שם מקור: Ceramic Matrix Composites

טורבינות גז מודרנית, מתחנות כוח למנועי סילון בתעופה, פועלת בתנאים קיצוניים של טמפרטורה, לחץ ולחצים נרחבים.במשך עשרות שנים, Superalloys מבוסס ניקל הם החומרים של בחירה עבור רכיבים קטנים כגון להבים טורבינות, צפיפות Cectes, ו קוטור קוטור המאפשרים לטמפרטורות גבוהות יותר ופליטות נמוכות, את הגבולות התרמיים של קירור אוויריטיסה נמוכה יותר, כמו טמפרטורות קירור אוויריות.

CMCs הם חומרים ממונדסים המכילים סיבים קרמיקה המוטבעת במריצה קרמיקה.הסיבים בדרך כלל עשויים מפחמימות (SiC) או קרמיקה המבוססת על קרמיקה, כגון אלומיניום.המטריקס הוא לעתים קרובות SiC או alumina-based קרמיקה, מעובד באמצעות שיטות כמו דלקת כימית (CVIMC), חדורת פולימרנות ו-precerecereation (מסוג של לחץ דם) המאפשרת לחץ דם מכני חזק יותר).

יתרונות CMCs ב Turbomachinery

התנגדות טמפרטורה יוצאת דופן

אחד היתרונות המשכנעים ביותר של CMCs הוא היכולת שלהם לעמוד בטמפרטורות גבוהות מאוד ללא השפלה משמעותית.סיליקון CMC מבוסס CMC לשמור על כוח מכני ויציבות בטמפרטורות מעל 1,400 מעלות צלזיוס בסביבות חמצון, הרבה יותר גבוה - 1,100 מעלות צלזיוס של חומרים מרכיבי CMCS רגילים, גם מגביר את יכולת הפחתת דלק גבוהה יותר בטמפרטורות, אשר מגביר את היעילות התרמית של נפח חום של צריכת CMCC נמוכה יותר מאשר לחץ דם.

ירידה במשקל משמעותית

צפיפות CMCs נע בין 2.5 ל-3.5 גרם / CM3, בהשוואה ל- 8.0-9.0 גרם / ס"מ3 עבור Superalloys מבוסס ניקל.הפחתה במשקל של כ 60-70% ישירות עיצוב מנוע הטבות ישירות רכיבי Lighter להפחית את משקל המנוע הכולל, שיפור יחס הנעה למשקל על ידי גזי דלק, והורדת לחץ צנטריפוגה על חלקים רוטטים, למשל, החלפת יתרון מתכתי עם פחות מ-ידי C2, יכול גם להפחית את צריכת דלק מופחתת יותר.

שיפור יכולת הדיבור וצמצום דרישות קירור

CMCs להפגין התנגדות מצוינת לחמצן ולקורוזיון, אפילו בטמפרטורות גבוהות.היציבות הטבועה של SiC נגד אטמוספירה חמצון שמקורן CMC יכול לפעול עם פחות קירור אוויר מאשר עמיתים מתכתיים.בלהב מתכתי קונבנציונלי, שבריר משמעותית של אוויר דחיסה - לעתים עד 20% - נוטה למקרר, אשר מפחית את יעילות המנועים באופן קבוע יותר, או יותר, לא יכול להיות יותר קל יותר, אפילו יותר, כדי להפחית את הפחתת לחץ אווירי חום נמוך יותר.

פיתוח חומרים CMC

אדריכלות סיבים מתקדמים

מוקדם CMCs השתמש שכבות בד ארג פורה 2D, אשר מוגבל כוח interlaminar. התפתחויות מודרני להתמקד על 3D ארגז ו braided preforms המציע שיפור באמצעות תכונות ונזקים. ארכיטקטורות סיבי תלת מימדיים לספק חיזוק בכל הכיוונים, צמצום הסיכון דלמנטציה מסוימת ושיפור סובלנות.

תהליכי ייצור משופרים

האתגר של ייצור CMCs בקנה מידה היברידי עם איכות עקבית הוביל חידושים תהליכים. Chemical vapor infiltration (CVI) כולל הפקדה SiC ממטריקס ממזומנים גזיים לתוך סיבים preform. בעוד CVI מניבה מעברים מורכבים לדחיסות גבוהה, אך הוא איטי ומשאיר את רמות גבוהות יותר של סיליקון-מסוגות (pretraic) לאחר מכן, לאחר מכן, שיפור של תהליכים מתקדמים של סיליקון-pretraulate.

קואטים של גדר הסביבה (EBCs)

בעוד CMCs עמידים חמצון, ציפוי מים גזים של צינורות יכול להגיב עם SiC כדי ליצור הידרוקסידים סיליקון וולט, גרימת מיתון ציפויים מחסום סביבתי חיוני כדי להגן על פני השטח המורכב. EBCs מודרני מורכב משכבות מרובות: מעיל אג"ח (לעתים קרובות סיליקון או mullite), שכבת ביניים של barium-stro-alinosiilite (BS) מכילות נדיר של שימוש בבטיחות) כגון חומצה פיזית של חומצה עצמית.

תגיות: Turbomachinery

Turbine Shrouds ו-Vanes

אחד המרכיבים הראשונים של CMC להיכנס לשירות מסחרי הוא טורבינות, המשמש במשפחת מנוע GE LEAP. CMC שרידs להחליף חלקים מתכתיים כבדים יותר ולהפחית את צריכת האוויר קירור, שיפור ישיר צריכת הדלק הספציפית של המנוע.מנוע LEAP, המשמש את מטוסי 737 MAX, Airbus A320neo, ו- COMAC919, צבר מיליוני שעות טיסה עם CMC, המוכיחים את יכולות של צריכת CMC, כמו גם להגדיל את צריכת החשמל הקודמת, כמו כן, יש צורך להגדיל את צריכת CMC, כמו גם את צריכת CMC, כמו גם את רמת הפחתת עלויות נמוכות יותר.

רכז Liners

הקטע של קובוס הוא החלק החמים ביותר של המנוע, עם טמפרטורות להבה מעל 2,000 מעלות C. בעוד CMCs לא יכול ישירות ליצור קשר עם אזורי הלהבה החמים ביותר, הם משמשים בתור קוורס המכיל את התגובה של הבעירה. CMC קובוסטור לאפשר להבה לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר ללא קירור מופרז, צמצום פליטות פחמן CO ו unburned.

Turbine Blades

היישום המאתגר ביותר עבור CMCs הוא בלהבים רוטטים, אשר ניסיון עומס מכני מורכב כולל צנטריפוגה, לחץ תרמי ויברטורים. בעוד CMC הוכח במנועי מחקר - לדוגמה, GEnx של GE של GE, ו- GE9X מאוחר יותר לשלב CMC blades - עם הלהבים רחבים עדיין מוגבל.

מתכננים ומאחרונים

מעבר לטורבינה, CMCs למצוא יישומים ב- Exhaust nozzles, ערבוב דוקטרים, ו-Afterburner קושרים עבור מנועי צבא. רכיבים אלה דורשים יכולת גבוהה והתנגדות לזעזוע תרמי ממתקפה חוזרת לאחר שריפת אור.הטבע הקל של CMCs נהנה יחס דחף למשקל על פני מטוסים.לדוגמה, השימוש של F-35s של Pratt & F135 משתמשים ב-CMC יותר כדי להפחית את הטמפרטורות המופעלות יותר ויותר.

אתגרים וכיוונים עתידיים

ייצור סקאביות ועלויות

למרות ביצועים טכניים מוכחים, העלות הגבוהה של רכיבי CMC נותרה מחסום לאימוץ רחב יותר. תהליכי הייצור הנוכחיים הם לעתים קרובות איטיים, כרוכים במספר שלבים, ודורשים חומרי גלם יקרים (למשל, סיבים באיכות גבוהה סי-C) העלות לקילוגרם של חלקי CMC יכולה להיות 20-50 פעמים כי של superalloys, אם כי מחזורי החיים מסתכם כמה של מחקר זה מתמקדת על צמצום סיבים באמצעות רמות הפחתת עלויות הפחתת הפחתת ה-Coxine (הפחתת עלויות) ו-upeupicupeupeupeupeupeupeupe) ו-upit של אוטומציה נמוכה יותר של אוטומציה של עלויות.

הצטרף ואינטגרציה עם Metallic Components

חיבור רכיבי CMC למבנים מתכתיים - כגון עלייה של CMC vane על משטח מתכת - מייצג אתגר בשל הבדלים בהתרחבות תרמית. CMCs יש אפקטיביות של התרחבות תרמית (CTE) בערך שליש אחד של superalloys. הפיכה הפיכה שבץ המכילה Cid גם יכול לגרום ללחץ גבוה במהלך רכיבה תרמילית, תכונות עומס מכנית, שיתוף, והצטרפות טכניקות מתקדמות כמו ריצוף Cifing עם תכונות מכניות.

מודלים, סימבולציה, וחיזוי חיים

תחזיות מדויקות של התנהגות מכנית ותוחלת החיים של רכיבי CMC תחת עומסים תרמומניסטיים ריאליים הם חיוניים עבור אופטימיזציה עיצוב הסמכה. CMCs להציג התנהגות לא לינארית בלחץ עקב מריצה microcracking, סיבים / matrix debonding, וסיבים של מודלים הנדסיים סטנדרטיים של CSTI משלבים מודלים הנדסיים מתקדמים (משלבים) המאפשרים מודלים מתקדמים של תכונות סטנדרטיות (CRM) כדי לשלב מודלים סטנדרטיות) של מודלים של ריכוזיות (RIC) של מודלים של תכונות סטנדרטיות (RIC) סימולציה סטנדרטיות) סימולציה סטנדרטיות (RIC) ואפקטים של מודלים של מודלים מתקדמים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של תכונות סטנדרטיות) המאפשרות של פונקציות סטנדרטיות של תכונות סטנדרטיות (RMACRMI) כדי לשפר את הסימולציות משולבות) סימולציה סטנדרטיות (RIC) כדי לשפר את רמות ריכוזיות (RIC) כדי לחיקוי) כדי להפחית את הסימולציות משולבות (RIC) כדי להפחית את הסימולציות משולבות של מודלים של פונקציות טכנולוגיות יעילות) סימולציה משולבת של פונקציות רלוונטיות של פונקציות רלוונטיות של פונקציות מתקדמות של פונקציות מתקדמות של פונקציות רלוונטיות של מודלים מתקדמים של מודלים של פיתוח מודלים של מודלים של

⁇ -עצמי וחכמים CMCs

במבט קדימה, החוקרים מטביעים פונקציונליות לתוך CMCs המשתרעים על חיי הרכיב ומאפשרים ניטור מצבי CMC כוללים microcapsules או סיבים חלולים המכילים סוכן ריפוי (למשל, פולימר חכם שהופך קרמיקה על רכיבי CV) כי קרעים בעת סדקים, מילוי סדק, שחזור של כמה יתרונות הקשורים לתפיסה עצמית, מאפשר שילוב של תכונות של סוללות חשמליות כגון CMC-C.

קיימות והשפעה סביבתית

היתרונות הסביבתיים של CMCs להרחיב את השלב התפעולי.צריכת דלק נמוכה באופן ישיר להפחית פליטות CO2 לטיסה או ל- מגה-וואט-שעה.בשילוב של תחנות כוח, כל שיפור של אחוז ביעילות מניב הפחתה משמעותית בגזי החממה.בנוסף, CMCs מאפשר לטמפרטורות של מימן גבוהות יותר של טורבינות ממומן, תמיכה בדה של אנרגיה העיקרית היא אנרגיה-מחדשת של סיבים, אשר מציעים שיפור משמעותי של חומרים של מנועים בלחץ גבוה יותר, אך ורק לחיסכון מחזורי פחמן-סיבית, אך ורק לאחר מכן, אך ורק על פני סוללות מחזורי של מנועים בלחץ גבוה יותר, אך ורק על פני סוללות CMC.

מסקנה

מרפלקסים מרגרפיים צוואר הרחם משנים את הנוף של עיצוב טורבינות גזים ומנועי סילון הייחודי שלהם של יכולת עתירה גבוהה, משקל נמוך, ופגיעה בסובלנות מתייחסת לאתגרים הבסיסיים של יעילות וביצועים בטורבינות גז ומנועי סילון. בעוד שמכשולים משמעותיים נשארים בהפחתה, רמת הייצור ואינטגרציה, העשור האחרון ראה התקדמות יוצאת דופן במנועי מטוסים מסחריים, ויישומים תעשייתיים מתקדמים, הם מתקדמים יותר, עם חומרים מתקדמים, עם חומרים מתקדמים, עם חומרים מתקדמים יותר, עם חומרים מתקדמים, עם חומרים מתקדמים, עם סימולציה מתקדמת, עם חומרים מתקדמים יותר ויותר, עם מצופה, עם חומרים מתקדמים, עם חומרים מתקדמים, עם חומרים מתקדמים, עם מצופה מדגמי מעבדה מתקדמת, וטכניקות סטנדרטיים, עם חומרים מתקדמים, עם מצופה, מצופה יותר, עם התעמלות מתקדמת, עם חומרים מתקדמים, עם חומרים מתקדמים, עם ויזואליים מתקדמים, עם החידושים מתקדמים, עם החידושים מתקדמים, עם חומרים מתקדמים יותר ויותר, עם חומרים מתקדמים יותר ויותר, עם התעמלות מתקדמת, עם קוסמטיקה מתקדמת יותר ויותר, עם חומרים מתקדמים, עם החידושים מתקדמים, עם חומרים מתקדמים, עם החידושים מתקדמים, עם סימולציה מתקדמת יותר ויותר, סימולציה מתקדמת יותר, סימולציה מתקדמת, מצופה יותר ויותר, עם חומרים מתקדמים

(ב) עיין ב[[1924]] ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]