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 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 №4. Температура 2150°С, длительность воздействия температуры 125 секунд. Прирост массы составил 0.0253г.
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 ZrB2 – ZrC – ZrO2 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.
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