Уральские ученые создали сверхпрочную керамику для авиакосмической отрасли

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) вместе с коллегами из Института химии твердого тела УрО РАН разработали шесть «настраиваемых» составов сверхпрочной керамики, способной выдерживать температурные перепады и радиационное воздействие. Материал может применяться, в частности, для создания теплозащитных покрытий в авиакосмической отрасли.

«Мы работаем с высокоэнтропийными материалами — новым классом сложных оксидов, которые состоят из пяти или более компонентов. При этом такие материалы не являются композитами, а представляют единый твердый раствор пяти и более составляющих, которые образуют общую кристаллическую решетку. За счет вариации этих компонентов мы можем влиять на свойства керамики», — рассказал один из авторов работы, инженер кафедры редких металлов и наноматериалов УрФУ Роман Бастриков.



Вариация компонентов позволила ученым управлять тепло- и электрофизическими свойствами новых материалов, улучшив их характеристики. Опыты показали, что новая керамика выдерживает нагрев до 2100 оС и по своим параметрам превосходит используемый сегодня в промышленности эталон — стабилизированный диоксид циркония.

«Все образцы обладают высокой радиационной стойкостью, а некоторые сплавы и вовсе не «почувствовали» облучение. Тогда как, например, у стабилизированного оксида циркония при этих же дозах облучения происходит изменение структуры», — объяснил Роман Бастриков.

Коэффициент теплопроводности новой керамики ниже, чем у диоксида циркония, поэтому материал меньше подвержен разрушению. По коэффициенту термического расширения керамика хорошо сочетается с характеристиками металла, поэтому легче переносит изменения температуры и меньше деформируется с металлической основой. В совокупности эти свойства делают материал более надежным, износостойким и долговечным, отмечают исследователи.

По оценкам ученых, новую керамику можно использовать в качестве теплозащитных покрытий нового поколения для авиакосмической отрасли, электролитов для твердооксидных топливных элементов, подложек и изоляторов для бортовой электроники, а также конструкционных компонентов в гиперзвуковых приложениях (к примеру, для космопланов и гиперзвуковых лайнеров). Из полученных материалов можно выбрать по сумме разных свойств наиболее подходящие под конкретные цели и задачи и улучшать их, добавляют ученые. Над этим они планируют работать с индустриальными партнерами.

В исследовании также принимали участие ученые Института электрофизики УрО РАН.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации