[보고서]차세대 가스터빈용 초고온소재 개발

이성훈

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차세대 가스터빈용 초고온소재 개발

Development of high temperature materials for the next generation gas turbine

보고서상세정보
과제명	차세대 가스터빈용 초고온소재 개발(1/3)
주관연구기관	한국기계연구원 Korea Institute of Machinery and Materials
연구책임자	이성훈
참여연구자	이세훈, 최백규, 변응선, 김인수, 도정현, 조창용, 정중은, 박훈관, 박영진, 유연우, 석우영 ...
보고서유형	1단계보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2019-01
과제시작년도	2018
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
등록번호	TRKO201900001656
과제고유번호	1711080118
사업명	재료연구소연구운영비지원(주요사업비)
DB 구축일자	2019-06-01
키워드	가스터빈.열차폐코팅.진공플라즈마 용사.단결정 합금.gas turbine.thermal barrier coating.vaccuum plasma spray.SiCf/SiC CMC.single crystal superalloy.Re-free.
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201900001656

초록
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차세대 가스터빈용 초고온 소재개발을 위한 1단계(3년) 1차년도 연구수행을 통하여, 진공중 서스펜션 플라즈마 스프레이 기술을 통한 열차폐코팅의 나노~마이크로 멀티사이즈 기공 분포 미세구조 구현, 0.8 W/mK의 저열전도(현행 기술 ...

차세대 가스터빈용 초고온 소재개발을 위한 1단계(3년) 1차년도 연구수행을 통하여, 진공중 서스펜션 플라즈마 스프레이 기술을 통한 열차폐코팅의 나노~마이크로 멀티사이즈 기공 분포 미세구조 구현, 0.8 W/mK의 저열전도(현행 기술 APS YSZ 1.2 W/mK) 확보하였으며, 현행 기술 APS YSZ대비 우수한 고온 내구성을 확인하였음. SiC_f/SiC CMC의 경우 고온특성 향상 및 공정시간 단축을 위한 고성능 SiC filler를 개발하였음. 기존에 제안된 passive filler 및 active filler 외에 semi-active filler 라는 새로운 개념을 제안하였으며 Si-Al-C 및 Si-Ti-C에 대한 합성 및 조성, 특성 분석을 진행하였음. 65vol% 이상의 초고농도 나노 SiC 슬러리 제조 및 슬러리의 섬유 내 함침공정 개발을 진행하였음. 인공신경망(Neural network) 기법과 열역학 계산을 활용하여 크리프 특성이 우수한 Re-free 단결정 합금을 설계하였음. 상용소재인 CMSX-4 대비 약 70% 수준의 크리프 특성을 나타내었음. 합금원소가 상용 본드코팅층과 기지 사이 계면에 미치는 영향을 분석하여 Re의 증가로 TCP상과 SRZ 두께가 증가하는 것과 Ta 감소에 따른 TCP 상분율 감소, 그리고 W 증가에 따른 TCP상 감소를 알 수 있었음.

(출처 : 초록 3p)

Abstract
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The main objective of the project is to develop high temperature materials, including thermal barrier coating (TBC), SiC_f

The main objective of the project is to develop high temperature materials, including thermal barrier coating (TBC), SiC_f/SiC CMC and Re-free single crystal superalloy, for the next generation gas turbines. In the 1^st year of the project, ceramic top coating of TBC with the multi-scale pores in the range from nano to micro order was successfully fabricated using suspension vacuum plasma spray(SVPS), which is unconfirmed process technology worldwide.
This TBCs showed the low thermal conductivity of ~ 0.8 W/mK. It can be resulted by the distribution of the multi-scale pore in the ceramic coating. In the comparison of the thermal life of TBC preprepared by APS and SVPS, SVPS TBCs showed good thermal life.

In the case of SiC_f/SiC CMC, the weak point of LSI (Liquid Silicon Infiltration) process, which is currently commercialized, should be improved and the processing time and price should decrease. For that purpose, PIP (precursor Impregnation & pyrolysis) process, which is the second generation process) was developed. Development of SiC filler and highly concentrated slurry up to 65vol% were performed and the infiltration process of the slurry into fiber fabrics was investigated in order to improve high temperature properties and to decrease the processing time. As a result, 4 SCI papers were submitted and both domestic and international patents are in preparation. The developed technologies will be transferred to CMC fabrication companies, through which the 2^nd generation CMC fabrication technology can be used by the end-users.

One of aim in this study is to develop a new Re-free single crystal superalloy with high temperature properties equivalent to commercial alloy CMSX-4 with 3% of Re. The effects of alloying elements on various properties of single crystal alloys were investigated by thermodynamic calculation. Neural network modeling was also used to derive the compositions of alloys with good creep properties. The compositions derived by NN were filtered by thermodynamic calculation. On the basis of the calculation, chemical compositions of the 1st candidate alloys were suggested. After various trials, heat treatment conditions for candidate alloys to obtain optimum microstructure were decided. Creep tests of developed alloys after heat treatment were conducted and then the results were compared with that of commercial superalloy. Creep lives of the designed alloy is about 70% of those of commercial alloy, CMSX-4. Modification of compositions will enhance the properties of these alloys, which should be studied in the next year. The effect of alloying elements on interfacial reaction between base material and MCrAlY bond coats was also studied. The effect of Mo was not so significant, but increase of Re enhances the SRZ (Secondary Reacted Zone) and TCP(Topologically Closed Packed) phase formation on the interface between single crystal and bond coat. W reduced TCP phase formation unlike expectation.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차
Contents
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연구자의 다른 보고서

이성훈(48) 이세훈(15) 최백규(32) 변응선(41) 김인수(40) 도정현(19) 조창용(63) 정중은(11) 유연우(9) 남기석(57)

표 / 그림 (51)

참고문헌

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전체 참여 연구원

상세정보
참여 연구원	이세훈, 최백규, 변응선, 김인수, 도정현, 조창용, 정중은, 박훈관, 박영진, 유연우, 석우영, 남기석, 이선영,

과제요약정보
과제명(ProjectTitle) :	-
연구책임자(Manager) :	-
과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
키워드(keyword) :	-
과제수행기간(LeadAgency) :	-
연구목표(Goal) :	-
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