Цирконий изменил свойства керамики для высоких температур. Такие материалы могут использоваться в газотурбинных двигателях, обеспечивая деталям жаропрочность и долговечность.

Фото Константина Стратиенко

Ученые из Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН и Коми научного центра УрО РАН создали уникальную керамику с использованием MAX фазы Ti₃SiC₂, легированной цирконием. Эта разработка обеспечивает значительное улучшение механических свойств при высоких температурах, сообщает издание «Жуковский.Life» со ссылкой на пресс-службу РАН.

Впервые были получены твердые растворы (Ti₁₋ₓZrₓ)₃SiC₂ с содержанием циркония 0,10 и 0,15. Их создание стало возможным благодаря методам вакуумного карбосиликотермического восстановления и горячего прессования.

Тесты показали, что добавление циркония увеличивает твердость керамики с 3,9 ГПа до 6,8 ГПа, а изгибная прочность возрастает с 314 до 487 МПа. Важное достижение — смещение температуры перехода от хрупкого к пластичному разрушению до 1600°C. Образец с содержанием циркония 0,15 сохраняет прочность 311 МПа даже при такой температуре. Эти образцы превосходят традиционные Ti₃SiC₂ по характеристикам при температурах свыше 1200°C, демонстрируя превосходную термомеханическую стабильность.

Новые материалы могут использоваться в газотурбинных двигателях, например, в качестве огнеупорных облицовок и лопаток, обеспечивая сочетание жаропрочности и долговечности, говорится в публикации.

Исследование показало, что легирование цирконием значительно расширяет температурные пределы и сохраняет механические свойства в экстремальных условиях. Это открывает возможности для создания передовых керамических материалов для разных отраслей промышленности.

Мембрана для топливных элементов увеличивает мощность в сухом воздухе. Авторы предложили гибрид на базе полимера Aquivion, добавив в него наночастицы кремнезёма и цезиевую соль фосфорновольфрамовой кислоты — соединения, содержащего фосфор и вольфрам.