨年の福島での原子力発電所の事故を受け，革新的の中でようやく安定した製品の製造プロセス設計が終了し，に安全性を高める原子炉概念として水素爆発の要因となった基本的な製造装置の配備も終了しました．今後，大学での基ジルカロイ燃料被覆管を用いない，SiC/SiC 燃料被覆管を用礎研究と連携させたベンチャー活動を基本として環境・エネいる技術の構築を目指す技術開発として推進中です．GFR/

ルギー分野での実用化を目指す活動をさらに強化させていき

VHTR 用複雑形状部材の製造技術を応用した 20N 級ロケッます．これらの活動は室蘭工業大学からの支援や文部科学省トスラスターの試作にも成功し，500N 級のロケットスラスの支援に加え多くの同僚にも支えられています．これらに謝ターの製作へ向けたプリフォームの作成も完了しています．

意を表すると同時に，大学時代の友人であり，異分野から新また，原子炉での加熱実験に用いる耐照射損傷に優れるヒー技術の実用化に熱意を燃やしエネテック総研を創業し，苦難ターとして SiC / SiC ヒーターの製造やホットチャンバー法を分かち合ってくれた三好義洋氏に感謝の意を表します．

株 グンダ
によるアルミ・ダイキャスト装置の製造技術開発(イとの共同研究)， SiC /SiC と鋳鋼の 2 層管の製造技術の検文

献討(九州パワーサービス・協栄電気興業との共同研究新しい地熱発電方式である，加圧水型同軸管方式の特許の取得と原理実証実験にも成功している．）などの用途開発も併せて進めており，実用化を加速する努力は強化されています．代表
的な製品の例を図に示します．

ま て り あ 第51巻 第 8 号(2012)Materia Japan( 1 ) 香 山 晃  工 業 材 料 ，〈 先 端 に ， 人 〉 日 刊 工 業 出 版 ， 56(2008), 1
6.
( 2 ) A. Kohyama, Y. Kohno, H. Kishimoto, J. S. Park and H. C.
Jung: Ceramic Engineering and Science Proceedings, 32(2011), 95
101.
(2012年 5 月29日受理)(連絡先〒050
8585 室蘭市水元町 271)