항공 우주 터빈의 SiC: 최고 성능 달성

소개 소개: 항공우주 터빈의 SiC - 최고의 성능을 위한 탐구

항공우주 산업은 더 높은 성능, 더 높은 연료 효율성, 더 적은 배기가스 배출을 끊임없이 추구하고 있습니다. 이러한 노력의 중심에는 극한의 조건에서 작동하는 경이로운 엔지니어링의 산물인 터빈 엔진이 있습니다. 수십 년 동안 니켈 기반 초합금은 고온 섹션 부품의 소재로 선택되어 왔습니다. 그러나 더 많은 효율을 끌어내기 위해 작동 온도가 계속 상승함에 따라 이러한 고급 합금도 이론적 한계에 다다르고 있습니다. 바로 이 지점에서 맞춤형 실리콘 카바이드(SiC) 제품이 혁신적인 솔루션으로 부상하고 있습니다. 첨단 기술 세라믹인 SiC는 항공우주 터빈의 까다로운 환경에 매우 적합한 고유한 특성 조합을 제공합니다. 초고온을 견디고 마모와 부식을 방지하며 가혹한 기계적 스트레스에서도 구조적 무결성을 유지하는 능력 덕분에 차세대 항공기 엔진의 핵심 요소로 자리매김하고 있습니다. 이 문서에서는 항공우주 터빈에서 실리콘 카바이드의 중요한 역할과 그 응용 분야, 장점, 성공적인 구현을 위한 고려 사항에 대해 자세히 살펴봅니다.

항공우주 제조 분야의 엔지니어, 조달 관리자 및 기술 구매자에게는 다음과 같은 잠재력을 이해하는 것이 중요합니다 산업용 SiC 부품 는 앞서 나가기 위한 필수 요소입니다. SiC로의 전환은 단순한 점진적 개선이 아니라 엔진 설계 및 성능의 새로운 패러다임을 열어 더 가볍고 강력하며 지속 가능한 항공기를 만드는 것입니다.

실리콘 카바이드가 항공 우주 터빈의 판도를 바꾸는 이유

항공우주 터빈 응용 분야에서 실리콘 카바이드의 탁월함은 기존 금속 초합금에 비해 상당한 이점을 제공하는 뛰어난 재료 특성에서 비롯됩니다. 채택의 주요 동인 고성능 SiC 세라믹 포함:

• 고온 기능: SiC는 대부분의 초합금의 한계를 훨씬 뛰어넘는 1400°C 이상의 온도(세라믹 매트릭스 컴포지트 – CMC와 같은 특정 등급의 경우 더 높은 온도)에서도 작동할 수 있습니다. 따라서 터빈 입구 온도를 높여 열역학적 효율과 전력 출력을 높일 수 있습니다.
• 낮은 밀도: SiC는 초합금보다 훨씬 가볍습니다(약 3분의 1 무게). 금속 부품을 SiC로 대체하면 전체 엔진 중량이 줄어들어 연비 개선, 탑재 용량 증가, 항공기 기동성 향상에 기여합니다. 회전 부품의 무게 감소는 원심력 감소를 의미하므로 로터 설계를 간소화할 수 있습니다.
• 뛰어난 내열 충격성: 항공우주 터빈은 시동, 작동 및 정지 중에 급격한 온도 변화를 경험합니다. SiC는 열충격 저항성이 뛰어나 부품 무결성을 유지하고 치명적인 고장을 방지하는 데 매우 중요합니다.
• 높은 열전도율: 특정 등급의 SiC는 열전도율이 높아 열을 보다 효과적으로 방출하여 부품의 최고 온도와 열 구배를 낮추는 데 도움이 됩니다. 이는 엔진의 뜨거운 부분의 열 관리에 매우 중요합니다.
• 뛰어난 크리프 저항: 고온에서 재료는 지속적인 하중을 받으면 영구적으로 변형될 수 있는데, 이를 크리프 현상이라고 합니다. SiC, 특히 SiC/SiC CMC는 뛰어난 크리프 저항성을 제공하여 중요한 터빈 부품의 치수 안정성과 긴 서비스 수명을 보장합니다.
• 경도 및 내마모성: SiC는 다이아몬드와 탄화붕소에 이어 두 번째로 단단한 소재입니다. 따라서 가스 경로의 미립자 물질로 인한 침식 마모와 접촉 부품의 연마 마모에 대한 저항성이 뛰어납니다.
• 산화 및 내식성: 터빈 엔진 내의 고온 가스 환경은 부식성이 매우 높습니다. SiC는 보호 실리카(SiO₂) 층을 형성하여 연소 부산물로 인한 산화 및 공격에 대한 우수한 저항력을 제공합니다. 특수 코팅을 통해 이러한 보호 기능을 더욱 강화할 수 있습니다.

이러한 특성을 종합적으로 고려하면 엔진 설계의 효율성은 물론 잠재적으로 더 내구성이 뛰어나고 냉각 공기가 덜 필요해 효율성이 더욱 향상됩니다. 다음으로의 전환 고급 SiC 소재 는 시장 리더십을 목표로 하는 항공우주 제조업체의 전략적 움직임입니다.

항공우주 터빈 엔진에서 SiC의 주요 응용 분야

실리콘 카바이드의 고유한 특성으로 인해 항공우주 가스터빈 엔진의 고온 섹션 내 다양한 까다로운 응용 분야에 적합합니다. 제조업체들은 더 높은 추력 대 중량 비율과 향상된 특정 연료 소비를 추구하고 있습니다, 엔지니어링된 SiC 부품에 를 찾고 있습니다:

• 터빈 베인(노즐): 고정식 베인은 뜨거운 가스 흐름을 회전하는 터빈 블레이드로 전달합니다. SiC 베인은 금속 베인보다 더 높은 온도를 견딜 수 있어 터빈 입구 온도를 높일 수 있습니다. 또한 밀도가 낮아 무게 절감에도 기여합니다.
• 터빈 블레이드: 모놀리식 SiC 블레이드는 취성으로 인해 어려움을 겪고 있지만, SiC 기반 세라믹 매트릭스 복합재(CMC), 특히 SiC/SiC CMC의 사용은 점점 더 증가하고 있습니다. 이러한 소재는 모놀리식 세라믹에는 부족한 수준의 인성과 손상 내성을 제공하며 SiC의 고온 이점과 결합되어 있습니다. 블레이드가 가벼워지면 터빈 디스크에 가해지는 스트레스도 줄어듭니다.
• 연소기 라이너: 연소기는 연료가 연소되는 곳으로 극한의 온도를 발생시킵니다. SiC 및 SiC CMC 라이너는 내구성이 뛰어나며 금속 라이너에 비해 적은 냉각 공기로도 작동할 수 있습니다. 냉각 공기가 줄어들면 연소 공정에 더 많은 공기를 사용할 수 있어 효율성이 향상되고 질소산화물 등의 배출이 줄어듭니다.
• 슈라우드 세그먼트/블레이드 외부 에어 씰(BOAS): 이러한 부품은 터빈 블레이드를 둘러싸고 있어 최적의 공기역학적 효율을 위해 블레이드 팁 간격을 제어합니다. SiC는 열 안정성과 내마모성이 뛰어나 다양한 작동 조건에서 좁은 간격을 유지하는 데 도움이 됩니다.
• 열교환기 및 회수기: 고급 엔진 사이클을 위해서는 작고 효율적인 고온 열교환기가 필요합니다. SiC의 열 전도성과 고온 강도는 이러한 애플리케이션에 가장 적합한 소재이며 전반적인 엔진 사이클 효율을 개선합니다.
• 배기 노즐 구성품: 특히 고성능 군용 항공기의 배기 노즐 부품은 극한의 온도를 경험합니다. SiC는 필요한 열 저항과 구조적 무결성을 제공할 수 있습니다.

밸브용 항공우주 등급 SiC 부품 차세대 엔진 성능 목표를 달성하기 위해서는 이러한 핵심 영역에 대한 연구가 필수적입니다. 개발에는 종종 엔진 OEM과 전문 SiC 부품 제조업체 간의 긴밀한 협력이 수반됩니다.

터빈 부품용 맞춤형 실리콘 카바이드의 장점

표준 SiC 형상과 형태는 그 용도가 있지만, 항공 우주 터빈의 복잡한 형상과 엄격한 성능 요구 사항으로 인해 맞춤형 실리콘 카바이드 솔루션. SiC 부품을 맞춤 제작하면 몇 가지 뚜렷한 이점이 있습니다:

• 최적화된 성능: 커스터마이징을 통해 특정 열, 기계 및 화학적 환경에 정확하게 맞는 구성 요소를 설계할 수 있습니다. 여기에는 효율성과 수명을 극대화하기 위한 재료 등급, 미세 구조 및 형상 최적화가 포함됩니다.
• 복잡한 형상: 항공우주 부품은 종종 복잡한 모양, 냉각 채널, 부착 지점을 특징으로 합니다. 그물 모양에 가까운 성형, 적층 제조(특정 SiC 유형의 경우) 및 정밀 가공과 같은 SiC용 고급 제조 기술을 사용하면 기존 재료나 방법으로는 불가능하거나 엄청나게 비싼 매우 복잡한 맞춤형 설계를 제작할 수 있습니다.
• 향상된 열 관리: 맞춤형 설계는 터빈 고온 섹션의 극심한 열을 관리하는 데 필수적인 정교한 냉각 기능이나 맞춤형 열전도 경로를 통합할 수 있습니다. 이를 통해 냉각 공기 요구량을 줄여 엔진 효율을 직접적으로 높일 수 있습니다.
• 무게 감소: 커스터마이징을 통해 엔지니어는 필요하지 않은 곳에 전략적으로 소재를 제거할 수 있어 SiC 고유의 경량 이점을 더욱 강화할 수 있습니다. 이는 회전하는 부품과 전체 엔진 무게에 매우 중요합니다.
• 기존 시스템과의 통합: 맞춤형 SiC 부품은 주변 금속 또는 복합 부품과 원활하게 통합되도록 설계할 수 있어 차열 팽창 및 접합과 관련된 문제를 해결할 수 있습니다.
• 특정 머티리얼 프로퍼티 테일러링: 용도에 따라(예: 히트 스프레더의 높은 열 전도성 대 절연체의 낮은 열 전도성 또는 씰의 높은 내마모성) 소결 보조제, 순도 수준, 보강재(CMC에서처럼)를 선택하여 SiC 소재 자체를 맞춤화할 수 있습니다.

따라서 고도로 맞춤화된 SiC 부품을 제공할 수 있는 공급업체와 파트너십을 맺는 것이 필수적입니다. 시카브 테크 같은 기업은 광범위한 사용자 지정 지원는 항공우주 고객과 긴밀히 협력하여 초기 설계부터 최종 생산에 이르기까지 고객의 고유한 애플리케이션 요구 사항에 맞는 SiC 솔루션을 개발합니다. 이러한 협업 접근 방식을 통해 최종 제품이 최고의 성능과 안정성을 제공할 수 있도록 보장합니다.

항공우주 터빈에 권장되는 실리콘 카바이드 재종

항공우주 분야에서는 여러 유형의 탄화규소 및 SiC 기반 복합재가 사용되며, 각 소재는 고유한 특성, 제조 가능성 및 비용의 균형을 제공합니다. 최적의 선택 SiC 소재 등급 는 컴포넌트의 성공을 위해 매우 중요합니다.

SiC 등급/유형	주요 특징	일반적인 항공 우주 터빈 애플리케이션	장점	단점
소결 실리콘 카바이드(SSiC)	고순도(일반적으로 >98% SiC), 미세한 입자 크기, 고온에서 우수한 강도 및 경도, 우수한 내산화성. 무압 소결 또는 열간 프레스로 형성됩니다.	베인, 연소기 라이너, 씰링, 열교환기 요소와 같은 정적 구성 요소.	매우 높은 작동 온도, 우수한 내마모성 및 내식성, 우수한 열충격 저항성.	상대적으로 부서지기 쉽고, 완전 소결된 블랭크에서 복잡한 모양을 가공하는 것은 어렵고 비용이 많이 들 수 있습니다.
반응 결합 탄화규소(RBSiC 또는 SiSiC)	실리콘 금속으로 결합된 SiC 입자. 유리 실리콘(일반적으로 8~15%)을 포함합니다. 열전도율이 우수하고 내마모성이 우수하며 복잡한 형상을 형성하기 쉽습니다.	구조 부품, 마모 부품, 일부 연소기 부품. Si 녹는점 때문에 최고 온도 영역에서는 덜 일반적입니다.	복잡한 형상을 위한 낮은 제조 비용(그물 모양에 가까운 기능), 우수한 열 전도성.	낮은 최대 서비스 온도(실리콘의 녹는점에 의해 제한됨, ~1414°C), 고온에서 SSiC보다 낮은 크리프 저항.
실리콘 카바이드 섬유 강화 실리콘 카바이드 매트릭스 복합재(SiC/SiC CMC)	SiC 매트릭스에 내장된 SiC 파이버. 의사 연성 및 손상 내성을 제공하며 모놀리식 SiC보다 훨씬 높은 파단 인성을 제공합니다.	터빈 블레이드, 베인, 슈라우드, 연소기 라이너, 배기 노즐 구성품. 동적 부품을 위한 가장 고급 옵션으로 간주됩니다.	가볍고, 고온 강도와 크리프 저항성이 우수하며, 인성이 크게 향상되고 치명적이지 않은 고장 모드를 제공합니다.	높은 제조 비용, 복잡한 제조 공정(예: 화학 증기 침투, CVI, 폴리머 침투 및 열분해, PIP, 용융 침투, MI). 환경 차단 코팅(EBC)은 종종 수증기 후퇴를 방지하기 위해 필요합니다.
질화 규소 결합 실리콘 카바이드(NBSiC)	질화규소(SiC) 입자가 결합된 실리콘 질화물(Si3N4) 상. 열충격 저항성과 강도가 우수합니다.	주로 비항공우주 고온 응용 분야에서 사용되지만 고유한 특성 균형이 유리한 특정 항공우주 부품에 잠재력이 있습니다.	열충격 저항성이 우수하고 비용이 적당합니다.	일반적으로 최고 온도에서 SSiC 또는 SiC/SiC CMC에 비해 기계적 특성이 낮습니다.
재결정 탄화규소(RSiC)	압축된 SiC 입자를 매우 높은 온도에서 소성하여 형성된 고순도 SiC로, 첨가제 없이 결합합니다. 종종 다공성입니다.	가마 가구, 방사형 튜브. 응력이 높은 항공우주 구조 부품에는 덜 일반적이지만 특정 정적 열 부품에는 사용할 수 있습니다.	뛰어난 열충격 저항성, 매우 높은 서비스 온도.	일반적으로 SSiC에 비해 다공성으로 인해 강도와 밀도가 낮습니다.

이러한 기술 세라믹 소재 부품의 작동 환경, 스트레스 수준, 수명 요구 사항 및 비용 목표에 대한 철저한 분석에 따라 달라집니다. 예를 들어 극한의 온도와 내마모성이 요구되는 정적 부품에는 SSiC를 선택하고, 회전하는 부품이나 더 높은 손상 내성이 필요한 부품에는 SiC/SiC CMC를 선호할 수 있습니다. 숙련된 전문가와의 상담 SiC 부품 공급업체 를 선택하는 것이 중요합니다.

SiC 터빈 부품의 주요 설계 고려 사항

항공우주 터빈용 실리콘 카바이드로 부품을 설계하려면 연성 금속으로 작업할 때와는 다른 사고방식이 필요합니다. 모놀리식 세라믹의 고유한 취성과 CMC의 고유한 고장 모드로 인해 신뢰성과 수명을 보장하기 위해 설계 세부 사항에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 주요 고려 사항은 다음과 같습니다:

• 스트레스 농도: 날카로운 모서리, 노치, 작은 구멍은 응력을 집중시켜 부서지기 쉬운 재료의 조기 고장으로 이어질 수 있습니다. 응력을 보다 고르게 분산시키기 위해 설계에 넉넉한 반경과 부드러운 전환을 포함시켜야 합니다. 유한 요소 분석(FEA)은 응력이 높은 영역을 식별하고 완화하는 데 필수적입니다.
• 첨부 및 가입: SiC 부품을 금속 구조물이나 기타 세라믹 부품에 연결하는 것은 열팽창 계수와 강성의 차이로 인해 상당한 어려움이 있습니다. 연결 지점의 설계는 이러한 불일치를 수용해야 합니다. 기술에는 호환되는 중간층, 간섭 맞춤, 브레이징(활성 브레이즈 합금 사용) 또는 응력을 최소화하도록 설계된 기계적 고정이 포함됩니다.
• 제조 제약 조건(제조 가능성을 위한 디자인 &8211; DfM): 선택한 SiC 등급과 제조 공정(예: 프레싱, 주조, 그린 가공, 소결, CMC 레이업 및 침투)에 따라 달성 가능한 형상, 피처 크기 및 내부 복잡성에 제한이 있습니다. 초기 협업 SiC 제조업체 는 디자인의 생산성을 보장하는 데 필수적입니다.
• 열 관리 및 그라데이션: SiC는 고온을 견딜 수 있지만, 심한 열 구배는 내부 응력을 유발할 수 있습니다. 설계는 이러한 구배를 최소화하는 것을 목표로 해야 합니다. CMC의 경우 열 전도성의 이방성(관통 두께와 평면 내 방향이 다름)도 고려해야 합니다.
• 확률론적 설계 및 라이팅: 금속과 달리 세라믹의 강도는 내재된 미세한 결함의 분포로 인해 웨이불 통계로 설명되는 경우가 많습니다. 필요한 안전 수준에서 부품의 신뢰성을 보장하려면 확률론적 설계 접근 방식과 엄격한 수명 방법론이 필수적입니다. 여기에는 치명적인 결함이 있는 부품을 선별하기 위한 비파괴 평가(NDE)가 포함됩니다.
• 내충격성 및 내손상성: 블레이드와 같이 이물질 손상(FOD)이 발생할 수 있는 부품의 경우 모놀리식 SiC의 제한된 내충격성이 문제가 됩니다. SiC/SiC CMC는 더 나은 내충격성을 제공하지만, 여전히 충격 에너지를 굴절시키거나 흡수하는 기능을 통합하는 것이 핵심 설계 동인이 되어야 합니다.
• 환경 보호: SiC는 내산화성이 우수하지만, 수증기(연소 부산물)가 있는 매우 높은 온도에서는 휘발(침체)이 발생할 수 있습니다. 환경 차단 코팅(EBC)은 장시간 사용해야 하는 경우가 많으며, 설계는 이러한 코팅의 적용 및 거동을 수용해야 합니다.
• 비용 대 성능 절충: 매우 복잡한 설계나 극도로 엄격한 공차는 제조 비용을 증가시킵니다. 엔지니어는 원하는 성능 향상과 실질적인 제조 역량 및 예산 제약 사이에서 균형을 맞춰야 합니다.

이러한 설계 고려 사항을 성공적으로 탐색하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다 민감한 전자 제품을 위한 정밀 SiC 부품 등, 설계, 분석, 제조 시험 및 테스트의 반복적인 프로세스가 수반되는 경우가 많습니다.

SiC 가공에서 달성 가능한 공차, 표면 마감 및 치수 정확도

항공우주 터빈, 특히 공기역학적 표면과 인터페이스의 성능을 위해서는 탄화규소 부품의 엄격한 공차와 특정 표면 마감을 달성하는 것이 매우 중요합니다. 그러나 SiC는 경도가 매우 높아 가공하기 가장 까다로운 소재 중 하나입니다.

가공 프로세스:

• 연삭: 다이아몬드 연삭은 소결 또는 치밀화 후 SiC 부품을 성형하고 마감하는 가장 일반적인 방법입니다. 정밀한 치수를 얻기 위해 다양한 연삭 기술(표면, 원통형, 크립 피드)이 사용됩니다.
• 래핑 및 연마: 매우 매끄러운 표면과 초미세 공차(예: 씰 표면, 광학 부품)가 필요한 애플리케이션의 경우 다이아몬드 래핑 및 연마가 사용됩니다. 이를 통해 나노미터 범위의 표면 거칠기(Ra) 값을 얻을 수 있습니다.
• 방전 가공(EDM): 기존 SiC는 전기 절연체이지만, 전기 전도성이 충분한 특정 등급(일부 RBSiC 등급 또는 특수 제조된 SiC 등)은 EDM을 사용하여 가공할 수 있습니다. 이는 복잡한 모양이나 작은 피처를 만들 때 유용합니다.
• 초음파 가공(USM): USM은 고주파 진동과 연마 슬러리를 사용하여 재료를 제거합니다. SiC와 같이 부서지기 쉬운 재료에 적합하며 구멍과 공동을 만들 수 있습니다.
• 레이저 가공: 레이저는 특히 '녹색'(소결되지 않은) 상태 또는 얇은 섹션의 SiC를 절단, 드릴링 및 스크라이빙하는 데 사용할 수 있습니다. 하지만 열 손상이 우려될 수 있습니다.

달성 가능한 공차 및 표면 마감:

• 치수 허용오차: 정밀 다이아몬드 연삭을 사용하면 부품 크기, 복잡성 및 특정 SiC 등급에 따라 ±0.005mm~±0.025mm(±0.0002~±0.001인치) 범위의 치수 공차를 달성할 수 있습니다. 더 엄격한 허용 오차는 가능하지만 비용이 크게 증가합니다.
• 표면 거칠기(Ra):
  • 표준 접지 마감: Ra 0.2~0.8µm(8~32µin).
  • 미세 연마 마감: Ra 0.1~0.4µm(4~16µin).
  • 랩핑/광택 마감: Ra <0.05µm(<2µin)를 달성할 수 있습니다.
• 기하 공차: 평탄도, 평행도, 직각도와 같은 특징도 세심한 가공과 계측을 통해 고정밀로 제어할 수 있습니다.

완전 고밀도 SiC 가공은 다이아몬드 공구 마모가 심하고 재료 제거율이 느리기 때문에 시간과 비용이 많이 든다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 최종 가공에 필요한 양을 최소화하기 위해 그물 모양에 가까운 성형 기술이 선호됩니다. 논의 중 SiC 가공 기능 설계 단계 초기에 공급업체와 협력하는 것은 기대치와 비용을 관리하는 데 매우 중요합니다.

SiC 항공우주 부품을 위한 필수 후처리

1차 제조 및 가공 후 실리콘 카바이드 항공우주 부품은 최종 성능, 내구성 및 조립 요구 사항을 충족하기 위해 추가적인 후처리 단계가 필요한 경우가 많습니다. 이러한 단계는 혹독한 터빈 환경에 맞게 부품을 최적화하는 데 매우 중요합니다.

• 청소: 가공 냉각수, 연마 입자 또는 취급에 의한 잔여물을 제거하려면 철저한 세척이 필수적입니다. 이렇게 하면 후속 코팅을 위한 적절한 접착력을 보장하고 엔진의 오염을 방지할 수 있습니다.
• 가장자리 모서리 챔퍼링/반경: 세라믹 부품의 날카로운 모서리는 칩핑이 발생하기 쉬우며 응력 상승 요인으로 작용할 수 있습니다. 취급 견고성과 기계적 무결성을 개선하기 위해 정밀한 모서리 처리(예: 미세한 모따기 또는 반경)를 적용하는 경우가 많습니다.
• 힐링/스트레스 완화: 경우에 따라, 특히 공격적인 연삭 후 가공 중에 유도된 내부 응력을 완화하기 위해 어닐링 단계를 수행할 수 있지만, 이는 다른 세라믹이나 금속에 비해 SiC의 경우 덜 일반적입니다.
• 비파괴 평가(NDE): 설치 전에 중요한 SiC 구성 요소는 성능을 저하시킬 수 있는 내부 또는 표면 결함(균열, 기공, 내포물)을 감지하기 위해 엄격한 NDE를 거칩니다. 일반적인 NDE 기법에는 다음이 포함됩니다:
  • 육안 검사(VI)
  • 형광 투과 검사(FPI) - 표면 균열 검사
  • X-선 컴퓨터 단층 촬영(CT) - 내부 결함 및 밀도 변화 확인
  • 초음파 테스트(UT) - 내부 결함 검사
  • 음향 방출(AE) - 증명 테스트 중
• 환경 차단 코팅 (EBC): 습기가 많은 연소 환경에서 매우 높은 온도에서 장시간 사용하려면 SiC 부품(특히 CMC)에 EBC가 필요합니다. 이러한 다층 코팅은 수증기 후퇴와 산화로부터 SiC를 보호하여 부품 수명을 크게 연장합니다. 일반적인 EBC 재료로는 희토류 규산염이 있습니다. EBC의 적용은 고도로 전문화된 공정(예: 플라즈마 스프레이, CVD)입니다.
• 내마모성 또는 기능성 코팅: 일부 애플리케이션에서는 내마모성을 더욱 강화하거나 마찰을 줄이거나 기타 기능적 특성을 제공하기 위해 특정 코팅을 적용할 수 있습니다. 온도와 호환되는 경우 특정 접촉 표면에 다이아몬드 유사 탄소(DLC) 또는 기타 하드 코팅을 고려할 수 있습니다.
• 검증 시험: 부품은 예상 작동 부하를 시뮬레이션하거나 초과하는 기계적 또는 내열 테스트를 받을 수 있습니다. 이를 통해 취약한 부품을 선별하고 설계 및 제조 공정을 검증하는 데 도움이 됩니다.
• 조립 및 가입 준비: SiC 부품을 다른 부품(금속 또는 세라믹)에 결합하려면 후처리 단계의 일부로 표면을 특수하게 준비(예: 납땜을 위한 금속화)해야 할 수 있습니다.

이러한 각 SiC 마감 기술 는 가치를 더하고 최종 항공우주 제품의 신뢰성과 성능을 보장합니다. 구체적인 후처리 방식은 애플리케이션, SiC 등급 및 운영 요구 사항에 따라 결정됩니다.

SiC 터빈 부품 제조의 일반적인 과제 극복하기

항공우주 터빈에서 실리콘 카바이드의 장점은 강력하지만, 이를 채택하는 데 어려움이 없는 것은 아닙니다. 제조업체와 엔지니어는 재료 특성, 제작 및 비용과 관련된 몇 가지 장애물을 해결해야 합니다.

• 취성 및 낮은 파단 인성(모놀리식 SiC):
  • 도전: 모놀리식 SiC는 본질적으로 부서지기 쉬우므로 파단 전에 소성 변형이 거의 일어나지 않습니다. 따라서 작은 결함이나 충격에도 치명적인 고장이 발생하기 쉽습니다.
  • 완화: 확률론적 설계 방법론을 사용하여 응력 집중을 최소화하는 설계, 결함을 선별하기 위한 엄격한 NDE, 가능한 경우 손상 내성 설계 구현(예: 세그먼트화된 부품), 인성이 중요한 애플리케이션을 위해 SiC/SiC CMC로 전환합니다.
• 가공 복잡성 및 비용:
  • 도전: SiC는 경도가 매우 높기 때문에 엄격한 공차로 가공하기가 어렵고 비용이 많이 듭니다. 다이아몬드 툴링은 빠르게 마모되고 재료 제거 속도가 느립니다.
  • 완화: 그물에 가까운 성형 기술(예: 슬립 캐스팅, 그린 바디의 사출 성형)을 사용하여 최종 가공을 최소화하고, 연삭 파라미터를 최적화하고, 고급 가공 기술(레이저 보조 연삭, 전도성 재질의 경우 EDM)을 탐색하고, 처음부터 제조 가능성을 고려한 설계를 수행합니다.
• 높은 재료 및 처리 비용:
  • 도전: 고순도 SiC 분말, 복잡한 CMC 제조 공정(예: CVI), 특수 EBC 애플리케이션은 기존 초합금에 비해 높은 부품 비용을 초래합니다.
  • 완화: 수율 개선 및 사이클 시간 단축을 위한 공정 최적화, 저비용 제조 경로 개발(예: 해당되는 경우 CMC의 경우 PIP 또는 MI), 전략적 재료 선택, 성능 이점이 비용을 정당화하는 고부가가치 애플리케이션에 집중하는 것 등이 있습니다. 연료 절감과 잠재적으로 더 긴 유지보수 주기를 포함한 전체 수명주기 비용도 고려해야 합니다.
• SiC를 다른 재료에 결합:
  • 도전: 열팽창 계수, 강성 및 화학적 호환성의 차이로 인해 금속 구조에 SiC를 견고하게 결합하는 것은 중요한 엔지니어링 문제입니다.
  • 완화: 액티브 메탈 브레이징, 과도 액상(TLP) 본딩, 확산 본딩, 불일치를 수용하도록 설계된 기계적 부착물, 기능적으로 등급이 지정된 인터레이어 등 고급 접합 기술의 개발 및 사용.
• 재현성 및 품질 관리:
  • 도전: 생산 배치 전반에 걸쳐 일관된 재료 특성과 결함 없는 구성 요소를 보장하는 것은 고급 세라믹의 경우 까다로운 작업일 수 있습니다.
  • 완화: 원자재 품질에 대한 엄격한 관리, 모든 제조 단계(성형, 소결, 침투)에서의 정밀한 공정 파라미터 제어, 여러 지점에서의 포괄적인 NDE, 강력한 품질 관리 시스템(예: AS9100) 등이 있습니다.
• 환경 악화(수증기 불황):
  • 도전: 수증기가 포함된 환경의 매우 높은 온도(일반적으로 >1200°C)에서 SiC는 반응하여 휘발성 수산화규소 종을 형성하여 재료 손실(침체)을 초래할 수 있습니다.
  • 완화: 수증기 공격으로부터 SiC를 보호하기 위해 특별히 설계된 고급 환경 차단 코팅(EBC)을 적용합니다. 더 튼튼하고 더 높은 온도의 EBC를 개발하기 위해 지속적인 연구가 진행 중입니다.

이러한 과제를 해결하려면 지속적인 연구 개발, 재료 과학자, 설계 엔지니어, 제조 전문가 간의 긴밀한 협업, 전문가와의 파트너십이 필요합니다 SiC 솔루션 제공업체.

맞춤형 SiC 항공우주 부품을 위한 전략적 파트너 선택: 시카브 테크 소개

적합한 공급업체 선택 맞춤형 실리콘 카바이드 항공우주 부품 는 프로젝트 성공, 부품 품질 및 전반적인 엔진 성능에 큰 영향을 미칠 수 있는 중요한 결정입니다. 이상적인 파트너는 심도 있는 재료 전문 지식, 고급 제조 역량, 품질에 대한 헌신, 복잡한 엔지니어링 과제에 대해 효과적으로 협업할 수 있는 능력을 갖추고 있어야 합니다.

바로 이 지점에서 시카브 테크가 돋보입니다. 아시다시피 중국 실리콘 카바이드 맞춤형 부품 제조의 허브는 중국 웨이팡시에 위치해 있습니다. 이 지역에는 다양한 규모의 40개 이상의 실리콘 카바이드 생산 기업이 있으며, 중국 전체 SiC 생산량의 80% 이상을 총합하여 차지하고 있습니다. 시카브 테크는 2015년부터 첨단 실리콘 카바이드 생산 기술을 도입하고 구현하면서 이러한 발전에 중요한 역할을 해왔습니다. 우리의 노력은 현지 기업들이 제품 공정에서 대규모 생산과 상당한 기술 발전을 달성하는 데 도움을 주었습니다. 우리는 이 중요한 SiC 산업 기반의 출현과 지속적인 진화를 자랑스럽게 목격하고 기여해 왔습니다.

시카브 테크는 중국과학원 국가기술이전센터와 긴밀히 협력하는 기업가 공원인 중국과학원(웨이팡) 혁신 파크의 산하에 운영되고 있습니다. 이번 제휴를 통해 중국과학원의 강력한 과학, 기술 역량과 인재 풀에 대한 비할 데 없는 접근성을 확보할 수 있게 되었습니다. 국가 차원의 혁신 및 기업가정신 서비스 플랫폼으로서 혁신, 기술이전, 과학 서비스를 통합하여 첨단 연구의 상용화를 위한 중요한 가교 역할을 하고 있습니다.