세라믹 엔진은 엔진의 고온부품을 세라믹으로 만든 엔진으로 열효율의 향상을 목적으로 하고 있다. 그러나 1981년 시점에서 세라믹 엔진은 실험실적 검토단계로 실용단계에는 이르지 못한 상태이다. 현재 세라믹화가 검토되고 있는 엔진은 가스터빈과 디젤엔진이다. 가스터빈의 경우에는 터빈 동익(動翼), 정익(靜翼), 연소기, 열교환기 등의 세라믹화가 시도되고 있다. 디젠엔진의 경우에는 피스톤 캡, 실린더헤드 하면, 실리던 라이너 탑, 배기포트 내관, 배기 매니홀드 내관, 터보 과급기 등의 세라믹화가 추진되고 있다. 1. 세라믹 가스터빈 가스터빈의 열효율을 향상하려면 터빈 입구 온도를 높이는 일이 기본적으로 필요하다. 그러나 이 터빈 입구 온도는 고온가스에 접하는 부품의 내열성에 의해 제한을 받는다. 예를 들면 터빈 날개 심지에는 Inconel 등 니켈기의 내열합금이 이용되는데, 이러한 고가의 재료를 사용해도 1000℃ 이상으로의 승온은 곤란하다. 복잡한 공기냉각을 해도 1300℃ 이상은 무리이다. 그러나 가스터빈의 열효율을 가장 경합적인 대상 엔진인 디젤엔진의 그것에 다가가게 하려면 터빈 입구 온도를 1300℃ 이상까지 높이는 것이 불가결하다. 그래서 등장한 것인 세라믹이다. 미국에서는 AMMRC(Army Material and Mechanic Research Center), DOE, NASA 등 정부기관의 주도 아래, 포드, GM(Detroit Diesel Allison 부문), 클라이슬러, 에어리서치, 코닝, 카보랜덤 등이 세라믹 가스터빈의 연구를 진행하고 있다. 독일에서는 정부의 계획 하에서 다임러벤츠, VW, MTU 등이 연구하고 있다. 일본에서는 도요타 자동차, 교토 세라믹, 도시바 등이 하고 있다. 2. 세라믹 디젤엔진 디젤엔진 분야에서는 연소실 주변의 부품을 세라믹화하여 냉각수 손실을 제로로 만들어 냉각수 계통을 폐지, 결과적으로 상승하는 배기의 엔타르피를 이용해서 터보 과급기, 또는 보토밍 엔진을 구동하여 엔진 전체의 열효율을 향상한다는 시도가 이루어지고 있다. 세라믹 디젤엔진을 가장 열심히 연구하는 것은 미국의 카민즈사이다. 카민즈에서는 이것은 단열엔진이라고 부른다. 가스터빈, 디젤엔진 이외에는 스테어링 엔진에 대한 적용이 검토되고 있다. 이 경우에는 공기예열기, 버너, 히터헤드 등이 세라믹화의 대상이 된다. 3. 세라믹 엔진의 재료 세라믹 엔진에 이용되는 재료는 고온고강도 구조재료인 질화규소 Si3N4, 및 SiC, Sialon 등이다. 미국의 가스터빈 개발계획 AGTIOO으로 채용되어 있는 재료를 다음에 나타내었다. 4. 엔진재료로서의 요구성능 1978년에 발족한 문라이트 계획에서는 고효율 가스터빈 개발을 위한 목표값으로서 다음의 값을 들고 있다. 초고온 내열 세라믹스 ① 굴곡 강도 : 3점 굴곡의 경우, 상온에서 100㎏f/㎟ 이상, 1500℃에서 60㎏f/㎟ 이상일 것. ② 고온부식성 : 1500℃, 1000시간의 공기 속 폭로 후, 상온 굴곡강도(3점 굴곡)이 50㎏f/㎟ 이상일 것. ③ 클리프 파단 강도 : 1500℃, 1000시간의 클리프 파단강도가 25㎏f/㎟ 이상일 것. 세라믹의 최대 문제는 역시 무르다는 것이며 그 비균질성이다. 세라믹 엔진을 실용화하려면 재료의 대표강도를 높임과 동시에 강도의 비균질성을 적게 하고, 또 그 비균질성의 크기를 설계단계에서 확실하게 파악할 필요가 있다. 취성(脆性) 및 취성의 비균질성은 원료분말제조, 성형(소결, 반응소결 등), 기계가공의 공정관리 여하에 따라서도 크게 달라진다. 설계면에서도 가장자리 따낸 부분 등을 없애고 R을 크게 하여 표면을 부드럽게 마무리하는 등 응력의 집중을 극력 피하는 연구가 중요하다. 세라믹 부품에서는 내부의 미소결함이 파괴원인이 될 수 있으므로 품질관리를 위해 비파괴 검사법의 확립도 필요하다. (편집부)