Новый тугоплавкий композит для аэрокосмических применений получили ученые НИТУ «МИСиС». По словам создателей, им удалось одновременно повысить температуру плавления, теплопроводность и окислительную стойкость, а также снизить плотность материала и энергозатраты при производстве. Результаты опубликованы в журнале Ceramics International.
В ракетно-космической технике при прохождении сквозь атмосферу Земли некоторые узлы должны выдерживать интенсивные нагрузки при температурах выше 2000 °С. Для этих деталей, по словам ученых, применяют теплозащитные покрытия из композитных материалов.
Однако в таких условиях необходимо, чтобы материалы также могли противостоять интенсивному окислению. Поэтому наиболее распространенные углерод-углеродные композиты не используют при температуре больше 1600 °С, выше которой окисление становится неконтролируемым — активное поступление кислорода и образование газообразных продуктов реакции приводит к полному выгоранию покрытия.
Группа ученых лаборатории «Конструкционные керамические материалы» Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в составе Вероники Суворовой, Андрея Непапушева и Дмитрия Московских разработала новый композиционный материал на основе карбонитрида гафния, устойчивый как к высокой температуре, так и к окислению.
«Предложенный нами композит обладает не только высокой окислительной стойкостью при температурах выше 2000 °С, но и высокими механическими и теплофизическими свойствами. Добавка карбида кремния повысила окислительную стойкость и снизила плотность почти вдвое без падения механических свойств», — рассказал руководитель лаборатории Дмитрий Московских.
По его словам, материал может применяться при изготовлении ответственных узлов ракетно-космической и другой перспективной техники. Сегменты конструкций, выполненные из нового композита, обеспечат эффективную теплозащиту в точках полного торможения потока, испытывающих наибольшую тепловую нагрузку, объяснили создатели.
Карбонитрид гафния, как сообщили ученые, синтезировался за счет горения смеси гафния с углеродом в атмосфере азота, а для получения объемного материала применялось искровое плазменное спекание. По словам ученых, это простой, быстрый и энергоэффективный подход, пригодный для промышленного производства.
Исследование проведено в рамках гранта РНФ №19-79-10280. На следующем этапе ученые намерены отработать технологию изготовления из нового композита элементов различных конструкций, эксплуатируемых в высокоскоростных газовых потоках.
Обсуждение