Pada awalnya, Anda mungkin merasa sulit membayangkan barang rapuh seperti keramik menjadi komponen material di luar angkasa rekayasa, apalagi yang krusial.
Beberapa material memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang dibutuhkan untuk mendukung perjalanan luar angkasa sambil mempertahankan integritas strukturalnya pada suhu 3.000°F/1649°C. Namun, material keramik canggih memiliki kualitas yang tepat untuk memungkinkan pesawat antariksa menahan panas akibat gesekan selama penurunan melalui atmosfer Bumi.
Jadi, meskipun tembikar/porselen mungkin bukan bahan perkakas dapur favorit Anda, namun bahan rekayasa genetikanya sangat berharga di dalam itu kedirgantaraan sektor.
Mari kita telaah apa yang membuat keramik penting dalam industri kedirgantaraan dan bagaimana ia merevolusi rekayasa pesawat kedirgantaraan.
Keramik di Bidang Dirgantara: Apa Maksudnya?
Gesekan akibat penurunan kecepatan tinggi menyebabkan wahana antariksa terbakar saat memasuki atmosfer Bumi. Namun, sebagian besar logam akan berubah menjadi genangan cair di bawah panas yang begitu tinggi. Sayangnya, beberapa yang dapat menahan suhu seperti itu berat dan tidak efisien dalam pengelolaan bahan bakar.
Di sisi lain, keramik canggih merupakan terobosan dalam perjalanan antariksa yang memiliki semua sifat yang tepat. Titik leleh keramik yang tinggi berarti keramik dapat menahan suhu yang dapat mengubah sebagian besar logam menjadi lembek. Ditambah lagi, strukturnya yang ringan dan daya tahannya sangat cocok untuk desain pesawat terbang.
Sumber: Hapus percikan
Meskipun bukan pilihan yang paling populer, keramik suhu tinggi memiliki potensi lebih besar daripada yang diperkirakan. Selain kemampuannya untuk menyerap dan menghilangkan panas, keramik ini juga mempertahankan integritas struktural di bawah tekanan, sehingga lebih unggul dalam penerapannya dibandingkan sebagian besar logam komposit.
Namun, apa saja potensi keramik dalam perjalanan luar angkasa? Bagaimana keramik dapat mengalahkan semua material lainnya?
Teruslah membaca untuk melihat beberapa aplikasi material keramik dalam teknologi kedirgantaraan.
Aplikasi Utama Keramik dalam Teknologi Dirgantara
Kita dapat melihat berbagai penggunaan keramik canggih dalam industri kedirgantaraan berkat kemampuannya yang unik. Misalnya, kini semakin banyak produsen pesawat terbang yang menggunakan lapisan keramik pada model-model baru mereka. Namun, selain itu, berikut adalah beberapa kasus penggunaan populer lainnya untuk material keramik.
Sistem Perlindungan Termal
Sekali lagi, material keramik suhu tinggi dapat dengan mudah menahan suhu tinggi, getaran, dan guncangan mekanis. Selain itu, material ini ringan, memiliki rasio kekuatan dan berat yang tepat untuk menciptakan komponen fungsional bagi pesawat terbang.
Sifat-sifat gabungan ini menjadikan bahan ini sangat cocok untuk melindungi wahana antariksa dari suhu panas saat memasuki kembali atmosfer Bumi.
Keramik tersebut membentuk pelindung panas, menyerap dan menghilangkan panas yang jika tidak dapat menyebabkan kerusakan signifikan pada komponen penting dalam pesawat.
Itulah alasan utama NASA menutupi pesawat ulang aliknya badan dengan ubin serat silika yang terbuat dari pasir kuarsa yang sangat murni. Ini membentuk lapisan pelindung yang melindungi rangka dan struktur aluminium wahana, sehingga mampu menahan suhu hingga 2.300°F.
Komponen Mesin
Sifat ringan dari bahan keramik canggih menjadikannya pilihan sempurna bagi para insinyur pesawat luar angkasa yang merancang mesin ringan dan hemat bahan bakar.
Kebanyakan paduan konvensional yang cocok untuk pembuatan mesin berat dan membuat kerajinan tersebut mengonsumsi lebih banyak bahan bakar. Namun, keramik teknis memberikan alternatif yang sangat baik dalam hal ini.
Sumber: Hapus percikan
Selain itu, ketahanan suhu yang lebih baik dari komposit matriks keramik (CMC) memungkinkan mesin beroperasi pada suhu yang lebih tinggi. Hal ini membuat material ini cocok untuk turbin dan komponen mesin lainnya yang sering terpapar panas tinggi. Ditambah lagi, daya tahannya memungkinkannya untuk lebih tahan terhadap efek korosif dari gas buang.
Selain itu, efisiensi energi pesawat antariksa yang banyak menggunakan komponen keramik merupakan nilai tambah bagi tujuan keberlanjutan. Bila berfungsi optimal, mesin mengonsumsi lebih sedikit bahan bakar dan menghasilkan lebih sedikit emisi, sehingga mengurangi polusi lingkungan.
Aplikasi Lainnya
Selain sistem mesin dan pelindung termal, para insinyur juga menggabungkan teknologi canggih keramik dalam aspek lain dari kedirgantaraan desain kerajinan. Ini termasuk sensor, sistem navigasi, dan komponen satelit. Material keramik sangat cocok untuk kasus penggunaan insulasi karena kemampuan konduksinya yang rendah dan daya tahannya yang tinggi terhadap radiasi.
Selain itu, keramik piezoelektrik seperti Lead zirconate titanate menunjukkan fungsionalitas yang luar biasa dalam desain sensor. Jenis keramik canggih ini mengubah tekanan mekanis menjadi sinyal listrik sehingga berguna dalam aplikasi seperti sensor gaya dan aktuator.
Selain deteksi sensorik, keramik piezoelektrik juga berguna sebagai peredam getaran karena kemampuannya mengubah energi mekanik dalam getaran menjadi energi listrik.
Sumber: Hapus percikan
Sifat piezoelektrik keramik ini dihasilkan dari struktur kristalnya yang memiliki efek dipol “Built-in” dari ketidaksejajaran muatan positif dan negatif dalam sel satuan. Berkat sifat ini, material ini sangat baik untuk mendeteksi tekanan dan getaran.
Sebaliknya, keramik tradisional juga berguna dalam desain sensor yang mengutamakan ketahanan. Ditambah lagi, sifatnya yang inert secara kimia membuat keramik ini berguna untuk mendeteksi gas dan korosi yang dapat berbahaya di mana saja, bahkan dalam perjalanan luar angkasa.
Meskipun poin-poin ini menunjukkan kemampuan komponen keramik dalam rekayasa kedirgantaraan, ini baru permulaan. Kemajuan teknologi selanjutnya dapat menghasilkan keramik yang lebih ringan dan lebih tahan panas dengan kinerja dan keamanan yang lebih baik.
Apa yang Selanjutnya untuk Keramik di Bidang Dirgantara?
Masa depan terlihat menjanjikan untuk keramik Aplikasi di dalam itu kedirgantaraan industri dan desain pesawat terbang. Material ini semakin populer karena fungsionalitas dan keserbagunaannya.
Ditambah lagi, inovasi baru seperti komposit matriks keramik memperluas jangkauan fungsionalitas material. Para peneliti juga membuat kemajuan besar dalam meningkatkan sifat material, seperti meningkatkan kekuatan dan kemampuan adaptasinya untuk pencetakan 3D.
Selain itu, dengan peningkatan berkelanjutan dalam pengembangan keramik tingkat lanjut, para insinyur dapat berhasil merancangnya dari bahan yang lebih mudah didapat. Ini akan membuatnya relatif lebih murah untuk diperoleh daripada komposit logam. Intinya, komposit keramik dapat menjadi alternatif yang lebih terjangkau bagi perusahaan kedirgantaraan.
Pemikiran Akhir
Selama ini, keramik diam-diam telah berkontribusi pada beberapa prestasi besar dalam rekayasa kedirgantaraan. Titik leleh material keramik yang tinggi menjadikannya komponen perlindungan termal yang luar biasa. Ditambah lagi, strukturnya yang ringan dan sifatnya yang tahan panas sangat cocok untuk komponen mesin kedirgantaraan.
Namun, di luar kasus penggunaan saat ini, aplikasi material keramik sangat luas dan terus berkembang, sehingga meningkatkan perannya dalam industri kedirgantaraan. Ke depannya, material luar biasa ini akan mendapatkan penghargaan yang layak karena semakin banyak orang menyadari keserbagunaannya.