Главная страница /

 

Развитие новых подходов к созданию высокоскоростной и маневренной авиакосмической техники, способной развивать скорости существенно выше скорости звука, связано с разработкой новых материалов, способных выдерживать длительный нагрев до 2000-2500°C. Это значит, что материалы должны сохранять форму при воздействии высоких температур и быть устойчивыми к агрессивному воздействию атомарного кислорода.

 

Керамические материалы на основе диборида гафния и карбида кремния считаются перспективными для создания ультравысокотемпературной керамики, однако их механические свойства и термостойкость недостаточны для применения в реальных изделиях авиакосмической техники. Во время их окисления на воздухе из-за испарения защитного слоя происходит так называемый «скачок температуры», при котором материал резко нагревается от ~1750-1850°C до 2000-2700°C. При этом деградация керамики резко ускоряется, увеличивается толщина рыхлого приповерхностного слоя, который может уноситься высокоскоростными потоками воздуха или отслаиваться. Этот эффект очень вреден и приводит к постепенному изменению формы детали, снижающему управляемость летательных аппаратов, или даже катастрофическому разрушению.

 

Совместная работа научных сотрудников Института общей и неорганической химии РАН, Института проблем механики РАН, Института металлургии и материаловедения РАН и Российского химико-технологического университета позволила улучшить механические свойства ультравысокотемпературной керамики и повысить ее стойкость к окислению в потоках воздуха. Новый метод основан на добавлении карбида тантала-гафния, что позволило уменьшить летучесть компонентов защитного поверхностного слоя. Результаты работы опубликованы в октябрьском номере Journal of the European Ceramic Society.  

 

«Благодаря ведению тугоплавкого карбида с высокой температурой плавления (~4000°С) мы «растянули» время испарения поверхностного защитного слоя, когда материал еще не подвергается катастрофическим изменениям», - комментирует работу первый автор статьи, доктор химических наук, главный научный сотрудник Лаборатории химии легких элементов и кластеров ИОНХ РАН Симоненко Елизавета.

 

Как ни парадоксально, введение менее стойкого к окислению вещества привело к существенному повышению стабильности материала в целом.

 

Создание подобных стойких к окислению материалов востребовано не только для усовершенствования деталей высокоскоростных летательных аппаратов подверженных воздействию высоких температур, но и для топливных элементов альтернативной энергетики, химической и атомной промышленности, двигателестроении и в других инновационных отраслях техники.

Работа поддержана грантом РФФИ (№ 20-03-00502) и Министерством науки и высшего образования РФ.

 

Источник: Simonenko E.P., Simonenko N.P., Gordeev A.N., Kolesnikov A.F., Chaplygin A.V., Lysenkov A.S., Nagornov I.A., Sevastyanov V.G., Kuznetsov N.T., Oxidation of HfB₂-SiC-Ta₄HfC₅ ceramic material by a supersonic flow of dissociated air. Journal of the European Ceramic Society, 2020. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.10.001

 

 

Фотографии образца в ходе воздействия сверхзвуковой струей диссоциированного воздуха: с оптической фильтрацией излучения (а) и без (b)

Пресс-релиз опубликован на сайтах Минобрнауки России (https://www.minobrnauki.gov.ru/press-center/news/?ELEMENT_ID=26161), информационного агентства AK&M (https://www.akm.ru/press/sozdan_stoykiy_k_okisleniyu_material_dlya_aviakosmicheskoy_tekhniki/)