세라믹
세라믹은 자동차와 트럭의 엔진 효율과 오염 완화에 중요한 역할을합니다. 예를 들어, 세라믹 코디 어 라이트 (마그네슘 알루미 노 실리케이트)의 한 유형은 촉매 변환기에서 촉매 및 지지체로서 사용된다. 많은 세라믹과 함께 가볍고 녹지 않고 매우 높은 온도에서 작동 할 수 있으며 열을 제대로 전도하지 못하기 때문에이 목적을 위해 선택되었습니다 (촉매 효율을 개선하기 위해 배기 열을 유지하는 데 도움이 됨). 세라믹의 새로운 적용에서, 실린더 엔진 벽은 가솔린 엔진 연소실의 내부 작동을 육안으로 검사하기 위해 General Motors의 연구원들에 의해 투명한 사파이어 (알루미늄 산화물)로 만들어졌습니다. 연소 제어에 대한 이해도를 높이고 내부 연소 엔진의 효율을 높이려는 의도가있었습니다.
자동차 요구에 대한 세라믹의 또 다른 응용은 배기 가스의 산소 함량을 측정하는 데 사용되는 세라믹 센서입니다. 소량의 이트륨이 첨가 된 세라믹, 일반적으로 산화 지르코늄은 그 크기가 재료를 둘러싸고있는 산소의 분압에 의존하는 전압을 생성하는 특성을 갖는다. 이러한 센서로부터 얻은 전기 신호는 가장 효율적인 작동을 얻기 위해 엔진의 연료 대 공기 비율을 제어하는 데 사용됩니다.
취성으로 인해, 세라믹은 지상 운송 차량에서 하중을 견디는 구성 요소로 사용되지 않았습니다. 이 문제는 미래의 재료 과학자들이 해결해야 할 과제로 남아 있습니다.
우주 항공 재료
항공 우주 구조물 용 재료 선택의 주요 목표는 주행 거리와 전달되는 하중을 증가시키기 위해 연료 효율을 향상시키는 것입니다. 이 목표는 두 가지 측면에서 개발함으로써 달성 될 수 있습니다. 작동 온도가 높고 구조 중량이 감소하여 엔진 효율이 향상됩니다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 재료 과학자는 두 가지 넓은 영역 (금속 합금 및 고급 복합 재료)의 재료를 찾습니다. 이러한 새로운 재료의 발전에 기여하는 핵심 요소는 특정 특성을 달성하기 위해 재료를 조정할 수있는 능력이 커지는 것입니다.
궤조
항공기에서 현재 사용중인 많은 고급 금속은 가스 터빈 엔진에 적용하기 위해 특별히 설계되었으며, 그 구성 요소는 고온, 부식성 가스, 진동 및 높은 기계적 하중에 노출됩니다. 초기 제트 엔진 기간 (약 1940 년에서 1970 년까지) 동안, 새로운 합금의 개발만으로 설계 요건이 충족되었습니다. 그러나 고급 추진 시스템의보다 심각한 요구 사항으로 인해 1,000 ° C (1,800 ° F) 이상의 온도를 견딜 수있는 새로운 합금이 개발되었으며, 이러한 합금의 구조적 성능은 용융 및 응고 공정의 발전으로 개선되었습니다..
녹고 응고
합금은 두 개 이상의 금속 또는 금속과 비금속으로 구성된 물질로, 일반적으로 녹을 때 서로 용해되어 친밀하게 결합됩니다. 용융의 주요 목적은 불순물을 제거하고 합금 성분을 비금속에 균일하게 혼합하는 것이다. 진공 용해 (열간 등방 압 프레스), 급속 응고 및 방향 응고에 기반한 새로운 공정의 개발로 주요 발전이 이루어졌습니다.
열간 등방 압 프레싱에서, 사전 합금화 된 분말은 벽이 얇고 접을 수있는 용기에 포장되며,이 용기는 고온 진공에 놓아 흡착 된 기체 분자를 제거합니다. 그런 다음 밀봉하여 프레스에 넣고 고온 및 고압에 노출됩니다. 몰드는 분말을 원하는 형태로 붕괴시키고 용접한다.
결정질 입자가 핵 생성 및 성장하기에 시간이 충분하지 않기 때문에 초당 백만 도의 높은 속도로 냉각 된 용융 금속은 비교적 균일 한 미세 구조로 응고되는 경향이 있습니다. 이러한 균질 물질은 전형적인 "입자"금속보다 강한 경향이 있습니다. 용융 된 액 적이 차가운 표면에 투사되는 "스 플랫 (splat)"냉각으로 빠른 냉각 속도를 달성 할 수 있습니다. 재료 표면에 고출력 레이저 빔을 통과시켜 급속 가열 및 응고를 달성 할 수도 있습니다.
복합 재료 (아래의 복합 재료 참조)와 달리, 거친 금속은 모든 방향에서 본질적으로 동일한 특성을 나타내므로 예상 하중 경로 (예: 특정 방향으로 가해지는 응력)와 일치하도록 조정할 수 없습니다. 그러나 지향성 응고라는 기술은 어느 정도의 맞춤 성을 제공합니다. 이 공정에서, 용융 된 금속이 냉각됨에 따라 정렬 된 강성 결정의 형성을 촉진하도록 금형의 온도가 정밀하게 제어된다. 이들은 섬유가 복합 재료를 보강하는 것과 동일한 방식으로 정렬 방향으로 부품을 강화하는 역할을한다.
합금
이러한 가공의 진보는 새로운 "초합금"의 개발을 동반했습니다. 초합금은 고온 및 심한 기계적 응력에 강하고 표면 안정성이 높은 고강도, 종종 복잡한 합금입니다. 일반적으로 니켈 기반, 코발트 기반 및 철 기반의 세 가지 주요 범주로 분류됩니다. 제트 엔진의 터빈 섹션에서 니켈 기반 초합금이 우세하다. 고온에서 산화에 대한 내성이 거의 없지만 코발트, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 알루미늄 및 니오브를 첨가하여 바람직한 특성을 얻습니다.
알루미늄-리튬 합금은 종래의 알루미늄 합금보다 단단하고 밀도가 낮다. 이들은 또한 가공에서 달성 될 수있는 미세 입자 크기로 인해 "초 소성"이다. 이 그룹의 합금은 중간에 고온에 노출 된 엔진 구성 요소에 사용하기에 적합합니다. 그들은 날개와 바디 스킨에도 사용할 수 있습니다.
고온을 견디도록 수정 된 티타늄 합금은 터빈 엔진에서 사용이 증가하고 있습니다. 또한 항공기, 주로 군용 항공기에도 사용되지만 상용 비행기에도 어느 정도 적용됩니다.
