Seramik Yeniden Keşfedildi

5 Ocak 2018

Yüzyıllardır sıcak sıvılardan ellerimizi korumak için seramik kapları kullanıyoruz. Ancak atalarımızın da, bizim de bildiğimiz bir diğer şey seramik kapların ne kadar kırılgan olduğu. Peki, bu ısıya dayanıklı olduğu kadar darbelere dayanıksız olan malzemeyi jet motorlarının içinde kullanmanın bir yolunu bulabilseydik nasıl olurdu?

GE’nin malzeme bilimcilerinden Krishan Luthra, bu soruyu soran bilim insanlarından biri. Bu soruyu sormalarının sebebi ise, yüksek ateşleme sıcaklıklarının jet motorlarını daha verimli çalıştırması. Mühendisler yıllardır karmaşık soğutma delikleri ve özel kaplamalarla motorları soğutmanın zekice yollarını geliştirdiler; bunu yapmasalardı ellerinde jet motoru ve türbinler yerine erimiş metaller olurdu. Fakat Luthra gibi bilim insanları havalandırma deliklerinden daha iyi çözümler bulmak istediler.

O ve GE genelindeki ekipler son 30 yıldaki çalışmaları sonrasında ısıya dayanıklı ve çelikten daha sert bir seramik geliştirdiler. “Seramik Matriks Kompozit” (CMC) adı verilen malzeme, 2400 fahrenhayt dereceye kadar dayanıklı ki bu sıcaklık en gelişmiş metal alaşımları bile eritmeye yeter.

GE Enerji’nin CMC malzemesiyle üretilen ve %65’le rekor bir verimlilik oranı sağlayan HA gaz türbini.

GE şirketlerinden Baker Hughes’in bir parçası olan GE Petrol ve Gaz şirketi, 2000’de İtalya’nın Floransa kentindeki bir gaz türbini içerisinde bu malzemeyi test etti. Birkaç yıl sonra GE Enerji, kendi rüzgâr türbinlerinden birinde benzer parçalar kullandı ve bu parçalar binlerce saat sorunsuz çalıştı.

Fakat CMC’nin esas şöhreti, GE Havacılık’ın LEAP gibi verimliliğiyle öne çıkan motorlarda bu malzemeden üretilen parçaları kullanması sayesinde oldu. LEAP motoru Airbus, Boeing ve Comac uçaklarının en yeni modellerinde kullanılıyor. LEAP motorlarının üretimi, GE ve CFM International ortaklığında kurulan Safran Aircraft Engines şirketi tarafından yapılıyor. Şirket şu ana kadar 200 milyar dolar değerinde 14.000 adet LEAP motoru sattı. Ayrıca GE’nin Boeing’in yeni nesil uçağı 777X için özel olarak geliştirdiği dünyanın en büyük jet motoru GE9X de CMC parçalara sahip olacak.

Bu malzeme elbette sadece havacılık alanında çığır açmayacak. Geçen yıl Fransız EDF’nin işlettiği bir elektrik santrali, GE türbinleriyle %62 verimliliğe ulaştı ve bu alanda Guinness Rekorlar Kitabı’na girdi. Ancak bu büyük olasılıkla kısa süreli bir rekor olacak: GE’nin yeni nesil türbinleri ve CMC malzeme bir araya geldiğinde yeni rekorlar çok uzak görünmüyor.

GE Havacılık’ın CMC’den ürettiği jet motoru türbin kanatları.

Verimlilik konusundaki çalışmalar elbette sadece rekor kırmak için yapılmıyor. Türbinlerin çalışmasında %1’lik verimlilik artışı bile aslında çok şey ifade ediyor. GE’nin HA türbinlerini kullanan 1000 megawatt’lık bir elektrik santrali, %1’lik verimlilik artışı sayesinde 10 yılda yakıttan 50 milyon dolar tasarruf edebilir.

Güney Carolina’nın Greenville kentinde, GE Enerji’nin ileri üretim teknikleri alanında çalışan mühendisler, bu süper seramik malzemeleri aktif enerji santrallerinde kullanmaya başladılar. Burada elde ettikleri sonuçları, sıcak havayı yüksek basınçlı türbinlere kanalize eden yeni CMC örtüler üretmek için kullanıyorlar.

CMC’leri üretmek oldukça gizli ve çok adımlı bir işlem. Mühendisler önce insan saçından 5 kat daha ince silisyum karbür elyaflarını özel bir malzeme ile kaplıyorlar. Daha sonra ise kaplanmış elyafları yine silisyum karbürden yapılan bir kalıbın içine yerleştirip işlemden geçiriyorlar. Elde edilen parçalar sağlam olduğu kadar şekillendirilmesi de bir o kadar zor. Mühendis ekibi elmas törpüler, elektrik deşarj makinesi, sert karbür çelik kesiciler ve parçaları işlemek için kullanılan diğer aletler üzerinde deneyler yaparak CMC’leri şekillendirmenin daha kolay bir yolunu bulmaya çalışıyor.

Yorumlar

    1. Merhaba,

      Bildiriminiz ve dikkatiniz için teşekkür ederiz. Sayı 200 milyar dolar olarak düzeltilmiştir.

      Bilginize sunar, iyi günler dileriz.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir