Piikarbidilaattojen innovaatio suojamateriaalien alalla

Piikarbidikeramiikka tarjoaa poikkeuksellisen hyvän korroosio-, kulumis- ja lämmönkestävyyden. Tutustu siihen, miten näitä edistyksellisiä materiaaleja käytetään luodinkestävien keraamisten levyjen valmistuksessa, joita löytyy alan johtavista suojausratkaisuista.

Tutustu piikarbidikeramiikan valmistuksessa käytettäviin erilaisiin tuotantomenetelmiin. Jokaisella menetelmällä on omat etunsa tämän kulutusta kestävän materiaalin valmistuksessa.

Karkaistu, yksiosainen, kuituvahvistettu ja hapettumiskestävä komposiitti (TUFROC)

TUFROC edustaa uusinta tekniikkaa edullisissa ja uudelleenkäytettävissä avaruusalusten lämpösuojausjärjestelmissä (TPS). Tämä kaksiosainen järjestelmä koostuu huokoisesta piidioksidialustasta, johon on upotettu hiilikansi. NASA on äskettäin päivittänyt näitä koostumuksia, mikä on johtanut merkittävään parannukseen korkean lämmönkestävyyden ja uudelleenkäytettävyyden suhteen; tämän ansiosta Advanced TUFROC -laattojen pintalämpötilat olivat huomattavasti alhaisemmat identtisissä aerokonvektiivisissa lämmitysolosuhteissa kuin tavallisten TUFROC-laattojen.

Nämä parannukset yhdistettynä TUFROC:n tyypillisiin ominaisuuksiin tekevät materiaalista kestävän sekä mekaanisia että ilmakehään paluun aiheuttamia rasituksia. Lisäksi sen eristysominaisuuksien ansiosta se kestää ilmakehään paluun yhteydessä syntyviä suurinopeuksisia lämpökuormia.

TUFROC on ihanteellinen materiaalivalinta Sierra Spacen Dream Chaser -alukselle sekä tuleville avaruusaluksille, joissa hyödynnetään BFR/Super Heavy -rakettia. TUFROC-materiaalin lentotestit Oak Ridge National Laboratoryssa ovat jo alkaneet, ja tämän materiaalin avulla voidaan myös tutkia tuotantosuunnitelmia, sillä se on huomattavasti edullisempaa kuin edellisen sukupolven avaruusaluksissa yleisesti käytetyt hiili-hiili-laatat.

Karkaistu yksiosainen kuituvahvistettu eristävä komposiitti (TUFRIC)

Piikarbidikeramiikkalevyjä, -laattoja ja -vuorauksia käytetään laajalti korroosionkestävänä materiaalina eri teollisuudenaloilla. Niitä voidaan esimerkiksi käyttää alumiinisilikaattikeraamisina vuorauksina pystysuorissa säiliötislausuuneissa, kuparin elektrolyysikennöissä, puhdistusuunien tasoissa ja alumiinin sulatusuunien vuorauksissa; kaarilevyinä sinkkijauheuuneissa ja lämpöparien suojaputkina ei-rautametallien sulatusprosesseissa; leikkausvälineinä tai mekaanisten tiivisteiden osina konepiteollisuudessa jne.

Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa käytettävät piikarbidipohjaiset tulenkestävät materiaalit altistuvat äärimmäisille lämpötiloille nousun ja paluun aikana, mikä aiheuttaa pintoihin rasitusta, jota vastaan ne on suojattava suurilta lämpövirroilta ja rasituksilta. TUFROC:n innovaatio tarjoaa edullisemman vaihtoehdon Lockheed LI-900 -laatoille, joita käytetään tällä hetkellä NASA:n avaruussukkulan Orbiterissa pintojen suojaamiseen lämpövirroilta ja rasituksilta.

TUFROC perustuu 30 vuoden aikana avaruussukkulaohjelmasta saatuihin kokemuksiin, ja se hyödyntää niitä tarjotakseen korkean suorituskyvyn ja matalan tiheyden lämpöeristeen, jonka suorituskyky on vertaansa vailla vastattaessa voimakkaaseen kuumuuteen ja rasitukseen nousun, paluun ja maahantulon aikana. Se säilyttää muotonsa paine-erojen ja tärinä-akustisten olosuhteiden vallitessa sekä kestää koko- ja pintarakenteen muutokset, joita aiheutuu altistumisesta äärimmäisille olosuhteille paluulennon aikana.

Karkaistu, yksiosainen, kuituvahvistettu lämpösuojausjärjestelmä (TUFROC)

TUFROC yhdistää keraamisen materiaalin alhaisen tiheyden ja erinomaiset eristysominaisuudet piikarbidin ylivoimaiseen lujuuteen ja vakauteen, mikä parantaa avaruusaluksen kestävyyttä yli 2900 Fahrenheit-asteen paluulämpötiloissa useiden tehtävien ajan. Samalla se alentaa laukaisukustannuksia ja mahdollistaa suuremman kaupallisen hyötykuorman sekä suuremman sisätilan aluksessa. Tämän yhdistelmän ansiosta NASA:n avaruusalukset kestävät toistuvia, yli 2900 degF:n paluulämpötiloja ilman, että siitä aiheutuu kalliita laukaisukustannuksia tai vaarannetaan tehtävän onnistumista.

Tuffroc-laatoissa on paljastettu keraaminen päällyste, joka on päällystetty HETC-seoksella, sekä sen vieressä oleva eristepohjamateriaali, joka on päällystetty samalla seoksella – nämä molemmat osat on muodostettu toiminnallisesti porrastetuiksi komposiiteiksi, joissa on rakoja, jotka mahdollistavat materiaalien erilaisen lämpölaajenemisen.

Karbidista valmistettuja kulutuskestäviä levyjä, laattoja ja vuorauksia käytetään yleisesti tuotantojärjestelmissä, kuten sykloneissa, putkissa, syöttösuppiloissa, putkistoissa, kuljetushihnoissa ja syöttökuiluissa, jotta vältetään kulumista aiheuttava metallin ja metallin välinen kosketus ja pidennetään laitteiden käyttöikää huoltokustannusten pienentymisen ansiosta. TUFROC-tuotteet kestävät hyvin tällaisissa ympäristöissä esiintyviä ankaria hapettumisolosuhteita ja ovat samalla neljä kertaa lujempia kuin vastaavat nitridisidoksiset piidioksidituotteet.

Karkaistu, yksiosainen, kuituvahvistettu lämpösuojausjärjestelmä (TUFRIC)

TUFRIC on kevyt lämpösuojajärjestelmä (TPS), joka on kehitetty NASA Amesissa ja jota testataan parhaillaan lentokokeissa Yhdysvaltain ilmavoimien X-37B-lentokoneessa. Tämä matalatiheyksinen, korkeita lämpötiloja kestävä komposiittimateriaali on valmistettu käsitellyistä hiili- ja kuitupohjaisista eristeistä, ja sen pinnalla on porrastettu pintakäsittely, joka mukautuu yksittäisten komponenttimateriaalien erilaisiin lämpölaajenemisasteisiin.

TUFRIC on edistyksellinen materiaali, jolla on erinomaiset lämpölujuus-, korroosionkestävyys- ja isku- ja kulutuskestävyysominaisuudet, joiden ansiosta se kestää sekä voimakkaita lämpöshokkeja että kemiallista hapettumista – näiden ominaisuuksien ansiosta TUFRICin käyttöikä on viisi–seitsemän kertaa pidempi kuin alumiinioksidikeramiikan.

TUFRICin alhainen lämmönjohtavuus mahdollistaa sen, että avaruusaluksissa voidaan hyödyntää enemmän hyötykuormaa ja sisätilaa, samalla kun se auttaa säilyttämään aerodynaamisen vakauden lennon hypersonisissa paluuvaiheissa.