Результаты термоиспытаний многослойных жаропрочных керамических композитов

В 2016 году специалистами ИФПМ СО РАН разработана лабораторная технология получения слоистых высокотемпературных керамических композитов на основе ZrB2-SiC-ZrО2, с покрытием HfC, в качестве верхнего слоя. Слои расположены в порядке уменьшения теплопроводности: нижний слой диоксид циркония, верхний – диборид циркония с добавлением карбида кремния).

Сечение многослойного высокотемпературнго керамического композита

Сечение многослойного высокотемпературного керамического композита

 

К настоящему времени проведены тепловые испытания полученных композитов.

Испытания образцов производились на плазмотроне с воздухом в качестве плазмообразующего газа при давлении 100 мбар. Температура в испытаниях варьировалась от 2100 до 2900°С. При параметрах экспериментов (давление 100 мбар и мощность около 200 кВт) кислород потока воздуха в плазмотроне полностью диссоциирован и образуется химически активный атомарный кислород, который создает поверхностные пленки окислов. В результате вес всех образцов увеличился.

 

Тепловые испытания на плазмотроне многослойного высокотемпературного керамического композита

 

Длительность воздействия температуры и прирост массы:

Образец №1. Температура 2150°С, длительность воздействия температуры составила 25 секунд. Прирост массы составил 0.0113г.

Образец №2. Температура 2200-2300°С, длительность воздействия температуры 25 и 10 секунд. Прирост массы составил 0.0326г.

 

Образец 2 до испытаний До:
Образец 2 после испытаний После:

 

Образец №4. Температура 2150°С, длительность воздействия температуры 125 секунд. Прирост массы составил 0.0253г.

 

Образец 4 до испытаний До:
Образец 4 после испытаний После:

 

Образец №5. Температура 2800-2900°С, длительность воздействия температуры 80 и 20 секунд. Прирост массы после отжига составил - 0.2016 г.

 

Задачами разработки явилось создание комплекса базовых технологических решений для получения нового поколения теплоизоляционных керамических композиционных материалов и термостойких покрытий, работоспособных в агрессивных средах при температурах не менее 3000°К, отличающихся повышенной многоцикловой термостойкостью, высокими удельными термомеханическими характеристиками.

Современное прогнозирование повышения эксплуатационных характеристик керамических композиционных материалов становится возможным посредством создания пористой градиентной структуры. В качестве основных компонентов таких композитов следует рассматривать соединения на основе Циркония. Гетерофазные керамики на основе ZrC и ZrB2 характеризуются высокой термомеханической стойкостью. Оксид циркония ZrO2 обладает аномально низкой теплопроводностью среди тугоплавких материалов.

В качестве базового соединения термостойкого покрытия использован карбид гафния HfC, температура плавления которого превышает 4100оС. Конструкции из разработанных градиентных керамических композиционных материалов ZrB2ZrCZrO2 с тугоплавким покрытием на основе HfC перспективны при создании гиперзвуковых летательных аппаратов в части прямоточного воздушно-реактивного двигателя и жаровой трубы, поскольку в силу низкой теплопроводности керамического теплоизоляционного материала исключается необходимость охлаждения двигателя, и повышаются температура горения газов и КПД, что, в свою очередь, позволяет увеличить развиваемую скорость летательного аппарата до гиперзвуковой.

 

Тепловая защита авиадвигателя   Тепловая защита авиадвигателя   Тепловая защита авиадвигателя

Вариант тепловой защиты для авиадвигателя

 

ООО «Куранты» занимается производством изделий из керамических композитов на основе соединений Циркония и Гафния в интересах российских потребителей.

Приглашаем к сотрудничеству заинтересованные организации для изготовления пробного изделия – прототипа теплозащиты авиадвигателя, прямоточного воздушно-реактивного двигателя, жаровой трубы или любых других изделий, связанных с воздействием высоких температур.

Ждём Вашу заявку с эскизами, чертежами, 3D-моделями и описанием задачи.

Сохранить страницу в PDFОтправить запрос

Напишите нам сообщение

Отправить

Дополнительная информация


Инжекционное литьё изделий: Обзор
Инжекционное литьё изделий: Керамические композиты
Инжекционное литьё изделий: Статьи