Российские ученые синтезировали уникальную металлокерамику для авиадвигателей
Ученые Института металлургии и материаловедения имени Байкова (ИМЕТ РАН) и Института химии Федерального исследовательского центра «Коми научный центр УрО РАН» синтезировали сверхтвердый керамический материал на основе MAX фазы карбида титана и кремния Ti₃SiC₂. Керамика легирована цирконием, что существенно повышает ее механические характеристики при экстремальных температурах. Синтез с достигнутыми характеристиками по жаропрочности выполнен впервые в мире.
Ученые изучили твердые растворы (Ti₁₋ₓZrₓ)₃SiC₂ с содержанием Zr x = 0,10 и 0,15. Процесс проходил в форме карбосиликотермического восстановления в вакууме и дальнейшего горячего прессования образованной массы.
Механические испытания показали, что в результате легирования цирконием твердость керамики возросла от 3,9 ГПа в случае чистого титан-кремний-карбида до 6,8 ГПа в присутствии 15% Zr. Сопротивление усилию на изгиб при комнатной температуре выросло с 314 до 487 МПа соответственно. Разработчики отмечают прямую зависимость смещения границы перехода от хрупкой деструкции к пластичной при сильном нагревании от содержания циркония в материале. При температуре 1600°C образец с 15% содержаниея Zr сохранил изгибную прочность в 311 МПа — 64% прочности при комнатной температуре.
По степени термомеханической стабильности новые образцы превосходят традиционные MAX фазы титан-кремний-карбида по всему спектру характеристик при t >1200 °C.
Новые материалы могут быть использованы в качестве огнеупорной облицовки рабочих камер, лопаток, сопел и других элементов газотурбинных двигателей, требующих обязательного сочетания жаропрочности и долговечности.
Эксперименты впервые продемонстрировали способность легирования цирконием MAX фаз карбида титана и кремния значительно повысить стойкость материала в экстремальных температурных условиях. Работа открывает перспективы для создания металлокерамических покрытий нового поколения, востребованных в тепловой и атомной энергетике, аэрокосмической и оборонной промышленности и других отраслях, связанных с долговременной работой механизмов при критических температурах.
Недавно мы сообщили о том, что российские ученые научились делать неуязвимые сплавы.
