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"놀랍다: 중국, 최초의 니오븀 합금 공개 - 극초음속 비행의 핵심!" 중국이 극초음속 비행을 위해 설계된 최초의 산업용 등급 니오븀-실리콘 합금을 개발하여 재료 과학의 획기적인 혁신을 선보였다. 이 혁신적인 소재는 3,000°F(1,700°C)가 넘는 극한의 온도에서도 견딜 수 있으며 취성 및 느린 생산 속도와 같은 수십 년 동안의 난제를 해결했다. 중국 과학자들은 톈궁 우주정거장에서 최첨단 실험을 통해 급속 냉각 방법을 개발하고 하프늄으로 합금의 강도를 강화하여 대량 생산의 길을 열었다. 이 합금은 극초음속 미사일, 첨단 우주선 및 항공 우주 공학에 혁신을 가져올 것이며, 글로벌 기술 및 방위 분야에서 중국의 입지를 강화할 것이다. 우주 기반 연구가 어떻게 이를 가능하게 했는지, 그리고 이것이 비행과 혁신의 미래에 왜 중요한지 알아보시라.

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https://www.scmp.com/news/china/science/article/3293302/gift-heaven-china-makes-first-industrial-grade-niobium-alloy-hypersonic-flight

중국, 극초음속 비행을 위한 최초의 산업용 니오븀 합금 제조

우주에서 수행된 실험은 중국 과학자들이 불가능한 일을 해내는 데 도움이 되었으며 항공 우주 기술에 혁명을 일으킬 수 있다

베이징에서 스티븐 첸

게시: 2025년 1월 7일
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톈궁 우주 정거장에서 3년 넘게 우주비행사들은 평범해 보이는 실험을 수행해 왔다.

진공 챔버에 매달린 합금 입자를 레이저로 쏘고 주의 깊게 관찰한 다음 입자가 냉각되면서 발생하는 미묘한 변화를 기록하는 것이다.

이 실험은 너무 오랫동안 진행되어 장비와 샘플이 세 번이나 교체되었다. 하지만 그만한 가치가 있었다. 마침내 결실을 맺었으니까.

지구에 돌아온 과학자들은 우주비행사들의 연구 데이터를 활용하여 산업 응용 분야의 엄격한 요구 사항을 충족하는 니오븀-실리콘 합금을 처음으로 생산할 수 있게 되었다.

이 획기적인 발견은 잠재적으로 항공 우주 기술에 혁명을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 니오븀-실리콘 합금으로 만든 터보팬 엔진 블레이드는 섭씨 1,700도(화씨 3,092도)가 넘는 온도에서도 견딜 수 있다.

오늘날 일반적으로 사용되는 니켈이나 티타늄 합금보다 가볍고 고온에서 압축 강도가 3배나 높기 때문에 이러한 소재로 만든 엔진은 기존 기술로는 불가능한 속도와 작동 효율을 달성할 수 있다.

그러나 니오븀-실리콘 합금은 고강도 결정의 성장이 매우 느려 섭씨 1,600도 가까이에서 100시간이 소요되며, 결과물은 상온에서 매우 부서지기 쉬워 엔진 제조 공장의 요구 사항을 충족하지 못한다는 두 가지 주요 단점이 있어 대량 생산이 불가능했다.

하지만 중국과학원 학자이자 시베이공업대학교 물리과학기술학부 교수인 웨이 빙보의 연구팀에 의해 이 문제가 해결되었다.

연구팀은 새로운 급속 냉각 방법을 사용하여 고품질 니오븀-실리콘 결정의 생산 속도를 초당 9cm에 가깝게 달성했다. 또한 미량의 하프늄을 첨가하여 합금의 상온 강도를 3배 이상 높여 엔진 조립 라인의 요구 사항을 충족했다.

“니오븀-실리콘 기반 합금의 산업적 응용을 위해서는 파단 인성을 개선하는 것이 중요하다.” 웨이와 그의 동료들은 12월 27일 중국 물리학회가 운영하는 학술지 Acta Physica Sinica에 게재한 동료 심사 논문에서 이렇게 말했다.

고대 도시 시안에 위치한 시베이공업대학교는 음속의 5배 이상으로 장거리를 이동할 수 있는 극초음속 항공기 등 첨단 기술을 연구 개발해왔기 때문에 미국으로부터 심각한 제재를 받아왔다.

미국의 제재로 인해 중국 정부와 군부의 대학에 대한 지원이 증가했다. 그 결과 2021년부터 웨이 교수팀은 아직 건설 중인 중국 우주 정거장에서 실험을 할 수 있게 되었다.

중국 과학자들은 미세중력 환경 덕분에 합금의 급속 응고 과정에서 생성되는 독특한 수축 기공 구조와 이전의 지상 실험과는 완전히 다른 결정 성장 패턴 등 전례 없는 현상을 관찰했다.

이 근본적인 과학적 발견을 통해 웨이 교수팀은 니오븀-실리콘 합금의 물리적 특성을 더 깊이 이해하게 되었고, 보다 실용적이고 효율적인 제조 방법을 개발할 수 있게 되었다.

연구에 참여하지 않은 베이징의 한 재료 과학자는 “이것은 하늘이 내린 선물이다.”라고 말했다.

“우주에서 이렇게 어려운 실험을 수행하면서 이렇게 많은 자원을 확보하고 오랫동안 지속할 수 있는 팀은 상상하기 어렵다. 향후 니오븀-실리콘 합금을 대량 생산할 수 있다면 중국은 군사 및 첨단 제조 분야에서 큰 이점을 얻을 수 있을 것이다."

주제의 민감성 때문에 익명을 원한 과학자는 “이것은 한 국가가 자체 우주 정거장을 갖는 것이 얼마나 중요한지 보여주는 증거이다.”라고 덧붙였다.

톈궁보다 훨씬 큰 국제우주정거장은 군사 관련 연구를 금지하고 있으며 회원국 간에 연구 결과를 공유해야 한다. 1990년대 중국의 ISS 가입 신청은 미국에 의해 거부당했다.

니오븀은 희귀 금속으로, 중국은 현재 니오븀의 최대 소비국으로 주로 고성능 강철을 제조하는 데 사용하고 있다.

그러나 중국의 니오븀 매장량은 전 세계 총 매장량의 1% 미만에 불과하다. 브라질은 전 세계 니오븀의 거의 90퍼센트를 생산한다. 남미 국가인 브라질은 중국을 포함한 주요 신흥 경제국 연합인 브릭스(Brics)의 회원국이며, 중국의 주요 광석 공급국 중 하나이다.