항공우주 추진: 최대 추력 및 성능 구현을 위한 SiC

소개 SiC - 탁월한 성능으로 항공우주 추진에 혁신을 일으키다

실리콘 카바이드(SiC)는 항공우주 추진 분야에서 효율성, 내구성, 성능의 새로운 시대를 예고하는 핵심 첨단 소재로 급부상하고 있습니다. 항공우주 엔지니어와 조달 관리자가 더 가볍고 강력하며 탄력적인 추진 시스템을 위해 노력하는 가운데 맞춤형 실리콘 카바이드 제품은 기존 소재가 따라올 수 없는 솔루션을 제공합니다. 로켓 엔진에서 극초음속 차량 부품에 이르기까지 뛰어난 열 전도성, 고온 안정성, 우수한 경도 및 저밀도 등 SiC의 고유한 특성 조합은 극한 조건에서 작동해야 하는 애플리케이션에 없어서는 안 될 필수 요소입니다. 이 블로그 게시물에서는 항공우주 추진 분야에서 실리콘 카바이드의 다각적인 역할을 살펴보고, 그 응용 분야, 이점, 설계 고려 사항, 고품질 맞춤형 SiC 부품을 조달하여 프로젝트에 경쟁력을 부여하는 방법을 살펴봅니다. 또한 SiC 제조의 글로벌 환경과 전문 지식을 통해 이 놀라운 기술 세라믹의 잠재력을 최대한 활용할 수 있는 방법에 대해서도 살펴봅니다.

주요 응용 분야: 실리콘 카바이드가 항공 우주 추진 분야에서 날아오르는 곳

극한의 온도, 고압, 부식성 가스가 특징인 항공우주 추진 시스템의 까다로운 환경에서는 이러한 문제를 흔들림 없이 견딜 수 있는 소재가 필요합니다. 실리콘 카바이드와 그 복합재는 다양한 핵심 부품에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 애플리케이션은 SiC의 고유한 특성을 활용하여 성능을 향상하고 서비스 수명을 연장하며 시스템 무게를 줄입니다.

• 로켓 엔진 노즐과 목구멍: 초고온(보통 2000°C 이상)을 견디고 고온의 고속 배기 가스로 인한 침식에 저항하는 SiC는 로켓 노즐 스로트, 출구 콘 및 다이버터에 이상적입니다. 맞춤형 SiC 노즐은 구조적 무결성과 치수 안정성을 유지하여 일관된 추력 및 엔진 성능을 보장합니다.
• 터빈 엔진 부품: 가스 터빈 엔진에서 SiC는 연소기 라이너, 터빈 베인, 블레이드 및 슈라우드와 같은 부품에 사용됩니다. 고온에서 높은 중량 대비 강도 비율로 더 높은 연소를 가능하게 하여 연비를 개선하고 배기가스를 줄일 수 있습니다. 실리콘 카바이드 매트릭스 복합재(CMC), 특히 탄소 섬유 강화 실리콘 카바이드(C/SiC)가 주목받고 있습니다.
• 극초음속 차량 부품: 극초음속 항공기 및 미사일의 경우 리딩 에지, 노즈 콘 및 제어 표면은 극심한 공기역학적 열을 경험합니다. 이러한 응용 분야에서는 SiC의 열 충격 저항성과 높은 방사율이 매우 중요하며, 마하 5 이상의 속도에서 소재의 열화를 방지합니다.
• 인공위성 및 우주선용 추진기 부품: 위성 정거장 유지 및 심우주 임무에 사용되는 이온 추진기와 홀 추진기는 방전 채널 및 그리드와 같은 구성 요소에 대한 SiC의 내마모성 및 전기적 특성의 이점을 활용합니다.
• 열교환기 및 회수기: 특히 회생 엔진 사이클에서 작고 가벼우며 고효율의 열교환기를 필요로 하는 항공우주 시스템에서는 열 전도성이 뛰어나고 오염 및 부식에 대한 내성이 뛰어난 SiC를 사용합니다.
• 거울 및 광학 시스템: 직접 추진체는 아니지만 SiC의 안정성과 연마성은 추진 장치 근처에 통합될 수 있는 항공우주 광학 시스템의 거울에 적합하며 온도 구배에 따른 안정성이 요구됩니다.
• 베어링 및 씰: 추진 시스템 내의 고속 회전 기계에서 SiC 베어링과 씰은 마찰이 적고 내마모성이 높으며 극한의 온도에서도 최소한의 윤활로 작동할 수 있습니다. 이러한 첨단 소재가 어떻게 사용되는지 몇 가지 예를 보실 수 있습니다 프로젝트 쇼케이스.

이러한 분야에서 SiC를 채택하는 이유는 더 큰 추력 대 중량 비율, 더 긴 작동 수명, 향상된 연비, 점점 더 열악한 환경에서도 작동할 수 있는 능력 등 더 높은 성능 지표에 대한 끊임없는 요구 때문입니다.

항공우주 추진을 위해 맞춤형 실리콘 카바이드를 선택해야 하는 이유는 무엇입니까? 성능 우위

표준 SiC 부품은 상당한 이점을 제공하지만, 항공 우주 추진의 독특하고 종종 극단적인 요구 사항 때문에 맞춤형 실리콘 카바이드 솔루션이 필요합니다. 기성 부품은 성능을 완전히 최적화하지 못하거나 첨단 추진 설계의 특정 기하학적 및 작동 제약 조건에 맞지 않을 수 있습니다. 커스터마이징은 SiC의 잠재력을 최대한 발휘하여 뚜렷한 성능 우위를 제공합니다.

항공우주 추진 분야에서 맞춤형 SiC를 선택할 경우 얻을 수 있는 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 최적화된 기하학적 디자인: 항공우주 부품은 공기역학적 효율성을 극대화하고 열 응력을 관리하거나 다른 부품과 통합하기 위해 복잡한 형상을 갖춘 경우가 많습니다. 맞춤형 제작을 통해 이러한 복잡한 설계와 정확히 일치하는 SiC 부품을 제작할 수 있으며, 이는 재고 부품으로는 달성할 수 없습니다. 여기에는 내부 냉각 채널이나 특정 마운팅 인터페이스와 같은 기능이 포함됩니다.
• 맞춤형 머티리얼 속성: 커스터마이징은 재료 구성 자체까지 확장할 수 있습니다. 정확한 애플리케이션 요구 사항에 따라 열충격 저항, 파괴 인성 또는 전기 전도성과 같은 특정 특성을 향상시키기 위해 특정 등급의 SiC(예: 반응 결합, 소결, 질화물 결합 또는 SiC 복합재)를 선택하거나 약간 수정할 수 있습니다.
• 향상된 열 관리: SiC의 높은 열전도율은 주요 자산입니다. 맞춤형 설계에는 연소 가스 또는 공기 역학적 가열에 노출되는 부품에 중요한 방열 또는 열 차단 기능을 더욱 최적화하는 기능을 통합할 수 있습니다.
• 무게 감소: SiC는 고온 애플리케이션에 사용되는 많은 초합금보다 본질적으로 가볍습니다. 맞춤형 설계를 통해 구조적 무결성을 손상시키지 않고 최소한의 재료 사용으로 SiC 부품을 제작할 수 있어 전체 시스템 무게를 줄이고 추력 대 중량비를 개선하는 데 직접적으로 기여합니다.
• 향상된 시스템 통합: 맞춤형 SiC 부품은 다른 재료로 제작된 결합 부품과 원활하게 통합되도록 설계됩니다. 여기에는 인터페이스에 대한 정밀한 공차, 차열 팽창에 대한 고려, 접합 기능의 통합이 포함됩니다.
• 안정성 및 수명 향상: SiC 부품을 특정 스트레스와 환경 조건에 맞게 조정하면 내구성과 작동 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이를 통해 유지보수 주기를 줄이고 추진 시스템의 전반적인 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
• 응용 분야별 성능: 로켓 노즐의 내식성을 극대화하거나 추진기 부품의 유전체 특성을 보장하는 등 맞춤형 SiC를 사용하면 엔지니어가 애플리케이션에 가장 중요한 성능 특성을 우선적으로 고려할 수 있습니다. 우리 팀은 다음을 제공하는 데 탁월합니다 사용자 지정 지원 이러한 정확한 요구를 충족시키기 위해

기본적으로 맞춤형 실리콘 카바이드는 항공우주 엔지니어가 표준 재료와 설계의 한계를 뛰어넘어 추진 기술의 한계를 뛰어넘어 전례 없는 수준의 성능과 효율성을 달성할 수 있도록 지원합니다.

항공우주 분야의 우수성을 위한 권장 SiC 등급 및 구성

까다로운 항공우주 분야에서 최적의 성능과 수명을 보장하기 위해서는 적절한 실리콘 카바이드 등급을 선택하는 것이 가장 중요합니다. 제조 공정에 따라 다양한 미세 구조와 그에 따른 뚜렷한 열역학적 특성을 가진 SiC 소재가 생산됩니다. 항공우주 추진과 관련된 주요 SiC 등급은 다음과 같습니다:

SiC 등급	주요 특징	일반적인 항공우주 응용 분야
소결 실리콘 카바이드(SSiC)	고밀도(일반적으로 >98%), 고온에서 우수한 강도 및 경도, 우수한 화학적 불활성, 우수한 열충격 저항성. 미세한 SiC 분말을 고온(2000~2200°C)에서 소결하여 생산하며, 때로는 비산화물 소결 보조제를 사용하여 생산하기도 합니다.	터빈 부품(베인, 블레이드), 열교환기 튜브, 베어링, 씰, 고순도 및 온도 성능이 요구되는 로켓 모터 부품.
반응 결합 탄화규소(RBSiC 또는 SiSiC)	유리 실리콘 함유량(일반적으로 8~15%)이 높고 열전도율이 우수하며 내마모성과 내마모성이 뛰어나 복잡한 형상을 비교적 쉽게 제작할 수 있습니다. 다공성 탄소-SiC 프리폼에 용융 실리콘을 침투시켜 제조합니다.	로켓 노즐, 연소기 라이너, 내마모성 부품, 열 전도성 및 복잡한 형상의 제조 가능성보다 극한의 고온 강도가 더 중요한 구조적 지지대. 실리콘의 녹는점(~1414°C)에 의해 제한됩니다.
질화 규소 결합 실리콘 카바이드(NBSiC)	실리콘 질화물(Si3N4) 상으로 결합된 SiC 입자. 우수한 열충격 저항성, 높은 열강도, 용융 금속 부식에 대한 내성을 제공합니다(추진력과는 관련이 적지만 견고함을 나타냄).	우수한 열 순환 저항성이 요구되는 특수 부품으로, 1차 추진 구조에서 SSiC나 RBSiC보다 덜 일반적이지만 우수한 내열성을 필요로 합니다.
화학 기상 증착 SiC(CVD-SiC)	일반적으로 코팅 또는 얇고 고밀도 부품 생산에 사용되는 초고순도 SiC. 산화 및 내식성이 뛰어납니다.	흑연 또는 C/C 복합재, 얇은 광학 부품, 반도체 애플리케이션(항공우주 전자제품과 관련이 있음)의 보호 코팅.
탄소 섬유 강화 실리콘 카바이드(C/SiC 복합재 & CMC의 일종)	탄소 섬유로 강화된 SiC 매트릭스. 모놀리식 SiC에 비해 크게 향상된 파단 인성(&8220;우아한 파괴)과 가볍고 우수한 고온 강도 및 열충격 저항성을 제공합니다.	첨단 터빈 엔진의 고온 구조 부품(예: 슈라우드, 플랩, 씰), 로켓 노즐, 극초음속 차량용 리딩 엣지. 제조 비용이 더 비싸고 복잡합니다.
실리콘 카바이드 섬유 강화 실리콘 카바이드(SiC/SiC 복합재 – CMC의 일종)	SiC 섬유로 강화된 SiC 매트릭스. CMC 중 가장 높은 온도(잠재적으로 >1650°C), 우수한 내산화성 및 우수한 인성을 제공합니다.	차세대 제트 엔진, 극초음속 차량 및 재사용 가능한 발사 시스템에서 가장 까다로운 애플리케이션에 사용됩니다. SiC 기술의 최첨단을 대표합니다.

올바른 등급을 선택하려면 작동 온도, 기계적 응력, 열 순환 조건, 화학적 환경, 원하는 수명, 그리고 무엇보다도 비용에 대한 면밀한 분석이 필요합니다. 특정 항공우주 추진 요구 사항에 맞는 정보에 입각한 결정을 내리려면 숙련된 세라믹 기술 전문가와 상담하는 것이 중요합니다.

맞춤형 SiC 항공 우주 추진 제품을 위한 설계 고려 사항

항공우주 추진용 실리콘 카바이드로 부품을 설계하려면 금속이나 폴리머로 작업할 때와는 다른 사고방식이 필요합니다. SiC의 고유한 취성은 놀라운 경도와 열적 특성으로 상쇄되지만 제조 가능성, 구조적 무결성 및 최적의 성능을 보장하기 위해 설계 세부 사항에 세심한 주의를 기울여야 한다는 것을 의미합니다.

주요 설계 고려 사항은 다음과 같습니다:

• 취성 관리:
  • 날카로운 내부 모서리와 응력이 집중되는 부분을 피하고 대신 넉넉한 반경을 사용하세요.
  • 세라믹은 장력보다 압축에 훨씬 강하므로 가능한 경우 압축 하중을 고려한 설계를 하세요.
  • 높은 인장 또는 굴곡 응력을 받는 구성 요소에 대한 프리스트레싱 기술 또는 보강(CMC에서와 같이)을 고려하세요.
  • 점 부하를 방지하는 기능을 통합하고 더 넓은 영역에 부하를 분산하세요.
• 열 관리:
  • 열 경사도 및 열 충격 가능성을 분석합니다. SiC는 열충격 저항성이 우수하지만 극단적이고 급격한 온도 변화는 여전히 파손을 유발할 수 있습니다.
  • 가능한 경우 균일한 가열 및 냉각을 위해 설계합니다.
  • SiC를 다른 재료와 결합할 때 열팽창계수(CTE)가 일치하지 않는 것을 고려하세요. 이러한 차이를 수용하도록 접합부를 설계합니다(예: 호환되는 인터레이어 또는 기계적 부착물 사용).
• 제조 가능성 및 지오메트리:
  • 성형 공정: 선택한 SiC 재종의 성형 공정(예: 프레싱, 슬립 캐스팅, 압출, 사출 성형, 일부 재종의 경우 직접 가공)의 한계를 이해합니다. 복잡한 내부 캐비티는 어렵거나 비용이 많이 들 수 있습니다.
  • 벽 두께: 가능한 한 균일한 벽 두께를 유지하여 소결을 돕고 내부 응력을 줄입니다. 달성 가능한 최소 벽 두께는 제조 공정과 부품 크기에 따라 다릅니다.
  • 드래프트 각도: 프레스 또는 성형 부품의 경우 구배 각도를 통합하여 탈성형을 용이하게 합니다.
  • 가공 수당: 엄격한 공차를 위해 소결 후 가공(연삭)이 필요한 경우, 녹색 또는 소결 부품 설계에 충분한 재료 허용치가 포함되어 있는지 확인합니다.
• 가입 및 조립:
  • 가능한 경우 기계적 체결을 위해 설계하고, 클램핑력을 분산하기 위해 컴플라이언트 레이어를 사용합니다.
  • CTE 차이와 서비스 온도를 고려하여 모놀리식 조립이 필요한 경우 납땜 또는 특수 세라믹 접합 기술을 고려하세요.
  • 유지보수가 예상되는 경우 조립 및 분해를 위한 접근성을 고려하세요.
• 표면 마감 및 공차:
  • 기능적 요구사항(예: 공기역학적 매끄러움, 씰 인터페이스)에 따라 표면 마감 요구사항을 지정합니다. 매우 미세한 마감은 광범위한 연삭이 필요합니다.
  • 임계 허용 오차를 정의하고 허용 오차가 너무 엄격하면 제조 비용이 크게 증가한다는 점에 유의하세요.
• 컴포넌트 통합:
  • SiC 부품 설계가 더 큰 추진 시스템 내에서 조화롭게 맞아야 합니다.
  • 센서, 액추에이터 또는 연료 라인과의 인터페이스를 고려하세요.
• 비용 영향:
  • 복잡성은 비용을 증가시킵니다. 기능 저하 없이 가능한 한 설계를 간소화하세요.
  • SiC 등급의 선택과 광범위한 후처리의 필요성도 비용에 영향을 미칩니다.

설계 단계 초기에 SiC 공급업체와 긴밀하게 협력하는 것이 중요합니다. 경험이 풍부한 공급업체는 세라믹의 제조 가능성 설계(DFM)에 대한 귀중한 인사이트를 제공하여 성능, 신뢰성 및 비용 효율성을 위해 설계를 최적화하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이러한 협력적 접근 방식은 비용이 많이 드는 재설계를 방지하고 최종 SiC 부품이 모든 항공우주 추진 요구 사항을 충족하도록 보장할 수 있습니다.

완벽한 정밀도: 공차, 표면 마감 및 항공우주용 SiC의 치수 정확도

정밀도는 항공우주 추진 분야에서 단순한 목표가 아니라 기본적인 요구 사항입니다. 종종 중요한 어셈블리에서 작동하는 실리콘 카바이드 부품은 최적의 성능, 안전성 및 시스템 효율성을 보장하기 위해 엄격한 공차, 특정 표면 마감 및 높은 치수 정확도를 요구합니다. SiC와 같이 단단하고 부서지기 쉬운 소재로 이러한 수준의 정밀도를 달성하려면 전문적인 제조 전문 지식과 고급 가공 기술이 필요합니다.

달성 가능한 허용 오차:

SiC 부품의 달성 가능한 치수 허용 오차는 여러 요인에 따라 달라집니다:

• SiC 등급: 등급(RBSiC, SSiC)에 따라 소결 시 수축률과 거동이 달라져 소결 공차에 영향을 미칩니다.
• 제조 공정: 그물 모양에 가까운 성형 기술(예: 사출 성형, 슬립 캐스팅)은 초기 공차가 좋은 부품을 생산할 수 있습니다. 그러나 가장 엄격한 공차를 위해서는 소결 후 다이아몬드 연삭이 거의 항상 필요합니다.
• 부품 크기 및 복잡성: 부품이 크고 복잡할수록 부품 전체에 엄격한 허용 오차를 유지하는 데 더 큰 어려움이 따릅니다.
• 가공 기능: 연삭 장비의 정교함과 기계공의 숙련도가 매우 중요합니다.

접지 SiC 부품의 일반적인 달성 가능한 허용 오차는 대개 다음과 같은 범위입니다:

• 치수 허용오차: 중요한 기능의 경우 ±0.005mm(±0.0002인치) 또는 그보다 더 엄격할 수 있지만 비용이 크게 증가합니다. 더 일반적인 허용 오차는 ±0.01mm ~ ±0.05mm입니다.
• 평행도, 평탄도, 원형도: 정밀한 표면을 위해 수 마이크로미터(µm) 이내로 제어할 수 있습니다.

표면 마감 옵션:

표면 마감은 마찰 최소화, 적절한 밀봉, 공기역학적 또는 유체역학적 성능 최적화 등 항공우주 추진에서 다양한 이유로 매우 중요합니다.

• 소결된 그대로의 마감: 소결 직후 부품의 표면 마감은 일반적으로 더 거칠며, 녹색 성형 공정과 SiC의 입자 크기에 따라 달라집니다. 일부 내부 또는 중요하지 않은 표면에 적합할 수 있습니다. Ra 값은 1µm에서 10µm 이상까지 다양합니다.
• 지상 마감: 다이아몬드 연삭은 향상된 표면 마감과 엄격한 허용 오차를 달성하는 가장 일반적인 방법입니다. 연마된 표면은 일반적으로 0.2µm에서 0.8µm의 Ra 값을 얻을 수 있습니다.
• 랩핑/폴리싱 마감: 매우 매끄러운 표면이 필요한 애플리케이션(예: 고성능 씰, 거울 기판, 일부 베어링 레이스웨이)의 경우 래핑 및 폴리싱 공정을 사용할 수 있습니다. 이러한 공정을 통해 0.05µm 미만의 Ra 값을 달성할 수 있으며, 광학 애플리케이션의 경우 옹스트롬 수준까지 낮출 수도 있습니다.

치수 정확도 보장:

치수 정확도는 다음과 같은 조합을 통해 유지됩니다:

• 프로세스 제어: 원자재 품질, 성형 공정 및 소결 주기를 엄격하게 제어하여 변동성을 최소화합니다.
• 고급 가공: 정밀 CNC 다이아몬드 연삭기, 특수 툴링, 최적화된 연삭 매개변수를 활용합니다.
• 측정학: 3차원 측정기(CMM), 광학 프로파일 측정기, 레이저 간섭계 등 정교한 측정 장비를 사용하여 치수와 표면 특성을 확인합니다.
• 필요한 것과 유사한 크기와 복잡성의 부품에 대한 경험이 있습니까? 엄격한 품질 표준(예: 항공우주 분야의 AS9100)을 준수하면 공정을 반복할 수 있고 부품이 일관되게 사양을 충족할 수 있습니다.

조달 관리자와 엔지니어는 도면과 사양에 필요한 공차와 표면 마감을 명확하게 정의하고, 요구 사항이 엄격할수록 제조 시간과 비용이 증가한다는 점을 이해해야 합니다. SiC 공급업체와의 협업을 통해 특정 항공우주 추진 부품에 대한 정밀도, 성능, 비용 간의 최적의 균형을 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

후처리 요구 사항: 항공우주 수요에 맞는 SiC 부품 최적화

실리콘 카바이드의 고유한 특성으로 인해 항공우주 추진에 탁월한 소재이지만, 성능을 더욱 향상시키고 치수 정확도를 보장하며 특정 애플리케이션의 엄격한 요구 사항을 충족하기 위해서는 후처리 단계가 중요한 경우가 많습니다. 이러한 2차 공정은 소결되거나 그물 모양에 가까운 SiC 부품을 조립할 수 있는 완성된 부품으로 변환합니다.

SiC 항공우주 부품의 일반적인 후처리 요구 사항은 다음과 같습니다:

• 다이아몬드 연삭: 이것은 가장 널리 사용되는 후처리 단계입니다. SiC는 다이아몬드와 탄화붕소에 이어 두 번째로 경도가 높기 때문에 기존 가공 공구는 효과가 없습니다. 다이아몬드 함침 연삭 휠이 사용됩니다:
  • 엄격한 치수 공차를 달성하세요.
  • 정밀한 기하학적 특징(구멍, 슬롯, 모따기)을 만듭니다.
  • 원하는 표면 마감을 생성합니다.
  • 소결 공정에서 사소한 왜곡이나 여분의 재료를 제거합니다.
• 래핑 및 연마: 씰, 베어링 또는 광학 부품과 같이 매우 매끄럽고 평평한 표면을 요구하는 응용 분야의 경우 연삭 후 래핑 및 연마가 사용됩니다. 이러한 공정에서는 점점 더 미세한 연마 슬러리(주로 다이아몬드 기반)를 사용하여 거울과 같은 마감과 미크론 미만의 허용 오차를 달성합니다.
• 모서리 호닝/모따기: 깨지기 쉬운 세라믹 부품의 날카로운 모서리는 응력이 집중되는 지점이 될 수 있으며 칩핑이 발생하기 쉽습니다. 모서리 호닝 또는 챔퍼링은 모서리에 작고 제어된 반경 또는 경사를 만들어 취급 견고성을 개선하고 파손 발생 위험을 줄입니다.
• 청소: 제조 및 후처리 단계에서 오염물질, 가공유체 또는 미립자 물질을 제거하려면 철저한 세척이 필수적입니다. 이는 민감한 항공우주 시스템, 특히 추진제나 광학 경로와 관련된 부품에 사용되는 부품에 매우 중요합니다. 특수 초음파 세척 또는 화학 세척 방법을 사용할 수 있습니다.
• 코팅: SiC는 고유의 산화 및 내식성이 뛰어나지만 특수 코팅을 적용하여 이러한 특성을 더욱 향상시키거나 새로운 기능을 추가할 수 있습니다:
  • 환경 차단 코팅 (EBC): 초고온 애플리케이션, 특히 터빈 엔진의 SiC/SiC CMC를 사용하는 경우 EBC는 연소 환경의 수증기 및 기타 부식성 물질로부터 부품을 보호하여 부품 수명을 연장합니다.
  • 산화 방지 코팅: 특정 등급이나 극한 조건의 경우 코팅을 통해 산화에 대한 추가적인 보호 기능을 제공할 수 있습니다.
  • 내마모성 코팅: SiC는 내마모성이 뛰어나지만, 특정 마찰학적인 조합을 위해 다이아몬드 유사 탄소(DLC)와 같은 특수 코팅을 적용할 수 있습니다.
• 접합/브레이징 준비: SiC 부품을 납땜을 통해 다른 SiC 부품이나 금속 구조물에 결합하는 경우, 강력하고 안정적인 결합을 보장하기 위해 후처리 단계로 특정 표면 처리(예: 금속화)가 필요할 수 있습니다.
• 비파괴 검사(NDT): 기술적으로는 검사 단계이지만, X-레이 검사, 초음파 검사 또는 형광 투과 검사(FPI)와 같은 NDT 방법은 부품의 무결성을 손상시킬 수 있는 내부 결함, 균열 또는 표면 결함이 없는지 확인하기 위해 중요한 후처리 작업 후에 수행되는 경우가 많습니다.

후처리의 범위와 유형은 애플리케이션의 특정 요구 사항, 선택한 SiC 등급 및 초기 성형 방법에 따라 결정됩니다. 각 단계마다 부품의 비용과 리드 타임이 추가되므로 필요한 작업만 지정하는 것이 중요합니다. 포괄적인 사내 후처리 역량을 갖춘 지식이 풍부한 SiC 공급업체와 협력하면 생산 공정을 간소화하고 최종 부품이 모든 항공우주 성능 기준을 충족하도록 보장할 수 있습니다.

항공우주 SiC의 일반적인 과제와 전문가 솔루션으로 이를 극복하는 방법

실리콘 카바이드의 우수한 특성에도 불구하고 항공우주 추진 분야에서 실리콘 카바이드를 채택하고 구현하는 데는 어려움이 있습니다. 이러한 잠재적 장애물을 이해하고 이를 해결하는 방법을 아는 것이 SiC의 이점을 성공적으로 활용하기 위한 핵심입니다. 대부분의 문제는 SiC의 고유한 경도와 취성, 그리고 제조 공정의 복잡성에서 비롯됩니다.

다음은 몇 가지 일반적인 문제와 이를 극복하기 위한 전략입니다:

1. 취성 및 낮은 파괴 인성:
   • 도전: 모놀리식 SiC는 부서지기 쉬우므로 충격이나 높은 인장 응력을 받으면 큰 소성 변형 없이 갑자기 파손될 수 있습니다. 이는 진동, 열 충격 또는 잠재적인 이물질 손상(FOD)에 노출된 구성 요소의 주요 관심사입니다.
   • 해결책:
     • 설계 최적화: 세라믹 친화적인 설계 원칙(예: 넉넉한 반경, 응력 집중 방지, 압축을 고려한 설계)을 적용합니다.
     • 재료 선택: 더 견고한 SiC 등급을 활용하거나 중요한 애플리케이션의 경우 의사 연성과 훨씬 높은 파단 인성을 제공하는 SiC 기반 세라믹 매트릭스 복합재(C/SiC 또는 SiC/SiC와 같은 CMC)를 선택합니다.
     • 검증 시험: 구성 요소에 대한 엄격한 증명 테스트를 구현하여 심각한 결함이 있는 부품을 걸러냅니다.
     • 보호 마운팅/하우징: SiC 부품을 직접적인 충격으로부터 보호하기 위해 주변 구조를 설계합니다.
2. 가공 복잡성 및 비용:
   • 도전: SiC는 경도가 매우 높기 때문에 가공이 어렵고 시간이 많이 걸립니다. 다이아몬드 공구만이 SiC를 효과적으로 절삭 또는 연삭할 수 있기 때문에 금속에 비해 가공 비용이 높고 리드 타임이 길어집니다.
   • 해결책:
     • 그물에 가까운 모양 형성: 제조 공정(예: 슬립 캐스팅, 사출 성형, 그린 바디의 3D 프린팅)을 활용하여 가능한 한 최종 치수에 가까운 부품을 생산하여 연삭으로 제거해야 하는 재료의 양을 최소화합니다.
     • 고급 그라인딩 기술: CNC 다이아몬드 연삭, 초음파 보조 가공 또는 SiC용 레이저 가공에 전문성을 갖춘 공급업체와 파트너 관계를 맺으세요.
     • 제조 가능성을 위한 디자인(DFM): 가능한 경우 설계를 간소화하고 설계 단계 초기에 SiC 전문가와 상의하여 가공 효율성을 최적화하세요.
3. SiC를 다른 재료에 결합:
   • 도전: 금속이나 다른 세라믹에 SiC를 접합하는 것은 열팽창계수(CTE)의 차이로 인해 어려울 수 있으며, 이로 인해 열 순환 중에 접합부에 응력이 발생할 수 있습니다.
   • 해결책:
     • 브레이징: 세라믹과 금속의 접합을 위해 특별히 설계된 액티브 브레이즈 합금을 사용합니다. 응력을 수용하도록 접합부를 설계합니다(예: 규정을 준수하는 중간층 사용).
     • 기계적 체결: 하중을 분산하고 CTE 불일치를 흡수하기 위해 규정을 준수하는 개스킷이나 와셔를 통합하여 견고한 기계식 부착물을 설계합니다.
     • 확산 접합: 고온, 고압 공정으로 강력한 결합을 만들 수 있지만 복잡하고 부품에 따라 다릅니다.
     • 등급별 중간층: 일부 고급 애플리케이션에서는 점진적으로 변화하는 CTE를 가진 인터레이어를 사용할 수 있습니다.
4. 열충격 민감성:
   • 도전: SiC는 일반적으로 내열 충격성이 우수하지만, 매우 빠르고 심한 온도 변화는 특히 복잡한 모양이나 제한된 부품에서 균열을 유발할 수 있습니다.
   • 해결책:
     • 재료 선택: RBSiC 또는 특정 SSiC 제형과 같은 등급은 열충격에 대한 내성이 더 우수합니다. CMC는 훨씬 더 내성이 강합니다.
     • 설계 고려 사항: 열 구배를 최소화하고 열 팽창을 허용하도록 부품을 설계합니다.
     • 운영 제어: 가능하면 애플리케이션에서 난방 및 냉방 요금을 관리하세요.
5. 원자재 및 가공 비용:
   • 도전: 고순도 SiC 분말과 소결 및 가공에 필요한 에너지 집약적인 공정으로 인해 기존 소재에 비해 부품 비용이 높아집니다.
   • 해결책:
     • 응용 분야별 등급 선택: 과도하게 사양을 지정하지 마세요. 모든 성능 요구 사항을 충족하는 가장 비용 효율적인 SiC 등급을 사용하세요.
     • 대량 생산: 생산량이 많을수록 비용은 감소하는 경향이 있습니다.
     • 전략적 소싱: 제조 공정과 공급망을 최적화한 경험이 풍부한 공급업체와 협력하세요. 과거 검토 성공적인 구현 는 공급업체의 가치 제공 역량에 대한 인사이트를 제공할 수 있습니다.
6. 품질 관리 및 NDT:
   • 도전: 세라믹 부품의 작은 치명적인 결함을 감지하려면 전문적인 비파괴 검사(NDT) 기술과 전문 지식이 필요합니다.
   • 해결책:
     • Advanc