항공제조업은 첨단기술이 가장 집약된 분야로 첨단제조기술에 속합니다. 예를 들어 미국 Pratt & Whitney가 개발한 F119 엔진, General Electric Company의 F120 엔진, 프랑스 SNECMA Company의 M88-2 엔진, 영국, 독일이 공동 개발한 EJ200 엔진 , 이탈리아 및 스페인. 세계 최고 수준을 대표하는 이러한 항공기 엔진은 신소재, 신공법, 신기술을 사용한다는 공통점이 있습니다. 사용된 7가지 새로운 재료는 각각 다음과 같이 소개됩니다.
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탄소/탄소 복합재
탄소/탄소 복합재란 무엇입니까? 탄소 섬유와 그 직물로 강화된 탄소 매트릭스 복합 재료로 밀도가 낮습니다(<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
탄소/탄소 복합재는 우수한 고온 특성을 많이 가지고 있지만 400도 이상의 호기성 환경에서 산화 반응을 일으켜 재료 특성이 급격히 저하됩니다. 따라서 고온의 호기성 환경에서 탄소/탄소 복합재를 적용하려면 산화 방지 조치가 있어야 합니다. 탄소/탄소 복합체의 산화 보호는 주로 다음 두 가지 방법을 통해 이루어집니다. 온도가 상승함에 따라 코팅 방법을 사용하여 탄소/탄소 복합 재료가 산소와 직접 접촉하지 않도록 하여 산화 보호 목적을 달성해야 합니다. 현재 코팅 방식이 가장 많이 사용되는 방식이다. 과학 기술의 지속적인 발전으로 탄소/탄소 복합 재료의 초고온 성능에 점점 더 의존하고 있으며 초고온 조건에서 실행 가능한 유일한 산화 보호 솔루션은 코팅 보호뿐입니다. .
C/C 기반 복합재료는 최근 몇 년 동안 세계에서 가장 주목을 받고 있는 더 높은 내열성을 가진 새로운 재료라는 점을 언급할 가치가 있습니다. C/C 복합재료만이 추력비가 20 이상이고 엔진 입구 온도가 1930-2227도인 터빈 로터 블레이드의 유일한 후계 재료로 간주되기 때문입니다. 선진 공업국이 추구하는 최고의 전략적 목표.
소위 C/C 기반 복합 재료는 탄소 섬유 강화 탄소 기본 복합 재료로, 탄소의 내화 특성과 탄소 섬유의 고강도 및 고강성을 결합하여 깨지지 않게 만듭니다. C/C계 복합재료는 경량, 고강도, 우수한 열안정성, 우수한 열전도성을 가지고 있어 오늘날 특히 1000-1300℃의 고온 환경에서 가장 이상적인 내열성 재료입니다. 강도가 감소하지 않았을 뿐만 아니라 증가할 수 있었습니다. 특히 1650도 이하에서는 상온에서 여전히 강도와 우아함을 유지합니다. 따라서 C/C 기반 복합 재료는 항공우주 제조 분야에서 큰 발전 가능성을 가지고 있습니다.
항공 엔진에 적용할 때 C/C 기반 복합 재료의 주요 문제 중 하나는 내산화성이 낮다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 따라서 최근 몇 년 동안 미국은 이 문제를 해결하기 위해 일련의 기술 조치를 채택하고 점차 새로운 엔진에 적용했습니다. 예를 들어, 미국 F119 엔진의 애프터버너 테일 노즐, F100 엔진의 노즐과 연소실 노즐, F120 검증기의 연소실 일부 부품은 C/C 기반 복합 재료로 만들어졌다. 또 다른 예로는 프랑스 M88-2 엔진이 있으며 Mirage 2000 엔진의 애프터버너 연료 분사봉, 방열판 및 노즐도 C/C 기반 복합 재료를 사용합니다.
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초고장력강 신소재
초고장력강이란? 미국은-1940중반에 Cr-Mo강(AISI4130)과 Cr-Ni-Mo강(AISI 4340)을 개발했습니다. 담금질과 저온템퍼링 후 인장강도는 각각 170과 190kgf/mm2이었다. 1950년대 초 AISI 4340강에 Si와 V를 첨가하여 인장강도 190~210kgf/mm2의 300M을 만들었다. 1960년에 International Nickel Company는 약 180kgf/mm2의 인장 강도와 최대 390kgf/mm의 파괴 인성을 가진 마레이징 강을 만들었습니다. 1970년대 미국은 300M을 기준으로 C를 줄이고 Si를 증가시켜 인성을 향상시키고 HP310강으로 발전시켰다. 머레이징강을 기반으로 인장강도 170kgf/mm2, 파괴인성 400kgf/mm2mm의 AF1410강으로 발전하였습니다.
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초고장력강은 높은 인장강도와 충분한 인성을 유지해야 합니다. 또한 구성요소의 중량을 줄이기 위해 큰 비강도(밀도에 대한 강도의 비율)와 높은 항복비(σs/σb)가 필요하며 용접성 및 성형성 및 기타 공정 특성이 양호해야 합니다. 초고장력강은 야금 품질에 대한 요구 사항이 매우 높으며 종종 전기로 및 일렉트로슬래그 재용해로 제련됩니다. 고순도를 요구하는 강종은 대부분 진공 유도로 또는 진공 소모성 전기로에서 제련됩니다. 중합금 및 저합금 초고장력강은 열처리 중 탈탄을 방지해야 합니다. 마레이징 강과 석출 경화 스테인리스강은 일반 가열로에서 고용체 처리할 수 있습니다. 용접에는 차폐 가스 용접 또는 아르곤 텅스텐 아크 용접을 사용해야 합니다. 탄소 함량이 높은 일부 저합금 초고장력강(약 0.4%)은 용접 직후 응력 제거 어닐링을 해야 합니다.
항공기 랜딩기어 소재로 초고장력강이 쓰인다는 점은 주목할 만하다. 예를 들어 2세대 항공기에 사용되는 랜딩기어는 인장강도 1700MPa의 30CrMnSiNi2A강으로 만들어졌다. 이러한 종류의 랜딩 기어는 약 2000 비행 시간의 짧은 수명을 가지고 있습니다.
또 다른 예는 3세대 전투기의 설계상 랜딩 기어의 수명이 5000 비행 시간을 초과해야 한다는 것입니다. 동시에 항공 장비의 증가로 인해 항공기 구조의 중량 계수가 감소하고 랜딩 기어 재료 및 제조 기술 선택에 대한 요구 사항이 높아집니다. 미국과 우리 3세대 전투기 모두 300M강(인장강도 1950MPa) 랜딩기어 제조기술을 사용하고 있다.
실제로 소재 적용 기술의 향상은 랜딩기어의 수명 연장과 적응성 확대를 더욱 촉진하고 있다. 예를 들어, 유럽 Airbus A380 항공기의 랜딩 기어는 초대형 일체형 단조 단조 기술, 새로운 대기 보호 열처리 기술 및 고속 화염 분사 기술을 채택하여 랜딩 기어의 수명이 설계 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 따라서 새로운 재료와 제조 기술의 도입으로 항공기 교체가 보장되었습니다.
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우리 모두가 알고 있듯이 부식 방지 환경에서 수명이 긴 항공기 설계는 재료에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다. 예를 들어, AerMet100 강철은 300M 강철과 동일한 강도 수준을 갖지만 일반 부식 저항성과 응력 부식 저항성은 300M 강철보다 훨씬 우수합니다. 매칭 랜딩기어 제작 기술은 F/A-18E/F, F-22, F{7}} 등 첨단 항공기에 적용되었습니다. 고강도 Aermet310 강철은 파괴 인성이 낮고 지속적으로 개발 및 개선되고 있습니다. 내손상성 초고장력강 AF1410의 균열 성장 속도는 매우 느려 Ti보다 10.6% 가벼운 B-1 항공기 날개의 액추에이터 조인트로 사용할 수 있습니다. -6Al-4V, 처리 성능 60% 증가 및 비용 30.3% 감소 . 예를 들어 러시아의 Smig-1.42에서 사용되는 고강도 스테인리스 스틸의 양은 30%에 이릅니다. PH13-8Mo는 내부식성 부품으로 널리 사용되는 유일한 고강도 마르텐사이트 석출 경화 스테인리스강입니다. 초고장력 기어(베어링)강도 CSS-42L, Gearmet C69 등과 같이 국제적으로 개발되어 엔진, 헬리콥터 및 항공우주에 사용되었습니다.
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고온 합금 소재
초합금 재료란 무엇입니까? 고온 합금은 실제로 760도 고온 재료, 1200도 고온 재료 및 1500도 고온 재료의 세 가지 유형의 재료로 나뉘며 인장 강도는 800MPa입니다. 즉, 760-1500도 및 특정 응력 조건에서 장시간 작동하는 고온 금속 재료를 말합니다. 중요한 특징: 우수한 고온 강도, 우수한 내산화성 및 내열 부식성, 우수한 피로 성능, 파괴 인성 및 기타 포괄적인 특성을 가지고 있으며 군용 및 민간용 가스 터빈 엔진의 핫 엔드 부품에 대체할 수 없는 핵심 재료가 되었습니다. 전 세계적으로 사용하십시오.
760도 고온 재료 1930년대 후반부터 영국, 독일, 미국 등 여러 나라에서 초합금을 연구하기 시작했습니다. 제2차 세계대전 동안 새로운 항공 엔진의 요구를 충족시키기 위해 초합금의 연구와 사용은 급속한 발전의 시기에 접어들었습니다. 1940년대 초 영국은 먼저 80Ni-20Cr 합금에 소량의 알루미늄과 티타늄을 첨가하여 강화를 위한 '상(감마 프라임)을 형성하고, 고고도의 니켈계 합금을 최초로 개발했습니다. - 온도 강도. 이 기간 동안 미국은 피스톤 항공 엔진용 터보차저 개발 요구를 충족하기 위해 블레이드를 만들기 위해 Vitallium 코발트 기반 합금을 사용하기 시작했습니다.
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미국은 또한 제트 엔진용 연소실을 만들기 위해 인코넬 니켈 기반 합금을 개발했다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 나중에 합금의 고온 강도를 더욱 향상시키기 위해 야금 학자들은 니켈 기반 합금에 텅스텐, 몰리브덴 및 코발트와 같은 원소를 추가하여 알루미늄 및 티타늄의 함량을 높이고 일련의 합금을 개발했습니다. 영국에서는 "Nimonic"으로, 미국에서는 "Nimonic"으로 불립니다. "Mar-M" 및 "IN" 등; X-45, HA-188, FSX-414 등과 같은 다양한 고온 합금을 개발하기 위해 코발트계 합금에 니켈, 텅스텐 및 기타 원소를 추가합니다. 코발트 자원이 부족하여 코발트 기반 초합금 개발이 제한적입니다.
1940년대에는 철 기반 초합금도 개발되었습니다. 1950년대에는 A-286, Incoloy901 등의 등급이 등장했지만 고온 안정성이 좋지 않아 개발이 더뎠다. 구소련은 1950년에 "ЭИ" 브랜드 니켈 기반 초합금을 생산하기 시작했으며, 이후 "ЭП" 시리즈의 변형 초합금과 ЖС 시리즈 주조 초합금을 생산했습니다. 1970년대에 미국은 또한 방향성 결정화 블레이드 및 분말 야금 터빈 디스크를 제조하기 위해 새로운 생산 공정을 채택하고 단결정 블레이드와 같은 고온 합금 부품을 개발하여 항공기 입구 온도의 지속적인 증가 요구를 충족했습니다. - 엔진 터빈.
초합금은 재료에 대한 제트 엔진의 매우 까다로운 요구 사항을 충족하도록 개발되었으며 군용 및 민간용 가스 터빈 엔진 핫 엔드 구성 요소의 대체 불가능한 핵심 재료가 되었습니다. 고급 항공 엔진에서 고온 합금의 비율은 50% 이상에 도달했습니다.
고온 합금의 개발은 항공 엔진의 기술 진보와 밀접한 관련이 있으며, 특히 터빈 디스크, 터빈 블레이드 재료 및 엔진의 고온 부품 제조 공정은 엔진 개발의 중요한 상징입니다. 재료의 고온 저항 및 응력 베어링 용량에 대한 높은 요구 사항으로 인해 Ni3(Al, Ti) 강화 Nimonic80 합금이 초기에 영국에서 개발되었으며, 이는 터빈 블레이드의 재료로 사용되었습니다. 터보제트 엔진. 또한 Nimonic 계열 합금이 지속적으로 개발되었습니다. 미국은 유명한 Pratt & Whitney Company, GE Company 및 Special Metals Company에서 각각 개발한 Inconel, Mar-M 및 Udmit 합금 시리즈와 같이 알루미늄과 티타늄을 포함하는 분산 강화 니켈 기반 합금을 개발했습니다.
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초합금 개발 과정에서 제조 공정은 합금 개발을 촉진하는 데 큰 역할을 합니다. 진공 용융 기술의 출현으로 인해 합금의 유해한 불순물 및 가스 제거, 특히 합금 조성의 정밀한 제어는 초합금의 성능을 지속적으로 향상시켰습니다. 특히, 방향성 응고, 단결정 성장, 분말 야금, 기계적 합금화, 세라믹 코어, 세라믹 여과 및 등온 단조와 같은 신기술의 성공적인 연구는 초합금의 급속한 발전을 촉진했습니다. 그 중 방향성 응고 기술이 가장 두드러진다. 방향성 응고 공정에 의해 생산된 방향성 및 단결정 합금은 초기 융점의 90%에 가까운 사용 온도를 가집니다. 따라서 전 세계의 고급 항공 엔진 블레이드는 방향성 단결정 합금을 사용하여 터빈 블레이드를 제조합니다. 세계적인 관점에서 니켈 기반 주조 초합금은 등축 결정, 방향성 응고 주상 결정 및 단결정 합금 시스템을 형성했습니다. 분말 초합금은 또한 1세대 650도에서 750도, 850도 분말 터빈 디스크 및 고급 고성능 엔진을 위한 이중 성능 분말 디스크에서 개발되었습니다.
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세라믹 매트릭스 합성물
세라믹 매트릭스 복합재란 무엇입니까? 세라믹을 모체로 하고 각종 섬유를 사용한 복합재료의 일종이다. 세라믹 매트릭스는 질화규소 및 탄화규소와 같은 고온 구조용 세라믹일 수 있습니다. 이러한 고급 세라믹은 고온 저항, 고강도 및 강성, 상대적으로 가벼운 무게 및 내식성과 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 치명적인 약점은 부서지기 쉽다는 것입니다. 응력을 받으면 금이 가거나 파손되어 재료 파손이 발생합니다. 고강도, 고탄성 섬유 및 매트릭스 복합재의 사용은 세라믹의 인성과 신뢰성을 향상시키는 효과적인 방법입니다. 섬유는 균열이 확장되는 것을 방지할 수 있으므로 인성이 우수한 섬유 강화 세라믹 매트릭스 복합 재료를 얻을 수 있습니다.
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세라믹 매트릭스 복합 재료는 액체 로켓 엔진 노즐, 미사일 레이돔, 우주 왕복선 노즈 콘, 항공기 브레이크 디스크 및 고급 자동차 브레이크 디스크 등으로 사용되어 첨단 신소재의 중요한 분기가 되었습니다.
세라믹 재료는 내마모성이 우수하고 경도가 높으며 내식성이 좋기 때문에 널리 사용되었습니다. 그러나 세라믹의 가장 큰 단점은 부서지기 쉽고 균열과 기공에 민감하다는 것입니다. 1980년대 이후, 세라믹 재료에 입자, 휘스커 및 섬유를 첨가하여 얻은 세라믹 매트릭스 복합 재료는 세라믹의 인성을 크게 향상시켰습니다.
세라믹 매트릭스 복합 재료는 고강도, 고 모듈러스, 저밀도, 고온 저항, 내마모성 및 내식성, 우수한 인성을 가지며 고속 절삭 공구 및 내연 기관 구성 요소에 사용되었습니다. 그러나 이러한 유형의 재료의 개발은 상대적으로 늦었고 그 잠재력은 아직 더 개발되지 않았습니다. 금속, 석유화학 용기 대신 고출력 내연기관용 개량 터빈, 항공우주 차량용 열 부품, 자동차 엔진 등 고온 소재와 내마모성, 내식성 소재에 적용하는 것이 연구의 초점이다. , 폐기물 소각 장비 등
도자기라고 하면 사람들은 당연히 부서지기 쉬운 것을 생각합니다. 10여 년 전만 해도 엔지니어링 분야에서 하중을 견디는 부품으로 사용된다면 누구도 받아들일 수 없었을 것입니다. 지금까지 세라믹 복합 재료에 관해서는 일부 사람들은 세라믹과 금속이 원래 무관한 두 가지 재료라고 생각하여 명확하지 않을 수 있습니다. 그러나 사람들이 세라믹과 금속을 교묘하게 결합한 이후로 이 재료에 대한 사람들의 개념은 세라믹 매트릭스 복합재라는 근본적인 변화를 겪었습니다.
세라믹 매트릭스 복합 재료는 항공 산업 분야에서 매우 유망한 새로운 구조 재료, 특히 항공 엔진 제조 응용 분야에서 점점 더 독특함을 보여주고 있습니다. 경량 및 고경도의 장점 외에도 세라믹 매트릭스 복합 재료는 우수한 내열성 및 내식성을 가지고 있습니다. 현재 세라믹 매트릭스 복합 재료는 고온 저항 측면에서 금속 내열 재료를 능가하고 기계적 특성과 화학적 안정성이 우수합니다. 고성능 터빈 엔진의 고온 영역에 이상적이고 우수한 소재입니다.
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세계 각국은 차세대 고급 엔진의 재료 요구 사항을 충족하기 위해 질화규소 및 탄화규소 강화 세라믹에 대한 연구에 집중하고 있습니다.
특히 현대 항공 엔진 분야에서 큰 발전을 이루었습니다. 예를 들어 미국 검증 기계의 F120 엔진, 고압 터빈 밀봉 장치 및 연소실의 일부 고온 부품은 모두 세라믹 재료로 만들어집니다. 또 다른 예로 프랑스 M88-2 엔진의 연소실과 노즐도 세라믹 매트릭스 합성물을 사용합니다.
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금속간 화합물의 신소재
금속간 화합물이란 무엇입니까? 금속과 금속 또는 금속과 준금속(예: H, B, N, S, P, C, Si 등)의 화합물. 두 금속의 원자는 일정한 비율로 결합되어 원래의 두 결정 격자와 다른 합금 조성을 형성합니다. 금속간 화합물은 광범위한 관심을 받고 있는 새로운 유형의 물질입니다.
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사실, 고성능, 추력 대 중량비가 높은 항공기 엔진의 개발은 금속간 화합물의 개발 및 적용을 촉진했습니다. 금속간 화합물은 일반적으로 2원소, 3원소 또는 다원소 금속 원소로 구성된 화합물입니다. 금속 간 화합물은 고온 구조 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그것은 높은 사용 온도, 비강도, 열전도율을 가지며 특히 고온에서 우수한 내 산화성, 내식성 및 높은 크리프 강도를 가지고 있습니다. . 또한 금속간 화합물은 초합금과 세라믹 소재 사이의 신소재이기 때문에 두 소재 사이의 간극을 메워주기 때문에 항공 엔진의 고온 부품에 이상적인 소재 중 하나가 된다.
글로벌 항공기 엔진 구조에서는 주로 티타늄-알루미늄, 니켈-알루미늄과 같은 금속간 화합물에 대한 연구개발이 집중되어 있다. 이러한 티타늄 알루미늄 화합물은 기본적으로 티타늄과 동일한 밀도를 갖지만 사용 온도가 더 높습니다. 예를 들어, TiAl의 작동 온도는 각각 816도 및 982도입니다. 금속간 화합물은 원자 사이의 강한 결합과 복잡한 결정 구조를 가지고 있어 변형하기 어렵고 상온에서 단단하고 부서지기 쉽습니다. 수년간의 실험 연구 끝에 고온 강도, 상온 가소성 및 인성을 갖춘 새로운 유형의 합금이 성공적으로 개발되었으며 설치 및 사용되었으며 효과가 매우 좋습니다. 예를 들어 미국의 고성능 F119 엔진은 케이싱과 터빈 디스크에 금속간 화합물을 사용하고 검증기 F120 엔진의 압축기 블레이드와 디스크에는 새로운 티타늄-알루미늄 금속간 화합물을 사용합니다.
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수지 매트릭스 복합재
레진 매트릭스 복합재란 무엇입니까? 유기 고분자를 기반으로 한 섬유 강화 소재로, 일반적으로 유리 섬유, 탄소 섬유, 현무암 섬유 또는 아라미드 섬유와 같은 섬유 강화재를 사용합니다. 수지 기반 복합 재료는 항공, 자동차 및 해양 산업에서 널리 사용됩니다.
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복합 재료의 수지 매트릭스는 주로 열경화성 수지입니다. 1940년대 초반에 유리 섬유 강화 플라스틱은 전투기와 폭격기의 레이돔으로 사용되었습니다. 1960년대 미국은 붕소 섬유 강화 에폭시 수지를 F{2}} 및 F{3}}와 같은 군용 항공기의 방향타, 수평 안정판, 날개 뒷전, 방향타 문 등으로 사용했습니다. 미사일 제조면에서는 1950년대 후반 미국의 중거리 잠수함 미사일 "폴라리스 A-2"의 2단 고체 로켓 모터의 케이스에 유리섬유 강화 에폭시 수지 권선 부품을 사용했는데, 강철 케이싱보다. 27% 더 가벼움; 이후 일반 유리섬유 대신 고성능 유리섬유를 사용하여 "Polaris A-3"를 만들어 쉘 중량을 스틸 쉘보다 50% 가벼워 "Polaris A{{ 12}}" 미사일의 사거리가 2700,000m에서 4500km로 변경되었습니다. 1970년대에는 에폭시 수지를 보강하기 위해 유리섬유 대신 아라미드 섬유를 사용하여 무게를 줄이면서 강도를 크게 향상시켰다. 탄소 섬유 강화 에폭시 수지 복합재는 항공기, 미사일, 인공위성 및 기타 구조물에 널리 사용됩니다.
항공 터보팬 엔진에 수지계 복합재료를 적용하는 연구는 1950년대에 시작되었다. 60년 이상의 개발 끝에 GE, PW, RR, MTU, SNECMA 및 기타 회사는 수지 기반 복합 재료의 연구 개발에 많은 에너지를 투자했으며 큰 발전이 이루어졌으며 엔지니어링은 능동형 항공 터보팬 엔진에 적용되었으며, 그 적용 범위가 더욱 확대되는 추세입니다.
수지 매트릭스 복합 재료의 사용 온도는 일반적으로 350도를 초과하지 않습니다. 따라서 수지 매트릭스 복합재는 주로 항공 엔진의 콜드 엔드에 사용됩니다.
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금속 매트릭스 복합재
금속 매트릭스 합성물이란 무엇입니까? 금속과 그 합금을 모체로 하고 하나 또는 여러 개의 금속 또는 비금속 보강재를 인위적으로 결합한 복합재료입니다. 보강재의 대부분은 세라믹, 탄소, 흑연, 붕소 등의 무기 비금속이며 금속 와이어도 사용할 수 있습니다. 폴리머 매트릭스 복합재, 세라믹 매트릭스 복합재 및 탄소/탄소 복합재와 함께 현대적인 복합재 시스템을 형성합니다.
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금속 매트릭스 복합 재료의 특성: 역학적 측면에서 높은 횡방향 및 전단 강도, 인성 및 피로와 같은 종합적인 기계적 특성이 우수하고 열전도성, 전기 전도성, 내마모성, 작은 열팽창 계수, 우수한 댐핑도 있습니다. , 수분 흡수 없음, 내식성 없음. 노후화와 오염 없음과 같은 이점. 예를 들어, 탄소 섬유 강화 알루미늄 복합 재료의 비강도는 3~4×107mm이고 비계수는 6~8×109mm입니다. 예를 들어, 흑연 섬유 강화 마그네슘의 특정 모듈러스는 1.5×1010mm에 도달할 수 있으며 열팽창 계수는 거의 0입니다.
수지계 복합재료와 비교하여 금속계 복합재료는 인성이 우수하고 습기를 흡수하지 않으며 비교적 높은 온도를 견딜 수 있다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 금속 매트릭스 복합재의 강화 섬유는 스테인리스강, 텅스텐, 납, 니켈-알루미늄 금속간 화합물 등과 같은 금속 섬유; 알루미나, 산화규소, 탄소, 붕소, 탄화규소 등과 같은 세라믹 섬유
금속 매트릭스 복합 재료의 매트릭스 재료에는 알루미늄, 알루미늄 합금, 마그네슘, 친 및 친 합금, 내열 합금, 다이아몬드 합금 등이 포함됩니다. 그 중 알루미늄 합금, 알루미늄 합금 및 철 합금을 기반으로 한 복합 재료가 현재 주요 선택입니다. . 예를 들어, SiC 섬유 강화 Chin 합금 매트릭스 복합재를 사용하여 압축기 블레이드를 만들 수 있습니다. 탄소 섬유 또는 알루미나 섬유 강화 마그네슘 또는 마그네슘 합금 매트릭스 복합재를 사용하여 터보팬 블레이드를 제조할 수 있습니다. 또 다른 예는 니켈-크롬-알루미늄-이리듐 섬유 강화 니켈 기반 합금 매트릭스 합성물이 터빈 및 압축기용 밀봉 요소를 제조하는 데 사용될 수 있다는 것입니다.
또한 팬 케이싱, 로터, 압축기 디스크 및 기타 부품은 모두 해외에서 금속 매트릭스 합성물로 만들어집니다. 그러나 이러한 종류의 복합 재료의 가장 큰 문제점 중 하나는 강화 섬유와 매트릭스 금속 사이에서 쉽게 반응하여 취성 상을 생성하여 재료의 성능을 저하시키는 것입니다. 특히 고온에서 장시간 사용할 경우 계면의 반응이 더욱 두드러진다. 현재 해결책은 섬유 표면에 적절한 코팅을 추가하고 서로 다른 섬유 및 기질에 따라 매트릭스 금속을 합금하여 인터페이스 반응을 늦추고 복합 재료 성능의 신뢰성을 유지하는 것입니다.
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엔진 팬 블레이드에 사용되는 재료
엔진 팬 블레이드는 터보팬 엔진에서 가장 대표적이고 매우 중요한 부품으로, 터보팬 엔진의 성능은 그 발전과 밀접한 관련이 있다. 티타늄 합금 팬 블레이드와 비교할 때 수지 매트릭스 복합 재료 팬 블레이드는 무게 감소에 매우 분명한 이점이 있습니다. 무게 감소의 명백한 이점 외에도 수지 기반 복합 팬 블레이드는 충격 후 팬 케이스에 미치는 영향이 적기 때문에 팬 케이스의 봉쇄를 개선하는 데 유리합니다.
외국에서 상업용으로 사용되는 합성 팬 블레이드의 주요 대표자는 B777용 GE90 시리즈 엔진, B787용 GEnx 엔진, COMAC C919용 LEAP-X 엔진입니다. 1995년 초에 수지 기반 복합 재료 팬 블레이드가 장착된 GE90-94B 엔진이 공식적으로 상업 가동에 들어갔고, 이는 현대 고성능 항공 엔진에서 수지 기반 복합 재료의 엔지니어링 적용을 공식적으로 실현한 것입니다. . 공기역학, 고주기 및 저주기 피로 주기 및 기타 요인을 종합적으로 고려하여 GE는 후속 GE90-115B 엔진을 위한 새로운 복합 팬 블레이드를 개발했습니다.
21세기에는 내손상성이 높은 복합 재료에 대한 항공기 엔진의 강력한 수요가 복합 재료 기술의 발전을 주도하고 있으며 탄소 섬유의 인성을 지속적으로 개선하여 내손상성이 높은 재료의 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. /에폭시 수지 프리프레그. 그 결과 3D 직조 구조의 복합 팬 날개가 등장하기 시작했다.
엔진 팬 케이스에 사용되는 재료
엔진 팬 케이싱은 항공기 엔진에서 가장 큰 고정 부품이며, 중량 감소는 항공기 엔진의 추력 대 중량 비율과 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 외국의 고급 항공 엔진 OEM은 항상 팬 케이스의 중량 감소 및 구조 최적화에 전념해 왔습니다.
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엔진 팬 카울에 사용되는 재료
팬 카울은 주요 하중 지지 부품이 아니기 때문에 항공기 엔진에서 복합 재료로 만든 첫 번째 부품 중 하나입니다. 복합 재료로 만든 팬 카울은 더 가벼운 무게, 단순화된 결빙 방지 구조, 더 나은 내식성 및 더 나은 피로 저항을 제공할 수 있습니다. 유명한 RR사의 RB211 엔진과 같은 PW사의 PW1000G, PW4000은 수지계 복합재료를 사용하여 팬캡을 제작한다.
항공 엔진 메인프레임과 비교할 때 수지 기반 복합 재료는 항공 엔진 나셀에서 매우 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 글로벌 제조업체는 나셀 흡입구, 페어링, 역추진 장치 및 소음 감소 라이닝에 수지 기반 복합 재료를 대규모로 사용했습니다. 재료. 다른 부품의 경우, 수지 기반 복합 재료는 항공 엔진 팬 러너 플레이트, 베어링 실링 커버 및 커버 플레이트에도 다양한 수준으로 적용됩니다.
