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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국재료연구원 Korea Institute of Materials Science |
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연구책임자 | 이성훈 |
참여연구자 | 이세훈 , 최백규 , 변응선 , 김인수 , 도정현 , 정중은 , 박영진 , 유연우 , 석우영 , 박경미 , 이유화 , 이효진 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2021-01 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 | TRKO202100000161 |
과제고유번호 | 1711120154 |
사업명 | 재료연구소연구운영비지원(R&D)(주요사업비) |
DB 구축일자 | 2021-05-15 |
키워드 | 가스터빈.열차폐코팅.진공플라즈마 용사.단결정 합금.gas turbine.thermal barrier coating.vaccuum plasma spray.SiCf/SiC CMC.single crystal superalloy.Re-free. |
[열차폐 코팅 기술] KIMS 독자 개발 신공정 기술(Suspension Vacuum Plasma Spray)을 적용하여 멀티스케일 기공분포 제어를 통하여 7-YSZ 기반 저열전도(~0.6W/mK) TBC 제조 공정확립 하였고, 이에 더하여 Gd2O3, La2O3 등 신규조성 TBC 제조를 통해 단열성능 향상을 위한 연구진행으로 TIT 1600℃ 이상 급 가스터빈 HPT 부품 요구도에 부합한 열차폐코팅 기술 기반을 확보 하였음.
[2세대 CMC 제조
[열차폐 코팅 기술] KIMS 독자 개발 신공정 기술(Suspension Vacuum Plasma Spray)을 적용하여 멀티스케일 기공분포 제어를 통하여 7-YSZ 기반 저열전도(~0.6W/mK) TBC 제조 공정확립 하였고, 이에 더하여 Gd2O3, La2O3 등 신규조성 TBC 제조를 통해 단열성능 향상을 위한 연구진행으로 TIT 1600℃ 이상 급 가스터빈 HPT 부품 요구도에 부합한 열차폐코팅 기술 기반을 확보 하였음.
[2세대 CMC 제조기술] 초고농도 SiC 슬러리 적용 및 방전 플라즈마 소결을 이용한 초고속 열분해 공정을 개발하여 PIP 공정을 적용한 SiC 복합재료의 제조 시간을 기존의 최소 13일에서 3일로 크게 단축하였으며, 동시에 열적 안정성도 기존의 1400℃에서 2000℃로 획기적으로 향상시켰음. SiC 기지상의 경우 1700℃ In-situ 강도가 상온강도의 110% 이상을 달성하였음. 이러한 기술을 이용하여 CMC shroud mock-up 제조를 수행하였음.
[Re-free 단결정 합금 기술] 인공신경망(Neural network) 기법과 열역학 계산을 활용하여 크리프 특성이 우수한 Re-free 단결정 합금을 설계하였음. 설계 시 확산계수와 γ/γ’격자 부정합 정도를 고려하였음. 상용소재인 CMSX-4 대비 982℃에서의 항복강도와 982℃/180MPa 조건에서의 크리프 수명이 CMSX-4보다 우수한 것으로 나타났음. 주조성, 내산화성, 코팅 적합성 등을 평가하였으며 코팅 적합성과 주조성은 우수한 것으로 나타났고 내산화성은 CMSX-4 대비 낮았으나 다른 2세대 합금인 Rene N5 대비 우수하였음.
(출처 : 보고서 초록 3p)
The main objective of the project is to develop high temperature materials, including thermal barrier coating (TBC), SiCf/SiC CMC and Re-free single crystal superalloy, for the next generation gas turbines. In this project, KIMS developed 7-YSZ-based thermal barrier coating process with l
The main objective of the project is to develop high temperature materials, including thermal barrier coating (TBC), SiCf/SiC CMC and Re-free single crystal superalloy, for the next generation gas turbines. In this project, KIMS developed 7-YSZ-based thermal barrier coating process with low thermal conductivity (~0.6W/mK) by applying the suspension Vacuum Plasma Spray. Also a rare earth oxide-added composite coating processes have been studied. A rare earth oxide coating can expect to improve the performance of 7-YSZ-based TBC. As a result of thermal fatigue life evaluation (FLT @ 1100℃), We have a high temperature durability that exceeds 130% of the life span of the YSZ coating.
In the case of SiCf/SiC CMC, development of highly efficient precursor infiltration process and increase of ceramic yield after the pyrolysis of the ceramic precursor were investigated. Finally, CMC shroud mock-up was fabricated based on the developed technology. Scale up of the preparation of 70vol% slurry (4ml → 100ml per batch), improvement of the mechanical properties abd thermal stability of particulate reinforced SiC ceramics made by PIP process were also performed. The SiC-based matrix phase retained more than 110% of its room temperature bending strength at 1700℃. The developed technologies will be transferred to CMC fabrication companies, through which the 2nd generation CMC fabrication technology can be used by the end-users.
One of aims 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 compositions derived by thermodynamic calculation and neural network modeling under considering mainly effective diffusivity and γ/γ’ misfit. After various trials, heat treatment conditions for candidate alloys to obtain optimum microstructure were decided. Mechanical tests of developed alloys after heat treatment were conducted and then the results were compared with that of commercial superalloy. Tensile properties at 982℃ and creep properties of the designed alloy at 982℃/180MPa and 1100℃/137MPa condition are superior to the commercial 2nd generation alloy, CMSX-4. The designed alloy also shows good compatibility with CoNiCrAlY bond coat layer.
(출처 : SUMMARY 5p)
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연구책임자(Manager) : | - |
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