세라믹 합성물
세부
섬유 준비 기술 및 기타 관련 기술의 발전으로 이러한 재료를 준비하는 효과적인 방법이 점차 개발되었습니다.그것은 Continuous-Fiber-Reinforced Ceramic Matrix Composite의 준비 기술을 점점 더 성숙하게 만들었습니다.현재 연속 섬유 강화 세라믹 매트릭스 복합 재료는 항공 우주, 국방 및 기타 분야에서 널리 사용되었습니다.
Continuous-Fiber-Reinforced Ceramic Matrix Composites는 항공우주 분야에서 널리 사용되어 왔습니다.
실리콘 카바이드 섬유(SiCf)/실리콘 카바이드 세라믹(SiC) 매트릭스 복합재는 항공 엔진용 차세대 고온 내성 재료가 되었습니다.항공기 엔진의 고온 부품에는 주로 연소실, 고압 또는 저압 터빈 및 노즐 등이 포함됩니다.그중 고압 또는 저압 터빈 구성 요소에는 주로 가이드 블레이드, 로터 블레이드 및 터빈 외부 링이 포함됩니다.과거에는 이러한 부품이 주로 초합금으로 만들어졌습니다.온도 저항 한계는 약 1100℃에서 유지됩니다.그러나 SiCf/SiC 세라믹 매트릭스 복합재를 적용하면 엔진 부품의 내열성이 1200~1350℃로 향상된다.세라믹 매트릭스 합성물의 부품 품질은 일반적으로 초합금의 1/4~1/3배입니다.이는 연비를 달성할 뿐만 아니라 연비도 향상시킵니다.
SiCf/SiC 복합 재료의 주요 준비 기술에는 화학적 증기 침투(CVI), 폴리머 침지 균열(PIP) 및 용융 실리콘화(MI)가 포함됩니다.2015년 미국의 GE사는 SiCf/SiC 복합재료를 준비하기 위해 프리프레그 침투 기술을 채택했습니다.SiC 섬유는 30일 이내에 모든 형태의 완제품으로 변환할 수 있습니다.GE Company는 f414 터보팬 엔진 검증 장비에서 세계 최초의 회전식 저압 터빈 부품을 성공적으로 검증했습니다.이는 연속 섬유 강화 세라믹 매트릭스 복합재가 항공 엔진 및 가스 터빈에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있음을 나타냅니다.2021년 5월 GE컴퍼니의 첫 번째 적응형 가변 사이클 엔진 xa100이 테스트되었습니다.세라믹 매트릭스 복합 재료는 이 엔진에 널리 사용되며 미국의 6세대 전투기에 동력을 제공할 것입니다.1980년대에 프랑스의 Safran Group은 CVI 공정을 사용하여 SiCf/SiC 복합 재료로 만든 로터 블레이드, 믹서 및 센터 콘을 준비하기 시작했습니다.그들은 지상 테스트에서 CFM56 엔진으로 테스트되었습니다.또한 노즐 구성 요소는 A320, A380 및 기타 항공기에서 비행 검증되었습니다.내항성 인증 통과는 항공기 엔진의 고온 부품에 SiCf/SiC 복합 재료를 사용하는 시대의 도래를 의미합니다.
세라믹 매트릭스 복합 재료는 극초음속 비행체의 안전한 비행을 위한 핵심 열 보호 재료입니다.극초음속 비행체의 비행 속도는 음속의 5배 이상입니다.이와 같은 고속 비행에서는 2000~3000℃에 이르는 강한 공기 마찰과 열풍 충격으로 차량의 핵심 구조 부품이 손상되지 않도록 해야 한다.
Fiber-Reinforced Ceramic Matrix Composites는 우수한 고온 성능, 높은 인성, 높은 비강도, 높은 비탄성률 및 우수한 열 안정성과 같은 많은 장점을 가지고 있어 균열 및 열충격에 대한 민감성을 효과적으로 극복할 수 있습니다.또한 재사용 가능한 열 보호 분야에서 중요한 응용 분야와 광범위한 시장을 보유하고 있습니다.현재 세라믹 매트릭스 복합 단열재는 단일 재료에서 재료와 구조를 결합한 새로운 열 보호 시스템으로 개발되었습니다.동시에 열 보호, 단열 및 하중 지지의 전통적인 설계에서 열 보호, 단열 및 하중 지지 통합의 가벼운 방향으로 개별적으로 발전합니다.
Fiber-Reinforced Ceramic Matrix Composites는 고온 저항, 절삭 저항, 고강도, 저유전율, 저손실 및 높은 신뢰성과 같은 많은 우수한 특성을 가지고 있습니다.신형 미사일과 전투기 개발의 난제이자 난제 중 하나인 레이돔의 핵심 소재가 되어야 한다.현재 석영, 섬유 강화 석영 세라믹, 석영 섬유 강화 실리콘 질화물 세라믹, 질화물 섬유 강화 실리콘 질화물 세라믹 등과 같은 복합 재료가 주로 있습니다.그들은 모두 고온 저항, 파동 전달, 베어링 및 열 방출 등과 같은 우수한 종합 특성을 가지고 있습니다.2016년부터 2020년까지 Shandong Industrial Ceramics Research and Design Institute Co., Ltd.는 연속 질화물 섬유 직물 및 질화물 절단 섬유 강화 실리콘 질화물 복합 시스템에 대한 체계적인 연구를 수행했습니다.회사에서 개발한 복합 재료는 내절마성, 유전 특성 및 기계적 특성이 우수합니다.높은 열유속과 엔탈피 조건에서 2700℃의 고온과 장기간의 절삭 시험을 견딜 수 있습니다.그것은 미래의 고속, 긴 내구성, 낮은 절제 및 높은 파동 전송의 요구 사항을 충족할 수 있는 차세대 세라믹 파 전송 복합 재료여야 합니다.
그것은 민간 분야에서 빠르게 발전했습니다.
브레이크 시스템에 적용
C/C-SiC 복합 재료는 낮은 밀도, 우수한 내마모성, 일정하고 안정적인 마찰 계수, 내열충격성, 내산화성 및 기타 장점을 가지고 있기 때문에 브레이크 시스템에 사용되었습니다.이러한 종류의 브레이크 디스크는 무게가 가볍고 내열성이 높으며 비열 용량이 강철보다 2.5배 높습니다.금속 브레이크 시스템과 비교하여 이 브레이크 디스크는 구조 중량의 40%를 절약할 수 있습니다.카본 브레이크 디스크의 수명은 메탈 베이스의 5-7배입니다.특히 제동토크가 안정적이며 제동시 소음이 적습니다.C/C-SiC 복합 탄소 브레이크 디스크가 실제 상황에 적용되었습니다.
생물학에서의 응용
C/C 복합 재료는 인간의 뼈 복구 및 뼈 교체에 좋은 응용 전망을 가진 새로운 잠재적인 생물 의학 재료입니다.현재 C/C복합재료는 임상분야에서 골반, 골부목, 골침 등에 사용되고 있다.이 물질이 인공심장판막 중이의 수리재로 사용된다는 보고도 있다.그것은 또한 인공 뿌리에서 좋은 임상 적용 효과를 달성했습니다.
발열체에 있는 신청
흑연 열 발생기는 강도가 낮고 부서지기 쉽고 가공 및 운송이 어렵습니다.C/C 복합 재료는 고강도, 우수한 인성, 고온 저항 등의 장점을 가지고 있습니다.이 재료는 발열체의 부피를 줄이고 작업 영역을 확장하는 등의 작업을 할 수 있습니다.
환경 보호 분야의 응용
Shandong Industrial Ceramics Research and Design Institute Co., Ltd.는 최근 몇 년 동안 새로운 유형의 세라믹 섬유 복합 기능성 멤브레인 튜브를 성공적으로 개발했습니다.본 복합소재는 고온(250℃ 이상)에서 그을음 입자 및 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 고효율 입자 정화 및 촉매 탈질 기능을 통합한 고온 가스 정화 소재입니다.이러한 종류의 재료는 높은 여과 효율, 고온 저항, 우수한 고온 촉매 활성, 높은 NOx 전환 효율, 긴 수명 등의 장점을 가지고 있습니다.필터링 정밀도는 0.1μm 입자를 차단할 수 있으며 최저 방출은 1mg/m³입니다.그것의 온도 저항은 650 ℃만큼 높습니다.특히, 질소산화물 제거율은 97% 이상에 달할 수 있습니다.세라믹 섬유 복합 기능성 멤브레인은 건축 자재, 소각, 코크스화, 바이오매스 발전 및 기타 분야의 고온 가스 정화에 널리 사용되었습니다.
아직까지는 극복해야 할 기술적인 어려움이 많습니다.
중국의 세라믹 매트릭스 복합 재료에 대한 연구는 비교적 늦게 시작되었습니다.그러나 최근 몇 년 동안 실질적인 돌파구가 마련되었습니다.고성능 세라믹 섬유 측면에서 탄화 규소, 산화 알루미늄, 질화 규소, 질화물 등과 같은 주요 섬유는 엔지니어링 기술 및 산업화에서 획기적인 발전을 이루었습니다.세라믹 매트릭스 복합 재료의 준비 기술, 가공 기술, 연결 기술, 신뢰성 평가 기술 및 응용 기술이 크게 향상되었습니다.항공 엔진의 많은 구성 요소가 설계, 개발 및 평가되었습니다.그러나 유럽, 미국, 일본 등 선진국과의 비교에는 여전히 큰 격차가 있다.구성 요소 평가 검증 및 적용 측면에서 중국은 아직 초기 단계입니다.적용 범위와 누적 평가 시간은 매우 제한적입니다.해외 공학응용 연구와 비교했을 때 격차도 크다.
항공기 엔진의 고온 부품에 세라믹 매트릭스 복합재를 적용하기 위해서는 주로 다음과 같은 기술적 어려움을 해결해야 합니다.
1) 초고온 및 저비용 초경 섬유로 대표되는 고성능 세라믹 섬유 및 복합 기술 개발
2) 탄화 규소, 산화 알루미늄, 질화 규소, 질화 붕소, 질소 붕소 규소 및 기타 섬유 및 그 전구체의 공학적 안정한 준비 기술을 돌파합니다.
3) 세라믹 매트릭스 복합재의 신속하고 저렴한 제조 기술 개발;
4) 세라믹 매트릭스 복합재의 전체 산업 사슬에서 핵심 기술을 돌파하고 관련 기술의 효과적인 조정을 달성합니다.
5) 세라믹 매트릭스 복합재료의 고유 구조 및 파괴 메커니즘에 대한 연구 강화 및 수명 예측 모델 구축;
6) 응용 측면에 대한 연구를 강화하고 평가 시스템 및 기준을 수립합니다.
현재 시장에서 응용 수요가 높은 세라믹 매트릭스 복합재에는 주로 실리콘 카바이드 섬유 강화 실리콘 카바이드 세라믹 매트릭스(SiCf/SiC) 및 탄소 섬유 강화 실리콘 카바이드 세라믹 매트릭스(CF/SiC) 복합재가 포함됩니다.그 중 전자는 미래 항공기 엔진의 가장 유망한 소재 중 하나로 꼽히며, 이는 항공기 엔진의 성능을 향상시키는 핵심 소재이기도 하다.앞으로 국내 세라믹 복합재료 시장의 발전 잠재력은 엄청나다.
CMC(세라믹 매트릭스 합성물)
정의
복합 재료는 다양한 기판에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
폴리머 매트릭스 복합재(PMC)
금속 매트릭스 복합재(MMC)
CMC(세라믹 매트릭스 합성물)
그 중 PMC의 적용은 항공 우주 분야에서 주도적인 역할을 합니다.언급된 복합 재료는 열경화성 플라스틱, CFRP(탄소 섬유 강화 폴리머 기반 복합 재료) 등과 같은 용어와 연관됩니다.
