Para insinyur di James Cook University (JCU) di Australia telah mengembangkan bahan keramik yang tidak hanya tahan terhadap suhu ekstrem tetapi juga dapat melentur – suatu sifat yang jarang dicapai dalam aplikasi kedirgantaraan. Bekerja sama dengan kontraktor pertahanan AS Lockheed Martinbahan tersebut sekarang akan menjalani pengujian yang ketat untuk mengevaluasi kinerjanya dalam kondisi hipersonik.
Keramik banyak digunakan di lingkungan bersuhu tinggi, seperti komponen mesin atau sistem perlindungan termal, karena ketahanannya terhadap panas. Namun, sifatnya yang rapuh membuat keramik rentan terhadap keretakan akibat tekanan mekanis. Tim peneliti yang dipimpin oleh Dr. Elsa Antunes telah mengembangkan sebuah alternatif: keramik fleksibel yang dicetak 3D dengan kekuatan lentur sekitar 1,7 GPa yang dapat bertahan lebih dari 10.000 siklus beban tanpa kegagalan. Sebagai perbandingan, keramik konvensional biasanya gagal hanya dengan sebagian kecil dari beban tersebut.
“Ini adalah keramik yang dapat membawa Anda di atas kecepatan Mach 5, yang masuk ke wilayah hipersonik,” kata Dr Elsa Antunes. “Kami mampu menggabungkan teknologi dengan secara bersamaan menghasilkan bentuk yang kompleks dengan keramik yang dapat ditekuk dan memiliki masa pakai yang lebih lama serta mampu menahan suhu yang sangat tinggi yang diperlukan untuk ruang angkasa.
“Hal ini membuka bidang aplikasi yang sama sekali baru di bidang kedirgantaraan, menciptakan peluang baru di industri ini.
Bahkan jika kami menerapkan 80 persen dari beban maksimum tersebut, yang kami temukan adalah bahwa setelah 10.000 siklus, komponen tersebut tidak rusak,” kata Dr Antunes. “Bahan keramik biasa yang tersedia di pasaran hanya dapat menerima 20 persen dari beban tersebut sebelum rusak.”
Berkat manufaktur aditif, keramik dapat dicetak dalam geometri yang kompleks dengan ketebalan dinding yang bervariasi. Fleksibilitas struktural ini memungkinkan kontrol yang tepat atas perilaku termal – sangat penting untuk komponen yang terpapar beban mekanis dan termal yang tinggi. Selain itu, produksi hanya membutuhkan waktu tujuh hari, dibandingkan dengan waktu fabrikasi yang jauh lebih lama untuk komposit matriks keramik tradisional.
“Selain itu, kami dapat memproduksi keramik dengan struktur dan bentuk yang kompleks yang tidak mungkin dilakukan dengan manufaktur matriks keramik tradisional,” katanya.
“Dengan manufaktur aditif, Anda dapat membuat bagian yang memiliki ketebalan berbeda di area yang berbeda. Anda dapat membuat struktur berpori dan rumit yang mampu meningkatkan manajemen termal tergantung pada aplikasinya.
Ketika kita berbicara tentang kedirgantaraan, misalnya pesawat ulang-alik, kita berbicara tentang sesuatu yang terpapar pada suhu yang sangat tinggi seperti 2000 atau 3000 derajat.”
Sebagai bagian dari proyek ini, JCU akan memproduksi komponen keramik untuk manajemen termal di pesawat terbang. Lockheed Martin, yang dikenal dengan sistem kedirgantaraan canggihnya, akan menguji komponen-komponen tersebut dalam kondisi pengujian di dunia nyata. Kolaborasi ini didukung oleh Aliansi Sains Pertahanan Queensland melalui program Hibah Penelitian Kolaboratif.
Dr. Antunes melihat kemitraan ini tidak hanya sebagai tonggak sejarah teknologi, tetapi juga sebagai peluang untuk memposisikan Queensland Utara sebagai pusat manufaktur tingkat lanjut. “Manufaktur tingkat lanjut merupakan prioritas pemerintah, dan mahasiswa kami sangat termotivasi untuk mengerjakan proyek-proyek seperti ini,” pungkasnya.
