|
|
 |
|
|
 |
Ученые Пермского Политеха предлагают перспективный теплозащитный материал для газотурбинного двигателя
Для сохранения металла лопаток газотурбинных двигателей от высоких температур применяют теплозащитные покрытия, которые состоят из нескольких слоев. Эффективным способом получения слоистого материала является искровое плазменное спекание, когда слои из порошка уплотняются благодаря импульсному току и нагрузке. Формирование теплозащитных покрытий таким методом в России практически не изучено. В настоящее время в качестве верхнего керамического слоя покрытия широко применяют диоксид циркония, который используется также в ядерной энергетике, пиротехнике и медицине. Однако рабочая температура его применения ограничена (не выше 1200℃). Ученые Пермского Политеха предлагают перспективный теплозащитный керамический материал на основе соединения циркония и редкоземельных элементов. Исследование позволит перейти на отечественное производство теплозащитных покрытий для деталей газотурбинных двигателей.
Статья с результатами опубликована в журнале «Новые огнеупоры». Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России и при финансовой поддержке РФФИ, грант № 19-48-590007.
Редкоземельные элементы (РЗЭ) достаточно распространены в мире, однако крайне редко находятся в концентрированном виде. Чаще всего их обнаруживают в составе минералов вперемешку с другими элементами, откуда их очень сложно отделить. Редкоземы – важные компоненты многих современных электронных устройств, даже их небольшое количество в сплавах и других соединениях улучшает их свойства. В металлургии добавки редкоземельных элементов продлевают жизнь металлическим конструкциям, их применяют в автомобильной, военной и ракетно-космической промышленности.
Применение соединения РЗЭ с диоксидом циркония перспективно в качестве теплозащитного покрытия для лопаток газотурбинного двигателя. Такое соединение отличается высокой температурой плавления, низкой теплопроводностью, высокой стабильностью и хорошим сопротивлением к спеканию при рабочих температурах до 1400 ℃.
Для исследования ученые синтезировали порошок цирконатов редкоземельных элементов из концентрата разных оксидов (Zr-РЗЭ). Для сравнения также синтезировали порошок La2Zr2O7, содержащий один элемент-стабилизатор, и порошок ZrO2-8Y2O3, который используется в настоящее время для изготовления теплозащитных конструкций.
Методом искрового плазменного спекания политехники уплотнили порошковые соединения для получения слоистого материала. Для этого нагрели импульсным постоянным током при скорости 80 °С/мин и поставили нагрузку сверху в два этапа - 15 МПа и 30 МПа. У полученных образцов керамики определили удельную поверхность, плотность, пористость и фазовый состав. От данных физических свойств зависит качество полученного материала, его долговечность и сопротивляемость высоким температурам.
– После искрового плазменного спекания при температуре 1050 ℃ пористость керамики составила 50%, то есть уплотнения почти не произошло. После повышения температуры до 1400 °С была получена плотная керамика, пористость которой составила около 1 %. Однако теплозащитное покрытие должно иметь пористость 15-20% для снижении теплопроводности. Поэтому была выбрана температура 1220 °С, которая оказалась оптимальной для получения керамики с требуемой пористостью 14 %, – объясняет доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» Пермского Политеха, доктор технических наук Максим Каченюк.
Ученые выяснили, что образец на основе цирконатов РЗЭ имеет относительно низкий коэффициент теплового расширения по сравнению с металлической основой, это приводит к высоким тепловым напряжениям. Решить такую проблему можно, изготовив покрытие из нескольких слоев. Для этого политехники получили керамическое покрытие из двух слоев (ZrO2-8Y2O3 и цирконат).
Определение теплопроводности образцов, состоящих как из одного слоя, так и из двух, показало, что самое низкое значение теплопроводности при 400 °С имеет керамика на основе цирконатов РЗЭ (1,79 Вт/(м•К)). Теплопроводность образцов La2Zr2O7 и ZrO2-8Y2O3 несколько выше и составляет 2,06 и 2,4 Вт/(м•К) соответственно. Двухслойная керамика также показала низкую теплопроводность.
Таким образом, ученые ПНИПУ доказали, что применение редкоземельных элементов является перспективным способом получения керамического слоя теплозащитного покрытия, способного выдерживать до 1400 ℃. Исследование будет полезно для защиты деталей горячего тракта газотурбинной установки от воздействия высоких температур.
Контактное лицо: Ксения Старкова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 23:02, 27.10.2023
Количество просмотров: 167
Страна: Россия
| Разработка ученых Пермского Политеха позволит легче управлять двигателями насосов, станков, генераторов, ПНИПУ, 14:39, 28.03.2025, Россия |
509 |
| Синхронные двигатели незаменимы в промышленности. Их традиционное управление требует датчиков, уязвимых к вибрациям, помехам и высоким температурам, что приводит к неточным показаниям или поломкам. Ученые ПНИПУ предложили метод бездатчикового управления, который обеспечивает широкий диапазон скоростей, а статистические ошибки не превышают 1%. |
 |
| Взгляд из космоса: ученые Пермского Политеха рассказали, как работают спутники, ПНИПУ, 19:54, 27.03.2025, Россия |
125 |
| Эксперты Пермского Политеха рассказали о том, сколько их на орбите, в чем их преимущество перед наземными системами, как космические аппараты расширяют наши знания о Вселенной и дарят нам бесперебойный доступ в интернет, как человечество собирается справляться с растущей угрозой космического мусора и создается ли в России аналог «Starlink». |
|
| Ученые Пермского Политеха выяснили, как морозы влияют на свойства дорожных материалов, ПНИПУ, 19:42, 27.03.2025, Россия |
106 |
| Геосинтетики более 30 лет применяют в дорожном строительстве для повышения прочности и снижения затрат. Однако на морозе их свойства могут ухудшаться. Ученые Пермского Политеха выяснили, что после циклов заморозки и оттаивания многие геосинтетические материалы не теряют, а усиливают прочность (111,8–174,4% от исходной), повышая морозостойкость. |
 |
| Ученые Пермского Политеха выяснили, как уменьшить токсичные выбросы авиационных двигателей, ПНИПУ, 17:00, 19.03.2025, Россия |
131 |
| Газотурбинные двигатели работают от сжигания топлива, которое нужно хорошо смешать с воздухом. В этом помогает подогрев, особенно важный для смесей с меньшим количеством топлива. Но в процессе выделяются токсичные газы. Ученые ПНИПУ выяснили, что, если подогревать топливо перед камерой сгорания двигателя, то выбросы угарного газа снизятся на 24%. |
 |
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
