Ученые ТПУ разработали новый подход к созданию композитов для аэрокосмической отрасли
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с зарубежными коллегами разработали новую технологию получения керамических композитов — перспективных высокотемпературных материалов для аэрокосмической и транспортной промышленности. Впервые для их изготовления использовали сложную по составу прекерамическую бумагу, одновременно с карбидным и оксидным порошковым наполнителем. Было установлено, что меняя состав наполнителя, можно создавать материал с заданными параметрами прочности, пористости и других физико-механических свойств.
Прекерамическая бумага, содержащая добавки карбидов и оксидов, рассматривается как перспективный материал для производства сложных по составу и форме элементов различных конструкций, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях. Одним из преимуществ прекерамических бумаг является возможность послойного контроля структуры и состава композитов. Однако оптимизация состава и структуры таких материалов для обеспечения требуемых свойств остается сложной задачей.
В своей работе авторы методом искрового плазменного спекания впервые получили композиционные материалы из прекерамических бумаг на основе карбоалюминида титана и оксида алюминия.
«Мы отработали методики изготовления прекерамических бумаг со сложным составом наполнителя и использовали их для получения композитов, в которых свойства отдельных компонентов взаимно дополняют друг друга. Так, карбидная фаза придает материалу высокую прочность и трещиностойкость, а оксидная фаза обеспечивает повышенную твердость, износостойкость, а также химическую и термическую стабильность», — рассказал руководитель проекта, заведующий лабораторией перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем ТПУ Егор Кашкаров.
Ученые отмечают, что полученный при температуре 1150 °C плотный композитный материал с содержанием 30 % оксида алюминия показал высокие прочность (360 МПа) и твердость (13,5 ГПа). По своим физико-механическим свойствам он превосходит известные композиты, полученные из прекерамической бумаги на основе оксида алюминия. Увеличение же содержания оксида алюминия неминуемо приводит к снижению плотности и прочностных характеристик.
«Таким образом, регулируя состав прекерамической бумаги, мы можем получить материал с разными характеристиками под конкретные задачи», — пояснил Егор Кашкаров.
В планах ученых получить функционально-градиентные композиты на основе карбидов и оксидов металлов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети».