- Address
- 305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1 [アクセス]
研究内容
- Keywords
転位論，材料組織学，材料強度学，破壊力学，自己治癒材料，Ni基超合金
研究テーマ：マルチスケールでの組織・強度設計による次世代耐熱材料の創生 ナノインデンテーション法や数値シミュレーションと連携し，構造材料の組織・強化機構をマルチスケールで設計・制御することで，ジェットエンジンやガスタービンの高効率化に大きく寄与する新たな耐熱材料を創生します． 特に，国内において生産・実用化が期待されているNIMS開発タービンディスク用鍛造超合金，Ni-Co基超合金の組織制御法の開発及び強化機構の解明を試みます．更に，人体における緻密骨が持つ“自己治癒”という全く新しい概念を，構造材料の強度設計に取り込むことで（バイオミメティクス），使用中に万が一き裂が発生しても破断しない，新たな耐熱セラミックスの創生に挑戦します． 更に，Ni基超合金・自己治癒材料のパフォーマンスを高度に予測可能な，「産業現場で使える」統合予測システムの構築を目指し，その実用化促進を目指します．
出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。
論文
- Toshio Osada, Kiichi Kamoda, Masanori Mitome, Toru Hara, Taichi Abe, Yuki Tamagawa, Wataru Nakao, Takahito Ohmura. A Novel Design Approach for Self-Crack-Healing Structural Ceramics with 3D Networks of Healing Activator. Scientific Reports. 7 [1] (2017) 17853 10.1038/s41598-017-17942-6 Open Access
- Toshio Osada, Toshiyuki Koyama, Dmitry S. Bulgarevich, Satoshi Minamoto, Makoto Osawa, Makoto Watanabe, Kyoko Kawagishi, Masahiko Demura. Virtual heat treatment for γ-γ′ two-phase Ni-Al alloy on the materials Integration system, MInt. Materials & Design. 226 (2023) 111631 10.1016/j.matdes.2023.111631 Open Access
- Toshio Osada, Toru Hara, Masanori Mitome, Shingo Ozaki, Taichi Abe, Kiichi Kamoda, Takahito Ohmura. Self-healing by design: universal kinetic model of strength recovery in self-healing ceramics. Science and Technology of Advanced Materials. 21 [1] (2020) 593-608 10.1080/14686996.2020.1796468 Open Access
書籍
- T. Osada, W. Nakao, K. Takahashi, K. Ando. Self-crack-healing behavior in ceramic matrix composites. Advances in Ceramic Matrix Composites. Elsevier, 2014 10.1533/9780857098825.2.410
- Y. Gu, Z. Zhong, Y. Yuan, T. Osadal, C. Cui, T. Yokokawa, H. Harada. An Advanced Cast-and-Wrought Superalloy (TMW-4M3) for Turbine Disk Applications Beyond 700°C. John Wiley & Sons, Inc., 2012 10.1002/9781118516430.ch99
会議録
- 長田 俊郎, 尾崎 伸吾, 渡部 愛子, 尾崎 伸吾, 自己治癒セラミックスの有限要素解析:Wedge testの解析. 計算力学講演会講演論文集. (2019) 236-1-236-3
- 長田 俊郎, 山形 一輝, 尾崎 伸吾, 尾崎 伸吾. セラミックスの破壊統計に関する焼結温度の影響：有限要素法による強度ばらつきの予測. 日本機械学会講演論文集. (2019) OS0215-1-OS0215-5
- 前田太陽, 長田 俊郎, 尾崎伸吾. 自己治癒セラミックスの保証試験に関する有限要素解析. 日本機械学会M&M2022 材料力学カンファレンス講演論文集. 22 [49] (2022) OS0118
口頭発表
- 長田 俊郎. 自己治癒セラミックスの開発：航空機エンジン市場への挑戦. ファインケミカルジャパン2018. 2018 招待講演
- 長田 俊郎, 尾崎伸吾, 原 徹, 三留 正則, 阿部 太一, 中尾航, 渡邊 育夢, 大村 孝仁. 自己治癒セラミックスにおける生体模倣設計：MIシステム構築に向けて. NIMS WEEK 2017. 2017
- 長田 俊郎, 鴨田 紀一, 三留 正則, 原 徹, 阿部 太一, 玉川雄樹, 中尾航, 大村 孝仁. 自己治癒セラミックスの新展開 -治癒活性相3Dネットワークの設計-. 日本金属学会2018春期講演大会. 2018
その他の文献
- Mostafizur Rahman, OSADA, Toshio, Shingo Ozaki. Study on Kinetic Parameters of alumina matrix-based Self-healing Ceramic Composites. Proceedings of ATEM-iDICs '23, JSME-MMD & iDICs. A018 (2023) 1
- 長田 俊郎, 川岸 京子. 航空機エンジン用Ni基超合金の設計とプロセス. ふぇらむ. 28 [10] (2023) 32-39
- 青木裕也, 竹尾恭平, 長田 俊郎, 尾崎伸吾. セラミックス強度のサイズ依存性に関する有限要素解析. 第31回計算力学講演会. (2018) 1-4
公開特許出願
所属学会
日本ガスタービン学会, 日本金属学会, 日本鉄鋼協会
受賞履歴
- 令和元年度本多記念研究奨励賞 (2019)
- 平成31年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞 (2019)
- 理事長賞（進歩賞） (2018)
- 日本鉄鋼協会研究奨励賞 (2015)
- 日本高圧力技術協会科学技術奨励賞 (2014)
- 日本機械学会優秀講演賞 (2014)
- 日本金属学会優秀ポスター賞(学生) (2013)
- 日本ばね学会優秀ポスター賞(学生) (2012)
- 日本金属学会若手講演論文賞 (2011)
- 日本金属学会奨励賞(工業材料部門) (2011)
- Award for Best Poster the 1st International Cluster for Structural Materials Symposium (2010)
- 日本材料学会最優秀発表賞 (2008)
- Durability Prize Engineering Integrity Society (2007)
構造材料研究センター
航空機エンジン用超耐熱材料の開発
Ni基超合金，自己治癒セラミックス，タービン翼，タービンディスク，NIMS超合金特性予測プログラム
概要
航空機市場への挑戦のためには、カーボンニュートラル目標の下、航空機エンジンにおけるCO2排出削減に大きく貢献する耐熱材料の開発が重要である。特に、タービン翼・ディスクの軽量・高温・無冷却化に資する純国産超耐熱材料の提案および国際認証に耐えうる信頼性の評価が極めて重要である。NIMSが今後も世界をリードしていくために、Ni基超合金開発に加え、自己治癒セラミックスを含む新たな超耐熱材料の開発を推進するとともに、その組成-組織-特性予測システムの確立を目指す。
新規性・独創性
● 「Ni-Co基超合金」および「自己治癒セラミックス」という新規設計概念により純国産材を創製する。
● NIMS発国産合金であるNi-Co基超合金の組織形成・特性発現メカニズムの解明を目指します。
● 提案する組織・特性・自己治癒予測手法を活用し、新材料の実用化を支援・推進します。
● 人の骨と同じ“自己治癒”機能の設計・付与により、セラミックスの“脆さ”の克服に挑戦します。
内容
まとめ
Ni-Co基超合金（TMW合金、TMP合金）はガスタービン及び航空機エンジン高圧タービンディスクへの実用化を推進するとともに、高度な安全性が要求されるタービン動翼等の回転部材に自己治癒セラミックスを展開を目指します。そのために、組織形成・強度発現メカニズムをベースとした、組成-組織-特性-性能予測システムとして、「産業現場で使える」NIMS超合金特性予測プログラムの構築を目指します。
