اختراق من ناسا يقلل من تكلفة المواد المركبة السيرامية للطيران

(كليفلاند، أوهايو)— 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 environmentsهذا التطور يعد بتسريع التبني في قطاعات الطيران والطاقة.

المواد المركبة السيراميكية المصفوفة تجمع بين المواد السيراميكية مع ألياف التعزيز لإنشاء مواد ذات خصائص استثنائية:

• مقاومة الحرارة العالية:يحافظ على سلامة الهيكل عند درجات الحرارة التي تفشل فيها المعادن ، مما يتيح تشغيل محرك أكثر كفاءة
• مقاومة الأكسدة:مقاومة البيئات التآكلية التي تتدهور المواد التقليدية
• خفيفة ملحوظة:ما يصل إلى ثلث وزن المكونات المعدنية المماثلة

هذه الخصائص تجعل CMCs مثالية لمكونات محركات الطائرات النفاثة ، فوهات الصواريخ ، ومعدات توليد الطاقة حيث تسود درجات الحرارة العالية والظروف الصعبة.

على الرغم من مزاياها ، هناك ثلاثة عوامل تحد من اعتماد CMC على نطاق واسع:

• عمليات تصنيع معقدة متعددة المراحل تتطلب التحكم الدقيق
• مواد خاصة باهظة الثمن مثل ألياف الكربيد السيليكون
• متطلبات صارمة لضمان الجودة للتطبيقات الحرجة

قام فريق البحث بتطوير طبقة جديدة من طبقات الحاجز البيئي (EBC) والتي:

• أظهرت 500+ ساعة من مقاومة أكسدة البخار عند 1482 درجة مئوية (2700 درجة فهرنهايت)
• يستخدم تقنيات تصنيع مبسطة تقلل من تكاليف الإنتاج
• يحافظ على المتانة تحت الدورة الحرارية والإجهاد الميكانيكي

هذا الاختراق في الطلاء يعالج آلية الفشل الأساسية في تطبيقات CMC - تدهور السطح من التعرض لالبخار عالي درجة الحرارة.

التكنولوجيا يمكن أن تغير قطاعات متعددة:

• الطيران:تحسين محتمل بنسبة 15% في كفاءة محركات الطائرات النفاثة من خلال درجات حرارة تشغيل أعلى
• أنظمة الفضاء:تمديد عمر المكونات في مركبات الإطلاق القابلة لإعادة الاستخدام
• توليد الطاقة:توربينات غازية أكثر كفاءة مع انخفاض الانبعاثات

يتنبأ محللون السوق بأن قطاع المواد المعدنية يمكن أن ينمو إلى 25 مليار دولار في غضون عقد من الزمن حيث تصبح هذه المواد أكثر قابلية للحياة اقتصادياً.

تمثل صيغة EBC الجديدة تحسناً كبيراً مقارنة بطرق طلاء البلازما الهوائية التقليدية (APS). في حين أن APS لا يزال فعالاً من حيث التكلفة ، فإن بديل ناسا يوفر حماية متفوقة مع:

• قوة رابطة محسنة بين طبقات الطلاء
• تحسين مقاومة الصدمات الحرارية
• التوافق الأفضل مع مواد الركيزة

تركز الأبحاث الجارية على:

• زيادة خفض التكاليف من خلال تحسين التصنيع
• توسيع قدرات المواد لتطبيقات الطاقة النووية
• تطوير بروتوكولات اختبار موحدة لاعتمادها في الصناعة

وبما أن هذه المواد المتقدمة تتغلب على قيود التكلفة التاريخية، فهي مستعدة للعب دور حيوي بشكل متزايد في أنظمة النقل والطاقة المستدامة.