Тред №394675

ЦитатаВ настоящее время потенциальный предел повышения рабочих температур двигателей из жаропрочных металлических сплавов практически исчерпан. Уровень прочностных свойств ряда керамических материалов, в первую очередь карбида и нитрида кремния, сохраняется при температурах, на 200-400 °С более высоких по сравнению с суперсплавами. В Японии в 1978 г. была принята программа «Лунный свет», по которой, температура на выходе в турбину двигателя должна составить 1500 °С. Требуемый уровень свойств керамических материалов: предел прочности при изгибе (трёхточечный метод измерения) при комнатной температуре – более 980 МПа, при 1500 °С – более 590 МПа, при комнатной температуре после окисления на воздухе при 1500 °С в течение 1000 ч – более 490 МПа. Были разработаны технологические варианты получения изделий сложной формы и повышенной плотности. Первый вариант – спекание без добавления порошка нитрида кремния с активирующими добавками Y2O3 и Al2O3 – даёт возможность получить детали с относительной плотностью 0,96 от теоретической и прочностью более 600 МПа. По другому варианту изделия подвергаются горячему прессованию, при этом пористость практически исчезает и достигается прочность 700 МПа [4].

ЦитатаНа сегодняшний день одной из главных задач отдела нанотехнологий Центра Келдыша, касаемой разработки транспортного энергетического модуля (ТЭМ) [14], является создание новых материалов для изготовления турбины, трубопровода и других ответсвенных деталей и конструкций ТЭМ (рис. 5). Кроме того, не решённой проблемой является разработка материалов камер сгорания для перспективных ракетных двигателей. Для производства турбины из нового нанокомпозита планируется применять метод объёмного шликерного литья, а для газовода – метод шликерного литья плёнок, с последующим гидро-(газо)статическим, спарк, электримпульсным спеканием.

ЦитатаНеобходимо сказать об аналогичных исследованиях за рубежом. В частности в США уже более 10 лет ведутся разработки наноматериалов на основе керамики для производства новых турбин, газоводов, камер сгорания и пр., методами, указанными выше, в 2000 году разработана дорожная карта «керамического» проекта [15]. NASA (ряд научных центров), Air Force Research Laboratory, Rice University и ряд других организаций успешно получают опытные образцы нанокомпозитов на основе C, SiC, BN, Si3N4, Al2O3, ZrO2, HfC и др. Отмечено существенное увеличение стойкости материалов и изделий к воздействию высоких температур (более 1500 К) и агрессивных окислительных и восстановительных сред [16]. В NATO R&T также ведутся разработки наномкомпозитов для микротурбин [17].

Кроме того, аналогичные разработки, но в меньшем масштабе, ведутся научными и производственными организациями в Японии, Индии, Китае, Франции, Испании и др.

ЦитатаВ США USAF (ВВС), AFRL (лаборатория ВВС) и НАСА [34-37] ведут разработки композитов для авиации и космонавтики. В частности, для новых жидкостных керамических ракетных двигателей и высокотемпературных трубопроводов (рис. 21,22).

ЦитатаА также твердотопливные ракетные двигатели из высокотемпературной керамики

ЦитатаВ Обнинске (корпорация «Технология») были изготовлены турбины на основе Si3N4-BN с высокими механическими свойствами,

ЦитатаСледует отметить, что в ряде стран, а главным образом в США и Японии разработаны дорожные карты развития наноматериалов для РКТ (рис. 27) [35]. К 2020 году космическими агентствами этих стран совместно с университетами и другими организациями планируется создание «умных» высокотемпературных композитов, обладающих способностями самодиагностики, самозалечивания и трансформации.

Исходя из общих тенденций развития новых технологий и нанотехнологий в ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» в отделе нанотехнологий также планируется создание «умных» композитов, в структуре которых будет использоваться пьезокерамика, сплавы с эффектом памяти формы и наноустройства на основе углеродных нанотрубок.