год 2010-й - более 30.000.000 обращений

Прогресс цивилизации так или иначе связан с материалами. Создание новых материалов, их совершенствование и применение находятся в зависимости от уровня развития общества, так как потребности в новых машинах и агрегатах не могут быть удовлетворены без создания новых материалов. Жаропрочные сплавы, металлокомпозиты, конструкционная керамика, углеродные композиционные материалы – это лишь небольшой перечень материалов, создание которых в ХХ в. стимулировалось развитием ракетной и аэрокосмической техники, работающей в экстремальных условиях.

В докладе представлены материалы нового поколения, появление которых закономерно с точки зрения развития исторических периодов создания материалов.

Интерметаллиды – новый класс материалов (химические соединения металлов), которые по своей структуре занимают промежуточное положение между металлами и керамикой. Они имеют сложную кристаллическую структуру с наличием в межатомных связях до 30% ковалентной составляющей, что и определяет их уникальные физико-механические свойства (высокая жаропрочность, низкая плотность, низкая возгораемость в кислороде, высокая износостойкость).

Керамические композиты (керамокомпозиты) – материалы, появление которых обусловлено недостаточностью уровня свойств высокотемпературной керамики (низкая стойкость к термоударам и термоцикличности). Поэтому разработка композиционных материалов с керамической матрицей, армированной волокнами, позволит создать принципиально новые конструкции.

"Интеллектуальные" материалы – материалы, которые обладают способностью самостоятельно адаптироваться к изменению внешней среды, т.е., реагируя на внешнее воздействие, изменять свои свойства (размеры, плотность, вязкость, электропроводность и т.д.). Сегодня "интеллектуальные" материалы представляются логическим продолжением всего периода развития материаловедения.

Достижения ОАО “НПО "Композит"” в области разработки интерметаллидов, керамокомпозитов и "интеллектуальных" материалов найдут широкое применение, в изделиях как аэрокосмической промышленности, так и других отраслей народного хозяйства.

Современное развитие аэрокосмической техники требует создания материалов, способных эффективно работать в условиях длительного циклического воздействия высокотемпературных агрессивных сред. Эти материалы должны быть жаро- и эрозионностойкими, обладать высокой жаропрочностью и низкой плотностью, стойкостью к факторам космического пространства. Традиционные методы разработки новых материалов сегодня уже исчерпали свои возможности. Например, повышение жаропрочности металлических материалов путем увеличения содержания легирующих элементов, технологий термохимического упрочнения достигло своих предельных возможностей. То же самое можно сказать о керамике. Повысить стойкость к термоударам и термоцикличности, которые возникают при эксплуатации ответственных узлов аэрокосмической техники, традиционными способами сегодня не удается.

Большой резерв повышения эксплуатационных характеристик конструкций лежит в использовании интерметаллидных соединений (интерметаллиды) и армированных композитов с керамической матрицей (керамокомпозиты).

Для разработки жаропрочных материалов на основе интерметаллидных соединений значительный интерес представляют системы титан-алюминий и никель-алюминий.

Жаропрочные интерметаллидные сплавы на основе титана и никеля называют материалами следующего поколения благодаря благоприятному сочетанию комплекса физико-механических свойств. Они обладают высокими жаропрочностью и жаростойкостью, модулем упругости, высокой невозгораемостью в атмосфере воздуха, низкой плотностью.

Несмотря на то что по своей структуре эти материалы хорошо известны, сплавы на основе интерметаллидных соединений (Ti₃Al, TiAl, NiAl) не находили практического применения из-за своей хрупкости при нормальной температуре. Проблема создания сплава из этих материалов, включая выбор композиции и выплавку, менее сложна по сравнению с проблемой технологии производства из него полуфабриката и последующего его передела в узлы и детали конструкции. Поэтому только благодаря прогрессу в области технологических процессов производства, наблюдаемому в последние годы, становится возможным в ближайшем будущем практическое использование этих материалов в конструкциях. К ним относятся технология производства порошковых материалов с использованием высокоскоростной кристаллизации, диффузионная и лазерная сварка, деформация в изотермических условиях.

Проведенные работы показали возможность применения интерметаллидных сплавов на основе соединений Ti₃Al, TiAl и NiAl во вновь создаваемых образцах новой техники, в том числе ракетно-космической, авиационной, автомобильной и др.

Главной причиной, побудившей исследователей-материаловедов активно заняться изучением керамокомпозитов и разработкой технологий их изготовления, послужила недостаточность уровня свойств углерод-углеродных керамокомпозитов (УУКМ) (низкая стойкость в окислительных средах и недостаточная стойкость в эрозионных потоках при высоких температурах) – и высотемпературной керамики (низкая стойкость к термоударам и термоцикличности). Поэтому первыми из керамоматричных композиционных материалов, на которых сегодня отрабатываются различные технологии изготовления, являются углерод-керамические композиты, а точнее, углерод-карбидные, как композиты наиболее близкие к УУКМ, технологии изготовления которых сегодня наиболее изучены. Данные композиционные материалы получают в наследство все достоинства как УУКМ, так и высокотемпературной керамики и избавляются от присущих им недостатков.

Сегодня из УУКМ изготавливают вкладыши критического сечения, сопловые блоки и наконечники РДТТ, авиационные тормозные диски, высокотемпературные подшипники и нагреватели, фильтры для агрессивных сред, теплообменные трубы и т.д.

Дальнейшее совершенствование конструкций высокотемпературных узлов машин, работающих в экстремальных условиях (при высоких температурах в агрессивных и эрозионных потоках), где до настоящего времени применяли УУКМ, в определенной степени сдерживается отсутствием новых термоэрозионно- и окислительностойких композиционных материалов. Повышение уровня свойств может быть достигнуто путем повышения температуры плавления, теплопроводности, твердости, химической инертности. Здесь достаточно перспективными композитами считаются материалы на основе тугоплавких карбидов переходных металлов и кремния.

Интересную область применения нашел разработанный нами композит С-ZrO₂. Сегодня в ОАО “НПО "Композит"” из данного материала изготавливаются микрофильтрационные мембраны. Данные мембраны, имея комбинированную (углерод-диоксид циркония) матрицу и селективный слой из диоксида циркония используются в пищевой промышленности. Для создания оксидной матрицы разработана технология на базе золь-гелевого метода.

Керамокомпозиты, как и интерметаллиды, – ключевые материалы для будущих высоких технологий изготовления принципиально новых конструкций в аэрокосмической, топливно-энергетической и других отраслях промышленности, работающих в условиях, когда неработоспособны изделия из металлов, керамики и углерод-углеродного композита.