Motori zrakoplova rade na temperaturama koje bi omekšale većinu metala. Lopatice turbine, senzori i brtve smješteni su u okruženjima u kojima nekoliko stotina stupnjeva može značiti razliku između pouzdanog rada i preranog kvara. Desetljećima su inženjeri gurali superlegure do krajnjih granica. Sada se sve veći dio tog tereta prebacuje na potpuno drugu klasu materijala: naprednu keramiku.
Promjena nije hype. Keramika donosi kombinaciju svojstava s kojima se niti jedan metal ne može mjeriti - ekstremnu otpornost na toplinu, tvrdoću, električnu izolaciju, otpornost na koroziju i nisku gustoću. Teži dio je ne odlučiti se koristiti ih. Obrađuje ih prema tolerancijama koje zrakoplovstvo zapravo zahtijeva.
Zašto keramika zaslužuje svoje mjesto na nebu
Aerospace slučaj za keramiku počiva na četiri svojstva koja su važnija od bilo koje pojedinačne brojke.
Otpornost na toplinu je na prvom mjestu. Aluminij, cirkonijev oksid i silicijev karbid zadržavaju svoju čvrstoću i dimenzijsku stabilnost na temperaturama na kojima metali puze i omekšavaju. Keramičke toplinske zaštitne prevlake i strukturne komponente rutinski izdržavaju 1500 do 1600 stupnjeva, što omogućuje motorima da rade toplije i sagorijevaju gorivo učinkovitije.
Slijede tvrdoća i otpornost na habanje. Keramički ležajevi i brtve otporni su na habanje daleko dulje od svojih čeličnih pandana, zbog čega se pojavljuju u rotirajućim i kliznim sučeljima pod visokim-naprezanjem. Cirkon-kaljeni aluminijev oksid, ili ZTA, ovdje je posebno cijenjen - on kombinira tvrdoću aluminijevog oksida sa žilavošću loma cirkonijevog oksida, dajući materijal koji je i tvrd i otporan na pucanje.
Električna izolacija i kemijska stabilnost zaokružuju popis. Aluminij je izvanredan električni izolator, što ga čini zadanim izborom za kućišta senzora, konektore, prolaze i omotače termoelemenata. A budući da je keramika kemijski inertna i slabo-ispušta plinove, ponaša se predvidljivo u zatvorenim, vakuumskim-okruženjima avionike i instrumentacije.info.
Ništa od ovoga nije novo. Ono što se mijenja jest preciznost s kojom se ove komponente sada mogu proizvesti.
Problem obrade nitko ne spominje
Evo neugodne istine o keramici: gotovo ju je nemoguće obraditi konvencionalnim rezanjem. Tvrdi su, lomljivi i otkazuju lomljenjem, a ne čistim rezanjem. Materijal se uklanja brušenjem, a ne rezanjem - abrazivna zrnca lome sitne fragmente površine. Zbog toga dijamantni abrazivi dominiraju završnom obradom keramike.
Procesni lanac je brušenje, zatim lapiranje, zatim poliranje. Brušenjem se dio približava veličini. Lappingom se proizvode ravne, paralelne površine obradom dijela između tvrdih, ravnih ploča s labavim abrazivom u planetarnom gibanju. Poliranje poboljšava završnu obradu površine i uklanja mikropukotine koje brušenje ostavlja. Svaki korak je spor, skup i ne prašta pogreške.
Ovdje-iskustvo iz prve ruke odvaja dobavljača komponenti od trgovca dijelovima. Akeramički nosač ležajaili kućište senzora koje ima nekoliko milimetara u promjeru možda će trebati ravnost i paralelizam na mikronskim ili sub{0}}mikronskim razinama. To nije problem CNC programa. To je problem -discipline procesa.
Unparalleled Ltd. došao je u keramiku iz neobičnog smjera: preciznog granita. Osnovna djelatnost tvrtke su granitne površinske ploče i komponente strojeva dorađene do nanometarske-ravnine, pomoću ultra-velikih brusilica sposobnih za radne platforme do 6000 mm duge. Vještine koje se prenose su one koje su važne - dijamantno brušenje, ručno lazanje i mjeriteljstvo za provjeru onoga što je stvarno postignuto. Njegovi tehničari imaju desetljeća iskustva u lappingu, a njegove mjerne prostorije, izolirane od vibracija i održavane na stabilnoj temperaturi, opremljene su instrumentima koji se mogu pratiti do nacionalnih mjeriteljskih instituta.
Ta pozadina oblikuje način na koji Unparalleled pristupa keramičkim komponentama. Tvrtka ne tvrdi da je keramika jednostavna. Tvrdi suprotno: da je disciplina potrebna za držanje mikronskih tolerancija na granitu ista disciplina potrebna za njihovo držanje na glinici ili cirkonijevom oksidu.
Odmjeren pogled na revoluciju
Bilo bi pretjerano reći da će keramika zamijeniti metale u zrakoplovstvu. Neće - uskoro, i ne posvuda. Metali ostaju okosnica primarne strukture, gdje se o žilavosti i mogućnostima popravka ne- pregovara. Keramika dobiva svoje mjesto u specifičnim, zahtjevnim nišama: visoko-temperaturni senzori,-kritični ležajevi i brtve, toplinske barijere i električne komponente gdje su izolacija i stabilnost ključni.
Ono što industrija uči je kako to dvoje koristiti zajedno. Metalna struktura s keramičkom toplinskom barijerom, keramičkim senzorom na vrućem kraju i keramičkim ležajem na sučelju visokog-trošenja pametniji je sustav od bilo kojeg pojedinačnog materijala.
Za inženjerskog kupca ili voditelja kvalitete koji ocjenjuje keramičke komponente, praktično pitanje nije je li keramika "revolucionarna". Radi se o tome može li ih dobavljač obraditi prema specifikaciji - i to dokazati. To je standard za koji se Unparalleled drži i za koji vjeruje da bi zrakoplovna industrija trebala očekivati od bilo koga tko isporučuje precizne keramičke dijelove.