ایوی ایشن مینوفیکچرنگ ہائی ٹیک کا سب سے زیادہ مرتکز شعبہ ہے اور اس کا تعلق جدید مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی سے ہے۔ مثال کے طور پر، F119 انجن جو ریاستہائے متحدہ کے پراٹ اینڈ وٹنی نے تیار کیا ہے، جنرل الیکٹرک کمپنی کا F120 انجن، فرانس کی SNECMA کمپنی کا M88-2 انجن، اور EJ200 انجن جو برطانیہ، جرمنی نے مشترکہ طور پر تیار کیا ہے۔ ، اٹلی اور سپین۔ یہ بات قابل ذکر ہے کہ دنیا کی جدید ترین سطح کی نمائندگی کرنے والے ان ایرو انجنوں میں نئے مواد، نئے عمل اور نئی ٹیکنالوجیز کا استعمال کرنا ایک مشترکہ خصوصیت ہے۔ استعمال ہونے والے سات نئے مواد کو بالترتیب پیش کیا گیا ہے:
1
کاربن/کاربن کمپوزٹ
کاربن/کاربن مرکبات کیا ہیں؟ یہ ایک کاربن میٹرکس مرکب مواد ہے جسے کاربن فائبر اور اس کے تانے بانے سے تقویت ملتی ہے، کم کثافت کے ساتھ (<2.0g/cm3), high strength, high specific modulus, high thermal conductivity, low expansion coefficient, good friction performance, and good thermal shock resistance , high dimensional stability, etc., especially the few candidate materials used above 1650 °C, the highest theoretical temperature is as high as 2600 °C, so it is considered to be one of the most promising high-temperature materials in the world.
اگرچہ کاربن/کاربن مرکبات میں اعلیٰ درجہ حرارت کی بہت سی بہترین خصوصیات ہیں، لیکن وہ 400 ڈگری سے زیادہ درجہ حرارت کے ساتھ ایروبک ماحول میں آکسیکرن رد عمل سے گزرتے ہیں، جس کے نتیجے میں مواد کی خصوصیات میں شدید کمی واقع ہوتی ہے۔ لہذا، اعلی درجہ حرارت کے ایروبک ماحول میں کاربن/کاربن مرکبات کے استعمال میں آکسیکرن تحفظ کے اقدامات ہونے چاہئیں۔ کاربن/کاربن کمپوزٹ کا آکسیڈیشن تحفظ بنیادی طور پر درج ذیل دو طریقوں سے ہوتا ہے، یعنی میٹرکس میں ترمیم اور سطح کے فعال پوائنٹس کو کم درجہ حرارت پر کاربن/کاربن مرکبات کی حفاظت کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، کوٹنگ کا طریقہ کاربن/کاربن مرکب مواد کو آکسیجن کے ساتھ براہ راست رابطے سے الگ کرنے کے لیے استعمال کیا جانا چاہیے، تاکہ آکسیڈیشن تحفظ کا مقصد حاصل کیا جا سکے۔ فی الحال، کوٹنگ کا طریقہ سب سے زیادہ استعمال شدہ طریقہ ہے. سائنس اور ٹکنالوجی کی مسلسل ترقی کے ساتھ، کاربن/کاربن مرکب مواد کی انتہائی اعلی درجہ حرارت کی کارکردگی پر زیادہ سے زیادہ انحصار ہوتا جا رہا ہے، اور انتہائی اعلی درجہ حرارت کے حالات کے تحت آکسیڈیشن تحفظ کا واحد ممکنہ حل صرف کوٹنگ پروٹیکشن ہو سکتا ہے۔ .
یہ بات قابل ذکر ہے کہ C/C پر مبنی جامع مواد اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت کے ساتھ ایک نیا مواد ہے جسے حالیہ برسوں میں دنیا میں سب سے زیادہ توجہ حاصل ہوئی ہے۔ کیونکہ صرف C/C مرکب مواد ہی ٹربائن روٹر بلیڈز کے لیے واحد جانشین مواد سمجھا جاتا ہے جس کا زور سے وزن کا تناسب 20 سے زیادہ ہوتا ہے اور انجن کے اندر جانے کا درجہ حرارت 1930-2227 ڈگری ہوتا ہے۔ اعلیٰ ترین اسٹریٹجک ہدف جس کا تعاقب ترقی یافتہ صنعتی ممالک کرتے ہیں۔
نام نہاد C/C پر مبنی جامع مواد ایک کاربن فائبر سے تقویت یافتہ کاربن بنیادی مرکب مواد ہے، جو کاربن فائبر کی اعلی طاقت اور اعلی سختی کے ساتھ کاربن کی ریفریکٹری خصوصیات کو یکجا کرتا ہے، جس سے یہ غیر ٹوٹنے والا بن جاتا ہے۔ چونکہ C/C پر مبنی مرکب مواد میں ہلکا وزن، اعلیٰ طاقت، اعلیٰ تھرمل استحکام اور بہترین تھرمل چالکتا ہوتا ہے، یہ آج کل خاص طور پر 1000-1300 ڈگری سینٹی گریڈ کے اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں سب سے زیادہ مثالی اعلی درجہ حرارت مزاحم مواد ہیں۔ نہ صرف طاقت کم نہیں ہوئی بلکہ بڑھنے کے قابل بھی تھی۔ خاص طور پر جب یہ 1650 ڈگری سے نیچے ہے، تب بھی یہ کمرے کے درجہ حرارت پر طاقت اور فضل کو برقرار رکھتا ہے۔ لہذا، C/C پر مبنی مرکبات میں ایرو اسپیس مینوفیکچرنگ میں ترقی کی زبردست صلاحیت ہے۔
یہ بات قابل ذکر ہے کہ ایرو انجنوں کے استعمال میں C/C پر مبنی جامع مواد کا ایک اہم مسئلہ آکسیڈیشن کی کمزور مزاحمت ہے۔ لہذا، حالیہ برسوں میں، ریاستہائے متحدہ نے اس مسئلے کو حل کرنے کے لئے تکنیکی اقدامات کا ایک سلسلہ اپنایا ہے، اور آہستہ آہستہ نئے انجن پر لاگو کیا گیا ہے. مثال کے طور پر، امریکی F119 انجن پر آفٹر برنر کی ٹیل نوزل، F100 انجن کی نوزل اور کمبشن چیمبر نوزل، اور F120 تصدیقی مشین کے کمبشن چیمبر کے کچھ حصے C/C پر مبنی جامع مواد سے بنے ہیں۔ ایک اور مثال فرانسیسی M88-2 انجن ہے، اور میراج 2000 انجن کے آفٹر برنر فیول انجیکشن راڈ، ہیٹ شیلڈ، اور نوزل بھی C/C پر مبنی جامع مواد استعمال کرتے ہیں۔
2
انتہائی اعلی طاقت والے اسٹیل کا نیا مواد
الٹرا ہائی سٹرینتھ اسٹیل کیا ہے؟ وسط-1940 میں، ریاستہائے متحدہ نے Cr-Mo اسٹیل (AISI4130) اور Cr-Ni-Mo اسٹیل (AISI 4340) تیار کیا۔ بجھانے اور کم درجہ حرارت کے درجہ حرارت کے بعد، تناؤ کی طاقتیں بالترتیب 170 اور 190kgf/mm2 تھیں۔ 1950 کی دہائی کے اوائل میں، Si اور V کو AISI 4340 اسٹیل میں شامل کیا گیا تاکہ 190~210kgf/mm2 کی ٹینسائل طاقت کے ساتھ 300M بنایا جا سکے۔ 1960 میں، انٹرنیشنل نکل کمپنی نے تقریباً 180kgf/mm2 کی ٹینسائل طاقت کے ساتھ مارجنگ سٹیل بنایا، فریکچر سختی 390kgf/mm تک۔ 1970 کی دہائی میں، ریاستہائے متحدہ نے 300M کی بنیاد پر C کو کم کیا اور Si میں اضافہ کیا، سختی کو بہتر کیا، اور HP310 سٹیل میں ترقی کی۔ مارجنگ اسٹیل کی بنیاد پر، یہ AF1410 اسٹیل میں تیار ہوا، جس کی ٹینسائل طاقت 170kgf/mm2 اور فریکچر سختی 400kgf/mm2 ملی میٹر ہے۔
تصویر
یہ بات قابل غور ہے کہ انتہائی اعلیٰ طاقت والے اسٹیل میں زیادہ تناؤ کی طاقت ہونی چاہیے اور کافی سختی کو برقرار رکھنا چاہیے۔ اس کو جزو کے وزن کو کم کرنے کے لیے ایک بڑی مخصوص طاقت (طاقت اور کثافت کا تناسب) اور اعلی پیداوار کے تناسب (σs/σb) کی بھی ضرورت ہوتی ہے، اور اس میں اچھی ویلڈیبلٹی اور فارمیبلٹی اور دیگر عمل کی خصوصیات ہونی چاہئیں۔ انتہائی اعلیٰ طاقت والے اسٹیل کی میٹالرجیکل کوالٹی کے لیے بہت زیادہ تقاضے ہوتے ہیں، اور اسے اکثر الیکٹرک آرک فرنس اور الیکٹرو سلیگ ریمیلٹنگ کے ذریعے گلایا جاتا ہے۔ اسٹیل کی قسمیں جن کو اعلی پاکیزگی کی ضرورت ہوتی ہے زیادہ تر ویکیوم انڈکشن فرنس یا ویکیوم کنسم ایبل الیکٹرک آرک فرنس میں گلائی جاتی ہے۔ گرمی کے علاج کے دوران درمیانے اور کم کھوٹ والے انتہائی اعلیٰ طاقت والے اسٹیل کو ڈیکاربرائزیشن سے روکا جانا چاہیے۔ مارجنگ اسٹیلز اور ورن کو سخت کرنے والے سٹینلیس سٹیل کو عام حرارتی بھٹیوں میں ٹھوس حل کیا جا سکتا ہے۔ ویلڈنگ کے لیے شیلڈنگ گیس ویلڈنگ یا آرگن ٹنگسٹن آرک ویلڈنگ کا استعمال کرنا چاہیے۔ اعلی کاربن مواد (تقریبا 0.4 فیصد) کے ساتھ کچھ کم الائے انتہائی اعلی طاقت والے اسٹیلز کو ویلڈنگ کے فوراً بعد تناؤ سے نجات دلانا چاہیے۔
یہ بات قابل ذکر ہے کہ انتہائی اعلیٰ طاقت والے اسٹیل کو ہوائی جہاز پر لینڈنگ گیئر کے لیے بطور مواد استعمال کیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، دوسری نسل کے ہوائی جہاز میں استعمال ہونے والا لینڈنگ گیئر 30CrMnSiNi2A اسٹیل سے بنا ہے جس کی تناؤ کی طاقت 1700MPa ہے۔ اس قسم کے لینڈنگ گیئر کی مختصر سروس لائف تقریباً 2000 فلائٹ گھنٹے ہے۔
ایک اور مثال یہ ہے کہ تیسری نسل کے لڑاکا طیارے کے ڈیزائن کے لیے لینڈنگ گیئر کی زندگی 5،000 پرواز کے اوقات سے زیادہ ہونے کی ضرورت ہے۔ ایک ہی وقت میں، ہوائی جہاز کے سازوسامان میں اضافے کی وجہ سے، ہوائی جہاز کے ڈھانچے کا وزن کم ہو جاتا ہے، اور لینڈنگ گیئر کے مواد اور مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی کے انتخاب پر زیادہ تقاضے رکھے جاتے ہیں۔ امریکہ اور ہماری تیسری نسل کے جنگجو 300M سٹیل (ٹینسل طاقت 1950MPa) لینڈنگ گیئر مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی استعمال کرتے ہیں۔
درحقیقت، میٹریل ایپلی کیشن ٹیکنالوجی کی بہتری لینڈنگ گیئر کی زندگی میں مزید توسیع اور موافقت کی توسیع کو فروغ دے رہی ہے۔ مثال کے طور پر، یورپی ایئربس A380 ہوائی جہاز کا لینڈنگ گیئر انتہائی بڑے انٹیگرل فورجنگ ٹیکنالوجی، نئی ماحول سے تحفظ کی ہیٹ ٹریٹمنٹ ٹیکنالوجی اور تیز رفتار شعلہ چھڑکنے والی ٹیکنالوجی کو اپناتا ہے، تاکہ لینڈنگ گیئر کی زندگی ڈیزائن کی ضروریات کو پورا کر سکے۔ لہذا، نئے مواد اور مینوفیکچرنگ تکنیک کے تعارف نے ہوائی جہاز کی تبدیلی کو یقینی بنایا.
تصویر
جیسا کہ ہم سب جانتے ہیں، سنکنرن مزاحم ماحول میں ہوائی جہاز کا طویل زندگی ڈیزائن مواد کے لیے اعلیٰ تقاضوں کو آگے بڑھاتا ہے۔ مثال کے طور پر، AerMet100 اسٹیل کی طاقت کی سطح 300M اسٹیل جیسی ہے، لیکن اس کی عمومی سنکنرن مزاحمت اور تناؤ کی سنکنرن مزاحمت 300M اسٹیل سے نمایاں طور پر بہتر ہے۔ مماثل لینڈنگ گیئر مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی کو جدید طیاروں جیسے F/A-18E/F، F-22، اور F-35 پر لاگو کیا گیا ہے۔ اعلی طاقت Aermet310 اسٹیل میں فریکچر کی سختی کم ہے اور اسے مسلسل تیار اور بہتر کیا جا رہا ہے۔ نقصان برداشت کرنے والے انتہائی اعلیٰ طاقت والے اسٹیل AF1410 کی کریک بڑھنے کی شرح انتہائی سست ہے، جسے B-1 طیارے کے بازو کے ایکچیویٹر کے جوائنٹ کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، جو Ti سے 10.6 فیصد ہلکا ہے۔ -6Al-4V، پروسیسنگ کی کارکردگی میں 60 فیصد اضافے اور لاگت میں 30.3 فیصد کمی کے ساتھ۔ مثال کے طور پر، روس کے Smig-1.42 میں استعمال ہونے والے اعلیٰ طاقت والے سٹینلیس سٹیل کی مقدار 30 فیصد تک زیادہ ہے۔ PH13-8Mo واحد اعلی طاقت والا مارٹینسیٹک ورن کو سخت کرنے والا سٹینلیس سٹیل ہے جو بڑے پیمانے پر سنکنرن مزاحم اجزاء کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ انتہائی اعلیٰ طاقت والے گیئر (بیرنگ) اسٹیل بھی بین الاقوامی سطح پر تیار کیے گئے ہیں، جیسے CSS-42L، Gearmet C69، وغیرہ، اور انجنوں، ہیلی کاپٹروں اور ایرو اسپیس میں استعمال کیے گئے ہیں۔
3
اعلی درجہ حرارت کا مرکب مواد
superalloy مواد کیا ہیں؟ اعلی درجہ حرارت والے مرکبات کو درحقیقت تین قسم کے مواد میں تقسیم کیا گیا ہے: 760 ڈگری ہائی ٹمپریچر میٹریلز، 1200 ڈگری ہائی ٹمپریچر میٹریلز اور 1500 ڈگری ہائی ٹمپریچر میٹریلز، جس کی ٹینسائل طاقت 800MPa ہے۔ دوسرے لفظوں میں، اس سے مراد اعلی درجہ حرارت والے دھاتی مواد ہیں جو 760-1500 ڈگری اور بعض تناؤ کے حالات میں طویل عرصے تک کام کرتے ہیں۔ اس کی اہم خصوصیات: اس میں اعلی درجہ حرارت کی طاقت، اچھی آکسیڈیشن مزاحمت اور تھرمل سنکنرن مزاحمت، اچھی تھکاوٹ کی کارکردگی، فریکچر کی سختی اور دیگر جامع خصوصیات ہیں، اور یہ فوجی اور سویلین کے لیے گیس ٹربائن انجنوں کے گرم حصے کے لیے ایک ناقابل تلافی کلیدی مواد بن گیا ہے۔ دنیا بھر میں استعمال کریں.
760 ڈگری اعلی درجہ حرارت کا مواد 1930 کی دہائی کے اواخر سے، برطانیہ، جرمنی، ریاستہائے متحدہ اور دیگر ممالک نے سپر ایللویز کا مطالعہ شروع کیا۔ دوسری جنگ عظیم کے دوران، نئے ایرو انجنوں کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، سپر ایلوائیز کی تحقیق اور استعمال تیزی سے ترقی کے دور میں داخل ہوا۔ 1940 کی دہائی کے اوائل میں، برطانیہ نے سب سے پہلے 80Ni-20Cr کے مرکب میں ایلومینیم اور ٹائٹینیم کی تھوڑی سی مقدار کو مضبوط بنانے کے لیے 'فیز (گاما پرائم) بنانے کے لیے شامل کیا، اور سب سے پہلے نکل پر مبنی مرکب تیار کیا جس میں ہائی ہائی - درجہ حرارت کی طاقت. اس عرصے کے دوران، پسٹن ایرو انجنوں کے لیے ٹربو چارجرز کی ترقی کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، ریاستہائے متحدہ نے بلیڈ بنانے کے لیے وائٹالیم کوبالٹ پر مبنی مرکبات کا استعمال شروع کیا۔
تصویر
یہ بات قابل ذکر ہے کہ امریکہ نے جیٹ انجنوں کے لیے کمبشن چیمبر بنانے کے لیے انکونل نکل پر مبنی مرکبات بھی تیار کیے ہیں۔ بعد میں، مصر کے اعلی درجہ حرارت کی طاقت کو مزید بہتر بنانے کے لیے، ماہرین دھاتوں نے ایلومینیم اور ٹائٹینیم کے مواد کو بڑھانے کے لیے نکل پر مبنی مرکب میں ٹنگسٹن، مولیبڈینم اور کوبالٹ جیسے عناصر شامل کیے، اور مرکب دھاتوں کی ایک سیریز تیار کی، جیسے برطانیہ میں "Nimonic" اور ریاستہائے متحدہ میں "Nimonic" کے طور پر۔ "Mar-M" اور "IN" وغیرہ؛ کوبالٹ پر مبنی مرکب دھاتوں میں نکل، ٹنگسٹن اور دیگر عناصر کو شامل کر کے مختلف قسم کے اعلی درجہ حرارت والے مرکب تیار کرنے کے لیے، جیسے کہ X-45، HA-188، FSX-414، وغیرہ۔ کوبالٹ وسائل کی کمی، کوبالٹ کی بنیاد پر superalloys کی ترقی محدود ہے.
1940 کی دہائی میں، لوہے پر مبنی سپر اللویز بھی تیار کی گئیں۔ 1950 کی دہائی میں، A-286 اور Incoloy901 جیسے گریڈ نمودار ہوئے، لیکن اعلی درجہ حرارت کے کمزور استحکام کی وجہ سے، ترقی سست تھی۔ سابق سوویت یونین نے 1950 میں "ЭИ" برانڈ کے نکل پر مبنی سپراللویز تیار کرنا شروع کیا، اور بعد میں "ЭП" سیریز کی شکل اختیار کرنے والے سپراللویز اور ЖС سیریز کاسٹ سپراللویز تیار کی۔ 1970 کی دہائی میں، ریاستہائے متحدہ نے دشاتمک کرسٹلائزیشن بلیڈ اور پاؤڈر میٹالرجی ٹربائن ڈسکوں کی تیاری کے لیے ایک نیا پیداواری عمل بھی اپنایا، اور ایرو کے داخلی درجہ حرارت میں مسلسل اضافے کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے اعلی درجہ حرارت کے مرکب اجزاء جیسے سنگل کرسٹل بلیڈ تیار کیے - انجن ٹربائنز۔
مواد پر جیٹ انجنوں کی انتہائی ضروری ضروریات کو پورا کرنے کے لیے Superalloys تیار کیے گئے ہیں، اور یہ فوجی اور سویلین گیس ٹربائن انجن کے ہاٹ اینڈ پرزوں کے لیے ایک ناقابل تلافی کلیدی مواد بن چکے ہیں۔ اعلی درجے کے ایرو انجنوں میں، اعلی درجہ حرارت کے مرکب کا تناسب 50 فیصد سے زیادہ تک پہنچ گیا ہے.
اعلی درجہ حرارت والے مرکب دھاتوں کی ترقی کا ایرو انجنوں کی تکنیکی ترقی سے گہرا تعلق ہے، خاص طور پر ٹربائن ڈسک، ٹربائن بلیڈ میٹریل اور انجن کے گرم حصے کے مینوفیکچرنگ کا عمل انجن کی ترقی کی اہم علامتیں ہیں۔ مواد کی اعلی درجہ حرارت کے خلاف مزاحمت اور تناؤ برداشت کرنے کی صلاحیت کے لیے اعلیٰ تقاضوں کی وجہ سے، Ni3 (Al، Ti) کو مضبوط بنایا گیا Nimonic80 مرکب ابتدائی دنوں میں برطانیہ میں تیار کیا گیا تھا، جسے ٹربائن بلیڈ کے لیے مواد کے طور پر استعمال کیا جاتا تھا۔ ٹربوجیٹ انجن. اس کے علاوہ، Nimonic سیریز مصر مسلسل تیار کیا گیا تھا. ریاستہائے متحدہ نے بازی کو مضبوط کرنے والے نکل پر مبنی مرکبات تیار کیے ہیں جن میں ایلومینیم اور ٹائٹینیم شامل ہیں، جیسے کہ انکونل، مار-ایم اور اڈمٹ الائے سیریز جو بالترتیب مشہور پراٹ اینڈ وٹنی کمپنی، جی ای کمپنی اور اسپیشل میٹلز کمپنی نے تیار کی ہیں۔
تصویر
superalloys کی ترقی کے عمل میں، مینوفیکچرنگ کا عمل مرکب دھاتوں کی ترقی کو فروغ دینے میں بہت بڑا کردار ادا کرتا ہے۔ ویکیوم پگھلنے والی ٹکنالوجی کے ابھرنے کی وجہ سے، مرکب دھاتوں میں نقصان دہ نجاستوں اور گیسوں کو ہٹانا، خاص طور پر مرکب مرکب کے عین مطابق کنٹرول، نے مسلسل سپر الائیز کی کارکردگی کو بہتر بنایا ہے۔ خاص طور پر، نئی ٹکنالوجیوں کی کامیاب تحقیق جیسے دشاتمک استحکام، سنگل کرسٹل گروتھ، پاؤڈر میٹالرجی، مکینیکل الائینگ، سیرامک کور، سیرامک فلٹریشن، اور آئسو تھرمل فورجنگ نے سپر ایللویز کی تیز رفتار ترقی کو فروغ دیا ہے۔ ان میں دشاتمک ٹھوس ٹیکنالوجی سب سے نمایاں ہے۔ دشاتمک اور واحد کرسٹل الائے جو دشاتمک استحکام کے عمل سے تیار ہوتا ہے اس کا سروس درجہ حرارت ابتدائی پگھلنے والے نقطہ کے 90 فیصد کے قریب ہوتا ہے۔ اس لیے، دنیا بھر میں جدید ایرو انجن بلیڈ ٹربائن بلیڈ بنانے کے لیے دشاتمک، سنگل کرسٹل الائے استعمال کرتے ہیں۔ عالمی نقطہ نظر سے، نکل پر مبنی کاسٹ سپر الائیز نے مساوی کرسٹل، سمت کے لحاظ سے ٹھوس کالم کرسٹل اور سنگل کرسٹل الائے سسٹم بنائے ہیں۔ ان اعلیٰ کارکردگی والے انجنوں کے لیے 650 ڈگری سے 750 ڈگری، 850 ڈگری پاؤڈر ٹربائن ڈسک اور دوہری کارکردگی والے پاؤڈر ڈسکوں کی پہلی نسل سے پاؤڈر سپراللویز بھی تیار کیے گئے ہیں۔
4
سیرامک میٹرکس کمپوزٹ
سیرامک میٹرکس کمپوزٹ کیا ہیں؟ یہ ایک قسم کا مرکب مواد ہے جو سیرامکس کو میٹرکس اور مختلف ریشوں کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ سیرامک میٹرکس اعلی درجہ حرارت کی ساختی سیرامکس ہو سکتی ہے جیسے کہ سلکان نائٹرائڈ اور سلکان کاربائیڈ۔ ان جدید سیرامکس میں بہترین خصوصیات ہیں جیسے اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت، اعلی طاقت اور سختی، نسبتاً ہلکا وزن، اور سنکنرن مزاحمت۔ مہلک کمزوری یہ ہے کہ وہ ٹوٹنے والے ہیں۔ جب وہ دباؤ میں ہوں گے، تو وہ ٹوٹ جائیں گے یا ٹوٹ جائیں گے تاکہ مادی خرابی کا باعث بنیں۔ اعلی طاقت، اعلی لچکدار فائبر اور میٹرکس مرکب کا استعمال سیرامکس کی سختی اور قابل اعتماد کو بہتر بنانے کا ایک مؤثر طریقہ ہے۔ ریشے دراڑوں کو پھیلنے سے روک سکتے ہیں، اس طرح بہترین سختی کے ساتھ فائبر سے تقویت یافتہ سیرامک میٹرکس کمپوزٹ حاصل کرتے ہیں۔
تصویر
سیرامک میٹرکس کمپوزٹ کو مائع راکٹ انجن نوزلز، میزائل ریڈومز، اسپیس شٹل نوز کونز، ہوائی جہاز کے بریک ڈسکس اور ہائی اینڈ آٹوموبائل بریک ڈسکس وغیرہ کے طور پر استعمال کیا گیا ہے، جو کہ ہائی ٹیک نئے مواد کی ایک اہم شاخ بن رہی ہے۔
چونکہ سیرامک مواد میں بہترین لباس مزاحمت، اعلی سختی اور اچھی سنکنرن مزاحمت ہے، وہ بڑے پیمانے پر استعمال کیے گئے ہیں. تاہم، سیرامکس کا سب سے بڑا نقصان یہ ہے کہ وہ ٹوٹنے والے اور دراڑوں اور چھیدوں کے لیے حساس ہوتے ہیں۔ 1980 کی دہائی سے، سیرامک مواد میں ذرات، سرگوشیاں اور ریشوں کو شامل کرکے حاصل کردہ سیرامک میٹرکس کمپوزٹ نے سیرامک کی سختی کو بہت بہتر کیا ہے۔
سیرامک میٹرکس کمپوزٹ میں اعلی طاقت، اعلی ماڈیولس، کم کثافت، اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت، پہننے کی مزاحمت اور سنکنرن مزاحمت، اور اچھی سختی ہوتی ہے، اور تیز رفتار کاٹنے والے اوزار اور اندرونی دہن کے انجن کے اجزاء میں استعمال ہوتے ہیں۔ تاہم، اس قسم کے مواد کی ترقی نسبتاً دیر سے ہوئی ہے، اور اس کی صلاحیت کو مزید تیار کرنا باقی ہے۔ تحقیق کا مرکز اسے اعلی درجہ حرارت والے مواد اور پہننے سے بچنے والے اور سنکنرن مزاحم مواد پر لاگو کرنا ہے، جیسے کہ اعلی طاقت والے اندرونی دہن کے انجنوں کے لیے بہتر ٹربائن، ایرو اسپیس گاڑیوں کے لیے تھرمل اجزاء، اور دھاتوں کے بجائے گاڑیوں کے انجن، پیٹرو کیمیکل کنٹینرز۔ ، فضلہ جلانے کا سامان، وغیرہ
جب سیرامکس کی بات آتی ہے تو، لوگ فطری طور پر اس کی ٹوٹ پھوٹ کے بارے میں سوچتے ہیں۔ دس سال سے زیادہ پہلے، اگر اسے انجینئرنگ کے شعبے میں بوجھ برداشت کرنے والے حصے کے طور پر استعمال کیا جاتا، تو کسی کے لیے اسے قبول کرنا ناممکن تھا۔ اب تک، جب سیرامک مرکب مواد کی بات آتی ہے، تو کچھ لوگ یہ سوچ کر واضح نہیں ہوسکتے ہیں کہ سیرامک اور دھاتیں اصل میں دو غیر متعلقہ مواد ہیں۔ تاہم، چونکہ لوگوں نے چالاکی سے سیرامکس اور دھاتوں کو ملایا، اس مواد کے بارے میں لوگوں کے تصور میں ایک بنیادی تبدیلی آئی ہے، جو کہ سیرامک میٹرکس کمپوزٹ ہے۔
سیرامک میٹرکس کمپوزٹ میٹریل ایوی ایشن انڈسٹری کے میدان میں ایک بہت ہی امید افزا نیا ساختی مواد ہے، خاص طور پر ایرو انجن مینوفیکچرنگ کے استعمال میں، یہ تیزی سے اپنی انفرادیت دکھا رہا ہے۔ ہلکے وزن اور زیادہ سختی کے فوائد کے علاوہ، سیرامک میٹرکس کمپوزٹ میں اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت اور اعلی درجہ حرارت کی سنکنرن مزاحمت بھی ہوتی ہے۔ فی الحال، سیرامک میٹرکس کمپوزٹ نے اعلی درجہ حرارت کی مزاحمت کے لحاظ سے دھاتی گرمی سے بچنے والے مواد کو پیچھے چھوڑ دیا ہے، اور اچھی میکانی خصوصیات اور کیمیائی استحکام ہے. یہ اعلی کارکردگی والے ٹربائن انجنوں کے اعلی درجہ حرارت والے علاقوں کے لیے مثالی اور بہترین مواد ہیں۔
تصویر
دنیا بھر کے ممالک جدید انجنوں کی اگلی نسل کی مادی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے سلیکون نائٹرائڈ اور سلکان کاربائیڈ رینفورسڈ سیرامکس پر تحقیق پر توجہ مرکوز کر رہے ہیں۔
مواد، اور خاص طور پر جدید ایرو انجنوں میں بہت ترقی کی ہے۔ مثال کے طور پر، امریکی تصدیقی مشین کا F120 انجن، اس کا ہائی پریشر ٹربائن سیل کرنے والا آلہ، اور کمبشن چیمبر کے کچھ زیادہ درجہ حرارت والے حصے، سبھی سیرامک مواد سے بنے ہیں۔ ایک اور مثال کے طور پر، فرانسیسی M88-2 انجن کا کمبشن چیمبر اور نوزل بھی سیرامک میٹرکس کمپوزٹ استعمال کرتے ہیں۔
5
انٹرمیٹالک مرکبات کا نیا مواد
انٹرمیٹالک مرکبات کیا ہیں؟ دھاتوں اور دھاتوں کے مرکبات یا دھاتوں اور دھاتوں کے مرکبات (جیسے ایچ، بی، این، ایس، پی، سی، سی، وغیرہ)۔ دونوں دھاتوں کے ایٹموں کو ایک خاص تناسب میں ملا کر ایک مرکب مرکب تشکیل دیا جاتا ہے جو اصل دو کرسٹل جالیوں سے مختلف ہوتا ہے۔ انٹرمیٹالک مرکبات نئی قسم کے مواد ہیں جنہوں نے بڑے پیمانے پر توجہ حاصل کی ہے۔
تصویر
درحقیقت، ہائی پرفارمنس، ہائی تھرسٹ ٹو ویٹ ریشو ایرو انجنز کی ترقی نے انٹرمیٹالک مرکبات کی ترقی اور استعمال کو فروغ دیا ہے۔ انٹرمیٹالک مرکبات عام طور پر بائنری، ٹرنری یا کثیر عنصری دھاتی عناصر پر مشتمل مرکبات ہوتے ہیں۔ انٹرمیٹالک مرکبات اعلی درجہ حرارت کی ساختی ایپلی کیشنز میں بڑی صلاحیت رکھتے ہیں۔ اس میں اعلی درجہ حرارت، مخصوص طاقت، تھرمل چالکتا ہے، اور خاص طور پر اعلی درجہ حرارت پر، اس میں اچھی آکسیکرن مزاحمت، سنکنرن مزاحمت اور اعلی کریپ طاقت بھی ہے۔ . اس کے علاوہ، کیونکہ انٹرمیٹالک کمپاؤنڈ سپر الائے اور سیرامک مواد کے درمیان ایک نیا مواد ہے، یہ دونوں مواد کے درمیان خلا کو پُر کرتا ہے، اس لیے یہ ایرو انجنوں کے اعلی درجہ حرارت والے اجزاء کے لیے ایک مثالی مواد بن جاتا ہے۔
عالمی ایرو انجن کی ساخت میں، تحقیق اور ترقی بنیادی طور پر انٹرمیٹالک مرکبات جیسے ٹائٹینیم-ایلومینیم اور نکل-ایلومینیم پر مرکوز ہے۔ یہ ٹائٹینیم ایلومینیم مرکبات بنیادی طور پر ٹائٹینیم کے برابر کثافت رکھتے ہیں، لیکن ان کا درجہ حرارت زیادہ ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، TiAl کا آپریٹنگ درجہ حرارت بالترتیب 816 ڈگری اور 982 ڈگری ہے۔ انٹرمیٹالک کمپاؤنڈ ایٹموں اور ایک پیچیدہ کرسٹل ڈھانچے کے درمیان مضبوط بانڈ رکھتا ہے، جس کی وجہ سے اسے خراب کرنا مشکل ہو جاتا ہے، اور یہ کمرے کے درجہ حرارت پر سخت اور ٹوٹنے والا ہوتا ہے۔ سالوں کی تجرباتی تحقیق کے بعد، اعلی درجہ حرارت کی طاقت، کمرے کے درجہ حرارت کی پلاسٹکٹی اور سختی کے ساتھ ایک نئی قسم کا مرکب کامیابی سے تیار کیا گیا ہے، اور اسے انسٹال اور استعمال کیا گیا ہے، اور اس کا اثر بہت اچھا ہے۔ مثال کے طور پر، ریاستہائے متحدہ میں اعلی کارکردگی کا F119 انجن کیسنگ اور ٹربائن ڈسک میں انٹرمیٹالک مرکبات استعمال کرتا ہے، اور تصدیقی مشین F120 انجن کے کمپریسر بلیڈ اور ڈسک نئے ٹائٹینیم-ایلومینیم انٹرمیٹالک مرکبات استعمال کرتے ہیں۔
6
رال میٹرکس کمپوزٹ
رال میٹرکس کمپوزٹ کیا ہیں؟ یہ ایک نامیاتی پولیمر پر مبنی فائبر سے تقویت یافتہ مواد ہے، جو عام طور پر فائبر ری انفورسمنٹ جیسے گلاس فائبر، کاربن فائبر، بیسالٹ فائبر یا ارامیڈ فائبر کا استعمال کرتا ہے۔ رال پر مبنی جامع مواد ہوا بازی، آٹوموبائل اور سمندری صنعتوں میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔
تصویر
جامع مواد کا رال میٹرکس بنیادی طور پر تھرموسیٹنگ رال ہے۔ 1940 کی دہائی کے اوائل میں، فائبر گلاس سے مضبوط پلاسٹک کو لڑاکا طیاروں اور بمبار طیاروں پر ریڈوم کے طور پر استعمال کیا جاتا تھا۔ 1960 کی دہائی میں، ریاستہائے متحدہ نے بوران فائبر سے تقویت یافتہ ایپوکسی رال کو رڈرز، ہوریزونٹل سٹیبلائزرز، ونگ ٹریلنگ ایجز، رڈر ڈورز وغیرہ جیسے F-4 اور F-111 جیسے فوجی طیاروں پر استعمال کیا۔ میزائل مینوفیکچرنگ کے لحاظ سے، 1950 کی دہائی کے آخر میں، امریکی درمیانے فاصلے تک مار کرنے والے آبدوز میزائل "پولارس A-2" کے دوسرے مرحلے کے ٹھوس راکٹ موٹر کے کیسنگ میں شیشے کے فائبر سے تقویت یافتہ ایپوکسی رال سمیٹنے والے پرزے استعمال کیے گئے، جو بہتر ہیں۔ سٹیل casings کے مقابلے میں. 27 فیصد ہلکا؛ بعد میں، "پولارس A-3" بنانے کے لیے عام شیشے کے فائبر کی بجائے اعلیٰ کارکردگی والے گلاس فائبر کا استعمال کیا گیا، جس نے شیل کا وزن اسٹیل کے خول سے 50 فیصد ہلکا بنا دیا، تاکہ "پولارس اے{{" کی حد 12}}" میزائل کو 2700 ہزار میٹر سے بڑھا کر 4500 کلومیٹر تک تبدیل کر دیا گیا۔ 1970 کی دہائی میں، epoxy رال کو تقویت دینے کے لیے شیشے کے فائبر کی بجائے ارامیڈ فائبر کا استعمال کیا گیا، اور طاقت میں بہت بہتری آئی، جبکہ وزن کم ہوا۔ کاربن فائبر سے تقویت یافتہ ایپوکسی رال مرکب بڑے پیمانے پر ہوائی جہاز، میزائل، سیٹلائٹ اور دیگر ڈھانچے میں استعمال ہوتے ہیں۔
ایوی ایشن ٹربوفین انجنوں میں رال پر مبنی جامع مواد کے استعمال پر تحقیق 1950 کی دہائی میں شروع ہوئی۔ 60 سال سے زیادہ ترقی کے بعد، جی ای، پی ڈبلیو، آر آر، ایم ٹی یو، ایس این ای سی ایم اے اور دیگر کمپنیوں نے رال پر مبنی جامع مواد کی تحقیق اور ترقی میں بہت زیادہ توانائی کی سرمایہ کاری کی ہے، اور اس میں بڑی پیش رفت ہوئی ہے، اور اس کی انجینئرنگ فعال ایوی ایشن ٹربوفین انجنوں پر لاگو کیا گیا ہے، اور اس کے اطلاق کو مزید وسعت دینے کا رجحان ہے۔
رال میٹرکس کمپوزٹ کی خدمت کا درجہ حرارت عام طور پر 350 ڈگری سے زیادہ نہیں ہوتا ہے۔ لہذا، رال میٹرکس مرکبات بنیادی طور پر ایرو انجنوں کے سرد سرے میں استعمال ہوتے ہیں۔
7
دھاتی میٹرکس مرکبات
دھاتی میٹرکس مرکبات کیا ہیں؟ یہ ایک مرکب مواد ہے جسے مصنوعی طور پر دھات اور اس کے مرکب کے ساتھ میٹرکس اور ایک یا کئی دھاتی یا غیر دھاتی کمک کے طور پر ملایا جاتا ہے۔ اس کے زیادہ تر کو تقویت دینے والے مواد غیر نامیاتی غیر دھاتیں ہیں، جیسے سیرامکس، کاربن، گریفائٹ اور بوران وغیرہ، اور دھاتی تاریں بھی استعمال کی جا سکتی ہیں۔ پولیمر میٹرکس کمپوزٹ، سیرامک میٹرکس کمپوزٹ اور کاربن/کاربن کمپوزٹ کے ساتھ مل کر یہ ایک جدید کمپوزٹ سسٹم بناتا ہے۔
تصویر
دھاتی میٹرکس مرکب مواد کی خصوصیات: میکانکس کے لحاظ سے، ان میں اعلی ٹرانسورس اور قینچ کی طاقت، اچھی جامع میکانی خصوصیات جیسے سختی اور تھکاوٹ، اور تھرمل چالکتا، برقی چالکتا، لباس مزاحمت، چھوٹے تھرمل توسیع گتانک، اچھی ڈیمپنگ بھی ہے ، کوئی نمی جذب نہیں، اور کوئی سنکنرن مزاحمت نہیں. عمر بڑھنے اور کوئی آلودگی جیسے فوائد۔ مثال کے طور پر، کاربن فائبر سے تقویت یافتہ ایلومینیم مرکب مواد کی مخصوص طاقت 3~4×107mm ہے، اور مخصوص ماڈیولس 6~8×109mm ہے۔ مثال کے طور پر، گریفائٹ فائبر ریئنفورسڈ میگنیشیم کا مخصوص ماڈیولس 1.5×1010mm تک پہنچ سکتا ہے، اور اس کا تھرمل ایکسپینشن گتانک تقریباً صفر ہے۔
یہ بات قابل ذکر ہے کہ رال پر مبنی مرکب مواد کے مقابلے میں، دھات پر مبنی مرکب مواد میں اچھی سختی ہوتی ہے، نمی جذب نہیں ہوتی، اور نسبتاً زیادہ درجہ حرارت کو برداشت کر سکتے ہیں۔ دھاتی میٹرکس کمپوزٹ کے مضبوط کرنے والے ریشوں میں دھاتی ریشے شامل ہیں، جیسے سٹینلیس سٹیل، ٹنگسٹن، لیڈ، نکل-ایلومینیم انٹرمیٹالک مرکبات وغیرہ۔ سیرامک ریشے، جیسے ایلومینا، سلکان آکسائیڈ، کاربن، بوران، سلکان کاربائیڈ وغیرہ۔
دھاتی میٹرکس مرکبات کے میٹرکس مواد میں ایلومینیم، ایلومینیم مرکب، میگنیشیم، چن اور چن مرکبات، حرارت سے بچنے والے مرکب، ہیرے کے مرکب وغیرہ شامل ہیں۔ ان میں سے، ایلومینیم مرکب، ایلومینیم مرکب اور لوہے کے مرکب پر مبنی مرکب مواد فی الحال اہم انتخاب ہیں۔ . مثال کے طور پر، SiC فائبر سے تقویت یافتہ چِن الائے میٹرکس کمپوزٹ کو کمپریسر بلیڈ بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ کاربن فائبر یا ایلومینا فائبر ریئنفورسڈ میگنیشیم یا میگنیشیم الائے میٹرکس کمپوزٹ کو ٹربوفین بلیڈ بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایک اور مثال یہ ہے کہ نکل-کرومیم-ایلومینیم-ایریڈیم فائبر سے تقویت یافتہ نکل پر مبنی الائے میٹرکس کمپوزٹ کو ٹربائنز اور کمپریسرز کے لیے سگ ماہی عناصر کی تیاری کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
اس کے علاوہ، پنکھے کے کیسنگ، روٹرز، کمپریسر ڈسک اور دیگر حصے بیرون ملک دھاتی میٹرکس کمپوزٹ سے بنے ہیں۔ لیکن اس قسم کے مرکب مواد کے ساتھ ایک سب سے بڑا مسئلہ یہ ہے کہ مضبوط کرنے والے فائبر اور میٹرکس دھات کے درمیان ایک ٹوٹنے والا مرحلہ پیدا کرنے کے لیے رد عمل کرنا آسان ہے، جس سے مواد کی کارکردگی خراب ہو جاتی ہے۔ خاص طور پر جب اسے زیادہ درجہ حرارت پر لمبے عرصے تک استعمال کیا جائے تو انٹرفیس کا ردعمل زیادہ نمایاں ہوتا ہے۔ موجودہ حل یہ ہے کہ فائبر کی سطح پر مناسب کوٹنگز کا اضافہ کیا جائے اور مختلف ریشوں اور مختلف ذیلی جگہوں کے مطابق میٹرکس دھات کو ملایا جائے، تاکہ انٹرفیس کے رد عمل کو سست کیا جا سکے اور جامع مواد کی کارکردگی کی وشوسنییتا کو برقرار رکھا جا سکے۔
تصویر
انجن کے پنکھے کے بلیڈ میں استعمال ہونے والا مواد
انجن فین بلیڈ ٹربوفین انجن کا سب سے نمائندہ اور بہت اہم حصہ ہے، اور ٹربوفین انجن کی کارکردگی کا اس کی نشوونما سے گہرا تعلق ہے۔ ٹائٹینیم الائے فین بلیڈ کے مقابلے میں، رال میٹرکس کمپوزٹ میٹریل فین بلیڈ کا وزن کم کرنے میں بہت واضح فائدہ ہے۔ وزن میں کمی کے واضح فوائد کے علاوہ، رال پر مبنی کمپوزٹ فین بلیڈ اثرات کے بعد پنکھے کے کیس پر کم اثر ڈالتے ہیں، اس لیے پنکھے کے کیس کی روک تھام کو بہتر بنانا فائدہ مند ہے۔
بیرونی ممالک میں تجارتی استعمال کے لیے کمپوزٹ فین بلیڈ کے اہم نمائندے یہ ہیں: B777 کے لیے GE90 سیریز کے انجن، B787 کے لیے GEnx انجن، اور COMAC C919 کے لیے LEAP-X انجن۔ 1995 کے اوائل میں، رال پر مبنی کمپوزٹ میٹریل فین بلیڈ سے لیس GE90-94B انجن کو باضابطہ طور پر کمرشل آپریشن میں ڈال دیا گیا تھا، جس سے جدید اعلی کارکردگی والے ایرو انجنوں میں رال پر مبنی جامع مواد کی انجینئرنگ ایپلی کیشن کے باضابطہ احساس کو نشان زد کیا گیا تھا۔ . ایرو ڈائنامکس، ہائی اور لو سائیکل تھکاوٹ کے چکروں اور دیگر عوامل پر جامع غور و فکر کی بنیاد پر، GE نے بعد میں آنے والے GE90-115B انجن کے لیے ایک نیا کمپوزٹ فین بلیڈ تیار کیا ہے۔
21ویں صدی میں، زیادہ نقصان برداشت کرنے والے جامع مواد کے لیے ایرو انجنوں کی مضبوط مانگ جامع مادی ٹیکنالوجی کی مزید ترقی کو آگے بڑھاتی ہے، اور کاربن فائبر کی سختی کو مسلسل بہتر بنا کر زیادہ نقصان برداشت کرنے والے مواد کی ضروریات کو پورا کرنا مشکل ہے۔ /epoxy رال prepregs. نتیجے کے طور پر، 3D بنے ہوئے ڈھانچے کے جامع پنکھے کے بلیڈ ظاہر ہونے لگے۔
انجن کے پنکھے کے کیس میں استعمال ہونے والا مواد
انجن کے پنکھے کا کیسنگ ایرو انجن کا سب سے بڑا سٹیشنری حصہ ہے، اور اس کے وزن میں کمی براہ راست ایرو انجن کے زور سے وزن کے تناسب اور کارکردگی کو متاثر کرے گی۔ لہذا، غیر ملکی جدید ایرو انجن OEMs ہمیشہ وزن میں کمی اور پنکھے کے کیسنگ کی ساختی اصلاح کے لیے پرعزم رہے ہیں۔
تصویر
انجن کے پنکھے کاؤلز کے لیے استعمال ہونے والا مواد
چونکہ یہ ایک غیر اہم بوجھ برداشت کرنے والا جزو ہے، اس لیے پنکھا کاؤل ایرو انجن پر مرکب مواد سے بنے پہلے حصوں میں سے ایک ہے۔ مرکب مواد سے بنا پنکھا کاول ہلکا وزن، آسان اینٹی آئسنگ ڈھانچہ، بہتر سنکنرن مزاحمت اور بہتر تھکاوٹ کے خلاف مزاحمت فراہم کر سکتا ہے۔ جیسا کہ مشہور RR کمپنی کا RB211 انجن، PW کمپنی کا PW1000G، اور PW4000 پنکھے کی ٹوپیاں تیار کرنے کے لیے رال پر مبنی جامع مواد استعمال کرتے ہیں۔
ایرو-انجن مین فریموں کے مقابلے میں، رال پر مبنی جامع مواد کی ایرو-انجن نیسلیس میں بہت وسیع درخواست کی جگہ ہوتی ہے۔ عالمی مینوفیکچررز نے بڑے پیمانے پر رال پر مبنی مرکب مواد کو نیسیل انلیٹس، فیئرنگز، تھرسٹ ریورسرز، اور شور کم کرنے والی لائننگز میں استعمال کیا ہے۔ مواد دوسرے حصوں کے لحاظ سے، رال پر مبنی جامع مواد ایرو انجن کے پنکھے کی رنر پلیٹوں، بیئرنگ سیلنگ کور، اور کور پلیٹوں میں بھی مختلف ڈگریوں پر لاگو ہوتے ہیں۔
