Сверхпрочная керамика для авиации

Испытание нового керамического материала

Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Российской академии наук разработали новый высокопрочный керамический материал. Ему не страшно длительное воздействие сверхзвукового потока воздуха при температуре выше 2600°C («Russian Journal of Inorganic Chemistry», 2018, 63, т.11, стр. 1484–1493; doi: 10.1134/S0036023618110177). Такие характеристики позволят сделать из нового материала носовые обтекатели и крылья новейших самолетов.

Столь прочную керамику получили из диборида гафния (HfB₂), смешанного с нанокристаллическим карбидом кремния (nc-SiC). Для получения нового материала использовали технологию золь-гель и методику спекания в плазме искрового разряда. Прочность керамического композитного материала проверили, воздействуя на него сверхзвуковым потоком воздуха. После 40 минут воздействия образец материала не разрушился и его масса уменьшилась на 0,04%. При этом керамический материал имел толщину всего 10–20 микрометров. Что очень важно — в материале не образовались участки, содержащие SiC, это также подтверждает, что материал надежен и устойчив.

Условия, в которых проводили испытания, имитировали те, в которых работают носовые обтекатели и крылья самолетов, — при движении со сверхзвуковой скоростью из-за трения о воздух температура этих элементов конструкции может подниматься до 2600°C.

Исследователи Дальневосточного федерального университета работают над созданием новых ультрапрочных керамических материалов с 2013 года, эта работа развивается в сотрудничестве с институтами Российской академии наук. Так, исходные материалы для композитного керамического материала получили в московском Институте общей и неорганической химии им.Н.С. Курнакова РАН. В Химическом институте Дальневосточного отделения РАН разработали инновационный метод получения — спекание в плазме искрового разряда. В лабораториях ДВФУ образцы керамического композита тщательно исследовали, в частности проверили их механические характеристики и устойчивость.

В Дальневосточном федеральном университете уже несколько лет работает Междисциплинарный центр коллективного пользования в области нанотехнологий и новых функциональных материалов, объединяющий усилия физиков, химиков, биологов и материаловедов. Разработка нового керамического композита — не единственный успех этого центра. Ранее исследователи из ДВФУ сообщили о разработке уникального жаропрочного композитного материала, полученного из карбида и нитрида гафния. Его температура плавления выше 4200K.

Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 2/2019) на с. 8.