Материалы будущего: томские ученые разработали технологию усиления термостойкости керамики для авиации

Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) разработали новые высокоэнтропийные керамические покрытия, способные выдерживать экстремальные температуры до 1100 °C без разрушения. Такие материалы могут стать ключевыми компонентами в авиационной и аэрокосмической технике будущего. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, а результаты опубликованы в журнале CeramicsInternational.

Керамика на основе карбидов гафния и циркония известна своими выдающимися термомеханическими свойствами и химической стойкостью. Однако она уязвима к катастрофическому окислению при температурах выше 500 °C, что приводит к разрушению защитного слоя. Ученые ТПУ предложили решение этой проблемы — создание тонкопленочных высокоэнтропийных покрытий, в составе которых используется сразу несколько химических элементов. Такой подход обеспечивает «эффект коктейля» — синергетическое сочетание свойств всех компонентов.

В ходе экспериментов ученые синтезировали новый сплав, объединив матрицу из карбидов гафния и циркония с добавками алюминия, хрома и тантала. Эти покрытия наносились методом магнетронного напыления и демонстрировали значительно более высокую стойкость к окислению: до 20 раз выше по сравнению с нелегированными карбидами и до 7 раз — по сравнению с покрытиями, легированными лишь одним элементом.

Существующие исследования сосредоточены, в основном, на легировании карбида циркония и карбида гафния танталом, ниобием, титаном, тогда как потенциал легирования алюминием и хромом остается малоизученным. В данном исследовании мы синтезировали высокоэнтропийный сплав, сочетающий тугоплавкую основную матрицу из карбидов гафния и циркония с окислительными добавками алюминия, хрома и тантала. Подобное сочетание преодолевает структурную несовместимость карбидов, эффективно подавляя фазовую сегрегацию.

• Сергей Зенкин, ведущий научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ

Сейчас команда работает над двойными оксид-карбидными системами и продолжает тестирование новых составов. Такие покрытия, по словам ученых, могут стать эффективным промежуточным слоем между термобарьерной защитой и металлическими сплавами в авиационных и космических двигателях.

Источник: Минобрнауки РФ
Фото: ТПУ