Фото: Антон ХАРИН. Перейти в Фотобанк КП
Исследователи из Томского политехнического университета (ТПУ) разработали новые керамические покрытия, которые могут работать при сверхвысоких температурах и в агрессивных средах. Учёным удалось повысить стойкость карбидных материалов к окислению при температуре 1100 °C. Об этом сообщает пресс-служба политеха.
Такие покрытия можно будет использовать для элементов авиационной и аэрокосмической техники. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International (Q1, IF: 5.1).
Новые подходы к созданию покрытий
Учёные Томского политеха работают над созданием многослойных покрытий, которые значительно увеличат температурный диапазон их работы. Они синтезировали покрытия на основе оксидов гафния, циркония, церия, иттрия и теперь исследуют свойства высокоэнтропийных материалов на основе карбидов.
Керамика на основе карбида гафния и карбида циркония — это уникальный класс материалов, которые сочетают экстремальные термомеханические свойства с химической стабильностью. Однако их склонность к окислению при температурах выше 500 °C ограничивает их широкое применение.
Концепция энтропийной стабилизации
Более перспективной является концепция энтропийной стабилизации многокомпонентных карбидов. Такие сплавы показывают синергетический «эффект коктейля», объединяя преимущества отдельных компонентов.
Термодинамическая стабилизация высокоэнтропийных фаз подавляет образование дефектов при высоких температурах, улучшая функциональные характеристики, включая теплопроводность и стойкость к абляции. Кроме того, энтропийная стабилизация повышает окислительную устойчивость карбидов и обеспечивает структурную целостность материала в широком диапазоне температур.
Результаты исследования
Учёные синтезировали высокоэнтропийный сплав, сочетающий тугоплавкую основную матрицу из карбидов гафния и циркония с окислительными добавками алюминия, хрома и тантала. Такое сочетание преодолевает структурную несовместимость карбидов, эффективно подавляя фазовую сегрегацию.
Полученные образцы испытывались на окисление при температуре до 1100 °C. Исследователи выяснили, что высокоэнтропийные покрытия на основе карбидов гафния и циркония с добавками алюминия, хрома и тантала проявляют повышенную стойкость к окислению по сравнению с материалами на основе нелегированных карбидов гафния и циркония (до 20 раз) и сплавами, отдельно легированными алюминием и хромом (до 7 раз).
Сейчас учёные занимаются тестированием двойных оксид-карбидных высокоэнтропийных систем, изучают их термические и механические характеристики, а также взаимодействие в условиях экстремальных температур.
Читайте также на сайте: Томские учёные создали новые сенсоры кислорода для автомобильных двигателей