Российские ученые разработали устойчивую к ультравысоким температурам керамику, которая будет перспективным материалом для создания покрытий деталей авиакосмической техники. Добавление карбида тантала-гафния позволило повысить стойкость компонентов защитного поверхностного слоя к окислению в сверхзвуковом потоке воздуха, сообщает пресс-служба Минобрнауки.

Результаты работы опубликованы в Journal of the European Ceramic Society.

Исследование ученых из Института общей и неорганической химии РАН, Института проблем механики РАН, Института металлургии и материаловедения РАН и Российского химико-технологического университета позволило улучшить механические свойства ультравысокотемпературной керамики и уменьшить летучесть компонентов ее защитного поверхностного слоя.

Разработка материалов, которые выдерживают длительный нагрев до 2000–2500 °C и устойчивы к воздействию атомарного кислорода, актуальна для создании высокоскоростной и маневренной авиакосмической техники, способной развивать скорости выше скорости звука.

Керамические материалы на основе диборида гафния и карбида кремния перспективны для создания ультравысокотемпературной керамики, однако их механические свойства и термостойкость недостаточны для применения в авиастроительстве. Из-за испарения защитного слоя материал резко нагревается от ~1750–1850 °C до 2000–2700 °C, при этом резко ускоряется деградация керамики, увеличивается толщина рыхлого приповерхностного слоя, который может уноситься высокоскоростными потоками воздуха или отслаиваться. Этот эффект приводит к изменению формы детали, что влечет за собой снижение управляемости летательных аппаратов, а иногда даже разрушение.

«Благодаря введению тугоплавкого карбида с высокой температурой плавления (примерно 4000 °С) мы «растянули» время испарения поверхностного защитного слоя, когда материал еще не подвергается катастрофическим изменениям», — рассказывает одна из исследователей, научный сотрудник ИОНХ РАН Елизавета Симоненко.

Введение более стойкого к окислению вещества привело к существенному повышению стабильности материала. Создание подобных материалов востребовано не только для усовершенствования деталей высокоскоростных летательных аппаратов, но и для топливных элементов альтернативной энергетики, химической и атомной промышленности, двигателестроения и в других инновационных отраслей техники.