材料科学：酸化物から持続可能なバルク合金へのワンステップ製造

従来、冶金製造は、鉱石から金属を抽出し、液体処理でそれらを混合して合金を形成し、熱機械的加工によって所望の微細構造を実現するという3つの段階からなる。この逐次的アプローチは青銅器時代から実施されてきたが現在では限界に達しており、これは、持続可能な経済が緊急に求められているからで、現状では全ての温室効果ガス排出の約10％が化石還元剤と高温での冶金処理加工の使用に由来している。今回我々は、金属抽出、合金化、熱機械的加工を1つの固体工程に統一することによって従来の合金製造に改革をもたらす、H₂に基づく酸化還元合成と圧密のアプローチを提示する。我々は、抽出冶金と物理的冶金の間の古典的な境界を解消して持続可能なバルク合金設計の多大な機会の扉を開く、熱力学的情報に基づく指針と一般的な動力学的概念を提案する。そして、最も魅力的な鉄鋼材の1つであるが製造で最も環境を悪化させるFe–Niインバーバルク合金でこのアプローチの実例を示す。インバーは、比類なく低い熱膨張率を示し、これによって精密機計器から極低温用部品まで重要な応用が可能になる。しかし、この合金クラスは環境に優しくないことで有名であり、Niによる生産量1 kg当たりのCO₂排出量はFeのものよりも10倍以上多いので、実証例として最適と見なされる。今回の持続可能な方法は、酸化物を環境に優しいバルク形態の合金に直接変えるもので、この合金は、ゼロCO₂フットプリントを維持しながら、全てがバルクの融点よりはるかに低い温度で得られる、応用に適した特性の数々を持つ。

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