ความก้าวหน้าของ NASA ช่วยลดต้นทุนวัสดุคอมโพสิตเซรามิกสำหรับอุตสาหกรรมอวกาศ

คลีฟแลนด์, โอไฮโอ— NASA's Glenn Research Center has announced a significant advancement in ceramic matrix composite (CMC) technology that could dramatically reduce manufacturing costs while improving performance in extreme environmentsการพัฒนานี้สัญญาที่จะเร่งการรับใช้ในภาคอากาศและพลังงาน

สารประกอบเมทริกซ์เซรามิกรวมวัสดุเซรามิกกับเส้นใยเสริมสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติที่พิเศษ:

• ความทนความร้อนสูงกว่า:รักษาความสมบูรณ์แบบของโครงสร้างที่อุณหภูมิที่โลหะล้มเหลว ทําให้การทํางานของเครื่องยนต์มีประสิทธิภาพมากขึ้น
• ความต้านทานต่อการออกซิเดน:ทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่ทําลายวัสดุประจํา
• ความเบาที่น่าทึ่งสูงสุด 1/3 ของน้ําหนักของส่วนประกอบโลหะที่เทียบได้

คุณสมบัติเหล่านี้ทําให้ CMC เหมาะสําหรับส่วนประกอบของเครื่องยนต์เจ็ต, กระบอกรังสี, และอุปกรณ์การผลิตพลังงานที่อุณหภูมิสูงและสภาพที่ต้องการ

ถึงแม้ว่าจะมีข้อดีของ CMC แต่มีปัจจัยสามอย่างที่จํากัดการนํา CMC มาใช้อย่างแพร่หลาย:

• กระบวนการผลิตหลายขั้นตอนที่ซับซ้อนที่ต้องการการควบคุมที่แม่นยํา
• วัสดุพิเศษที่มีราคาแพง เช่น สายใยซิลิคอนคาร์ไบด์
• ความต้องการในการประกันคุณภาพที่เข้มงวดสําหรับการใช้งานที่สําคัญ

ทีมงานวิจัยพัฒนาเคลือบป้องกันสิ่งแวดล้อม (EBC) ที่นวัตกรรม

• พิสูจน์ความทนทานต่อการออกซิเดนของควาย 500+ ชั่วโมงที่ 1482 °C (2700 °F)
• ใช้เทคนิคการผลิตที่เรียบง่าย เพื่อลดต้นทุนการผลิต
• รักษาความทนทานภายใต้การหมุนเวียนความร้อนและความเครียดทางกล

ความก้าวหน้าในการเคลือบนี้แก้ไขกลไกความล้มเหลวหลักในการใช้งาน CMC - การทําลายผิวจากการเผชิญหน้ากับควันอุณหภูมิสูง

เทคโนโลยีนี้สามารถเปลี่ยนแปลงหลายสาขาได้

• การบิน:ความสามารถในการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ระบายอากาศ 15% ผ่านอุณหภูมิการทํางานที่สูงขึ้น
• ระบบอวกาศ:อายุการใช้งานส่วนประกอบที่ต่อเนื่องสําหรับยานบรรทุกเครื่องบินที่สามารถนําไปใช้ได้หลายครั้ง
• การผลิตพลังงาน:อุปกรณ์เรือนแก๊สที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและการปล่อยก๊าซที่ลดลง

นักวิเคราะห์ตลาดคาดการณ์ว่าภาค CMC อาจเติบโตเป็น 25 พันล้านดอลลาร์ภายในสิบปี เมื่อวัสดุเหล่านี้มีประโยชน์ต่อเศรษฐกิจมากขึ้น

สูตร EBC ใหม่เป็นการปรับปรุงที่สําคัญเมื่อเทียบกับการเคลือบพลาสมาอากาศ (APS) แบบปกติ ขณะที่ APS ยังคงมีประสิทธิภาพต่อค่าใช้จ่าย แทนของ NASA ให้ความคุ้มครองที่ดีกว่าด้วย:

• ความแข็งแรงในการเชื่อมโยงระหว่างชั้นเคลือบ
• ความทนทานต่อการกระแทกทางความร้อนที่ดีขึ้น
• ความเข้ากันได้ดีขึ้นกับวัสดุพื้นฐาน

การวิจัยที่กําลังดําเนินอยู่เน้น:

• การลดต้นทุนต่อเนื่อง ผ่านการปรับปรุงการผลิต
• การขยายศักยภาพของวัสดุสําหรับการใช้งานพลังงานนิวเคลียร์
• การพัฒนาโปรโตคอลการทดสอบมาตรฐานเพื่อนํามาใช้ในอุตสาหกรรม

เนื่องจากวัสดุที่ทันสมัยเหล่านี้สามารถเอาชนะข้อจํากัดในเรื่องค่าใช้จ่ายในประวัติศาสตร์ได้ พวกเขาพร้อมที่จะมีบทบาทที่สําคัญยิ่งขึ้นในระบบการขนส่งและพลังงานที่ยั่งยืน