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Dec 24, 2023

Zhigang Zak Fangがフンボルト賞を受賞

理学部からの転載です。 チタン (Ti) 金属は、その高い強度重量比、耐食性、生体適合性で高く評価されており、航空宇宙、防衛、および産業において重要な素材です。

理学部からの転載です。

チタン（Ti）金属は、その高い強度重量比、耐食性、生体適合性で高く評価されており、航空宇宙、防衛、医療用途において重要な材料ですが、過度に高いコストがその広範な使用を妨げています。

そこで材料科学と冶金工学の教授、Zhigang Zak Fang が登場します。 最近、栄誉あるフンボルト研究賞を受賞したファング氏は、高品質で低炭素排出のチタン粉末を大幅に削減したコストで製造できる画期的な技術を開発しました。 水素支援金属熱還元（HAMR）プロセスとして知られるこの技術は、Fang が開発した、高酸素含有量（最大 14wt%）の Ti 固溶体の安定性に対する水素の影響に関する新しい科学の発見に基づいています。

「金属チタンは酸素との親和性が強いため、製造が困難です」と、今月初めに米国とドイツの研究機関間の科学協力を促進するフンボルトについて知らされたファン氏は語った。 彼は、酸化チタン (II) (Ti-O) 固溶体格子に水素原子を挿入することでチタンと酸素の結合が不安定になる可能性があることを発見し、最小限のエネルギーとコストで低酸素チタンを持続的に製造するためのまったく新しいアプローチにつながりました。

「HAMRプロセスは、チタン粉末の製造コストと二酸化炭素排出量を劇的に削減することにより、世界のチタン金属産業を根本的に破壊し、変革する可能性を秘めています。」とファン氏は続けた。

現在、米国は毎年消費する「チタンスポンジ」のほぼ100％を輸入しているが、これは非効率で高価でエネルギーを大量に消費する古いプロセスで製造されている。 中国とロシアはスポンジチタンの世界市場の約70％を支配しており、米国の国防に不可欠な金属のサプライチェーンに重大な脆弱性をもたらしている。 現在市場で行われている金属チタンの製造プロセスでは、チタン鉱石を華氏 1,800 度まで加熱し、塩素ガスおよび石油コークスと反応させて四塩化チタンを生成します。 この化合物は精製され、アルゴン雰囲気中で最長 4 日間溶融マグネシウムによって還元され、その後真空蒸留されて、「スポンジ」として知られる多孔質で脆いチタンの形状になります。 その後、粉砕および溶解されてインゴットやその他のチタン工場の成果物が作成され、チタン製品のメーカーに送られます。

写真提供: ユタ大学

冶金工学教授のZhigang Zak Fang氏（右）と粉末冶金研究室の研究員Pei Sun氏（左）が、市販の二酸化チタンを最終的な純チタン粉末に還元するプロセスについて説明しています。

HAMR 技術につながったファン氏の研究は、エネルギー効率を大幅に改善することを約束しています。 HAMR プロセスでは、鉱物またはチタンスクラップから一次チタン金属を製造できます。 その結果、高酸素チタンスクラップは、航空宇宙および生物医学産業の厳しい基準を満たすかそれを超える低酸素チタン粉末に変換されます。

チタン粉末は積層造形に使用したり、粉末冶金を利用して、航空宇宙、防衛、生物医学、その他の民間用途を含む幅広い要求の厳しい用途で製品を製造することができ、持続可能性が劇的に向上します。

アレクサンダー・フォン・フンボルト財団は、毎年、これまでの学術成績を表彰して、海外のあらゆる分野の世界をリードする研究者に最大 100 件のフンボルト研究賞を授与しています。 フンボルト賞は、賞金 60,000 ユーロのフンボルト研究賞としても知られ、国際的に著名な科学者や学者に毎年授与され、プロイセンの博物学者で探検家の故アレクサンダー・フォン・フンボルトにちなんで名付けられました。

一連のプロセス技術の発明者である Fang は、超硬合金タングステン、高融点金属、チタン、粉末冶金、水素および熱エネルギー貯蔵のための金属水素化物の分野で世界的に認められた革新者です。 大学に入社する前、Fang 氏は 10 年以上にわたって産業の研究開発で成功を収めてきました。 彼は 180 冊以上の査読済み出版物を執筆または共著しています。 彼は、60 を超える発行された米国特許の単独発明者または共同発明者として指名されています。 彼は 2 つの新興企業を設立/共同設立し、いくつかのタングステンカーバイドおよびチタン技術の商業化に成功しました。