NASA의 돌파구 로 항공 우주 세라믹 복합 물질 의 비용 이 낮아졌다

오하이오주 클리블랜드 — NASA 글렌 연구 센터는 제조 비용을 크게 절감하면서 극한 환경에서의 성능을 향상시킬 수 있는 세라믹 복합재(CMC) 기술의 중요한 발전을 발표했습니다. 이 개발은 항공 우주 및 에너지 부문 전반에 걸쳐 채택을 가속화할 것을 약속합니다.

세라믹 복합재는 세라믹 재료와 강화 섬유를 결합하여 탁월한 특성을 가진 재료를 만듭니다.

• 우수한 내열성: 금속이 실패하는 온도에서 구조적 무결성을 유지하여 더 효율적인 엔진 작동을 가능하게 합니다.
• 내산화성: 기존 재료를 저하시키는 부식성 환경에 견딥니다.
• 놀라운 경량성: 유사한 금속 부품 무게의 최대 1/3

이러한 특성은 고온과 까다로운 조건이 지배적인 제트 엔진 부품, 로켓 노즐 및 발전 장비에 CMC를 이상적으로 만듭니다.

이점에도 불구하고 세 가지 요인이 CMC의 광범위한 채택을 제한했습니다.

• 정밀한 제어가 필요한 복잡한 다단계 제조 공정
• 탄화규소 섬유와 같은 고가의 특수 재료
• 중요 응용 분야에 대한 엄격한 품질 보증 요구 사항

연구팀은 다음과 같은 혁신적인 환경 차폐 코팅(EBC)을 개발했습니다.

• 1482°C(2700°F)에서 500시간 이상의 증기 산화 저항성을 입증했습니다.
• 생산 비용을 절감하는 단순화된 제조 기술을 사용합니다.
• 열 순환 및 기계적 응력 하에서 내구성을 유지합니다.

이 코팅의 혁신은 CMC 응용 분야의 주요 실패 메커니즘인 고온 증기 노출로 인한 표면 열화를 해결합니다.

이 기술은 여러 부문을 변화시킬 수 있습니다.

• 항공: 더 높은 작동 온도를 통한 제트 엔진 효율의 잠재적 15% 개선
• 우주 시스템: 재사용 가능한 발사체의 부품 수명 연장
• 발전: 배출량 감소와 함께 더 효율적인 가스 터빈

시장 분석가들은 이러한 재료가 경제적으로 더 실현 가능해짐에 따라 CMC 부문이 10년 이내에 250억 달러 규모로 성장할 것으로 예측합니다.

새로운 EBC 제형은 기존 공기 플라즈마 스프레이(APS) 코팅에 비해 상당한 개선을 나타냅니다. APS는 비용 효율적이지만 NASA의 대안은 다음과 같은 우수한 보호 기능을 제공합니다.

• 코팅층 간의 향상된 접착 강도
• 열 충격에 대한 저항성 향상
• 기판 재료와의 호환성 향상

현재 연구는 다음 사항에 중점을 두고 있습니다.

• 제조 최적화를 통한 추가 비용 절감
• 원자력 응용 분야를 위한 재료 능력 확장
• 산업 채택을 위한 표준화된 테스트 프로토콜 개발

이러한 첨단 재료가 역사적인 비용 제한을 극복함에 따라 지속 가능한 운송 및 에너지 시스템에서 점점 더 중요한 역할을 할 준비가 되어 있습니다.