Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Российской академии наук (РАН) создали новый высокопрочный керамический материал. Эксперименты показали, что он способен выдержать продолжительное воздействие сверхзвукового потока воздуха при температуре выше 2600°C. С такими характеристиками разработка может найти применение в авиационной промышленности — использоваться в носовых обтекателях и крыльях новейших самолетов.

Исследование принесло авторам победу в конкурсе на лучшую научную статью 2018 года в «Журнале неорганической химии».

Новый материал синтезирован из смеси диборида гафния (HfB₂) и нанокристаллического карбида кремния (SiC) с применением золь-гель технологии и искрового плазменного «спекания». Прочность керамического композита была испытана под воздействием сверхзвукового потока воздуха на высокочастотном индукционном плазмотроне.

«Установлено, что в результате 40-минутного воздействия сверхзвукового потока воздуха на образец не произошло его разрушения, а потеря массы составила 0.04%. Толщина окисленного слоя в этих условиях составила 10–20 микрометров, формирования области пониженного содержания SiC не происходило. Эксперимент подтвердил высокие прочностные характеристики композита», — сообщают авторы разработки.

Как объяснил участник исследования, научный сотрудник лаборатории ядерных технологий Школы естественных наук ДВФУ, старший научный сотрудник Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Евгений Папынов, высокотехнологичная керамика перспективна для применения в промышленности. Данный материал может использоваться для конструкционной основы носовых обтекателей и острых кромок крыльев самолетов, которые испытывают значительные перепады температур при сверхскоростном разогреве (до 2600°C).

Ученые ДВФУ занимаются созданием и испытанием новых сверхпрочных керамических материалов с 2013 года совместно с институтами РАН Москвы и Дальнего Востока. Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова (ИОНХ РАН) создает исходное сырье для керамики. Институт химии ДВО РАН разрабатывает технологию соединения компонентов, апробируя инновационный способ получения керамики — искровое плазменное «спекание». В лабораториях ДВФУ детально исследуют физико-химические свойства и проводят комплексное определение механических характеристик образцов.

В разработке также принимали участие научные сотрудники ИОНХ РАН Елизавета Симоненко и Николай Симоненко, руководитель центра коллективного пользования «Лаборатория механических испытаний и структурного анализа материалов» Инженерной школы ДВФУ Екатерина Гридасова и аспирант лаборатории сорбционных процессов ИХ ДВО РАН Олег Шичалин.

В ДВФУ действует приоритетный научный проект «Материалы», в котором работает группа талантливых физиков, химиков, биологов и материаловедов. За несколько лет ученые значительно продвинулись в создании материалов, которые выдерживают экстремально высокие температуры, сохраняя при этом прочность. Недавно в ДВФУ был создан уникальный тугоплавкий материал из смеси порошков карбида и нитрида гафния с рекордными температурами плавления свыше 4200К.

Пресс-служба ДВФУ