Версия для печати

Российские ученые исследовали новые материалы для эффективных термобарьерных покрытий газотурбинных установок

Научные сотрудники Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН впервые провели систематические исследования высокотемпературных оксидных материалов на основе соединений редкоземельных элементов, гафния и тантала. Исследователями предложены перспективные химически стойкие материалы для термобарьерных покрытий, которые могут значительно повысить эффективность и увеличить жизненный цикл газотурбинных установок, а также использоваться для создания новых твердотопливных оксидных элементов. Результаты работы опубликованы в журнале Ceramics International.

Современные газотурбинные установки являются сложными и дорогостоящими устройствами, поэтому во всем мире идет работа по их совершенствованию, повышению надежности и увеличению ресурса, а также по снижению экологической нагрузки за счет уменьшения расхода топлива на единицу выработанной энергии. Эффективность таких установок зависит от температуры рабочих газов - чем выше температура, тем меньше нужно топлива для создания той же мощности. Немаловажное значение имеет и защита конструкционных элементов от разрушающего воздействия загрязнений, содержащихся в воздухе. В связи с этим возникает потребность в инновационных подходах к совершенствованию и разработке нового поколения химической и температурной защиты деталей, испытывающих максимальную нагрузку, например, турбинных лопаток.

Ученые из ИОНХ РАН, ИХФ РАН, НИТУ МИСИС и Химического факультета МГУ, выполняющие совместные исследования в рамках проекта Российского научного фонда, получили уникальный массив данных по термодинамическим свойствам, термическому расширению, теплопроводности и электрофизическим характеристикам высокотемпературных оксидных материалов на базе танталатов и гафнатов редкоземельных элементов, температуры плавления которых превышают 2000 градусов Цельсия. Изучение взаимодействия синтезированных соединений с оксидами магния, кальция, алюминия, кремния позволило оценить химическую устойчивость покрытий деталей энергоустановок к воздействию взвешенных в воздухе частиц.

Работу прокомментировал руководитель проекта, заведующий лабораторией термического анализа и калориметрии ИОНХ РАН, доктор химических наук Константин Сергеевич Гавричев: «Наш коллектив работает над созданием новых материалов с улучшенными свойствами для современной техники. Одним из направлений работы является определение круга материалов, соответствующих жестким технологическим и эксплуатационным требованиям для авиационной техники и энергетики. Мы работаем с высокотемпературными оксидными материалами, которые способны длительное время работать в окислительной атмосфере при высокой температуре, в которых не происходят превращения, которые могли бы разрушить материал».

В ходе выполнения проекта учеными были исследованы условия получения керамических материалов заданного состава и структуры, определены термические и термодинамические свойства соединений. «Полученные нами результаты необходимы как для модельных расчетов в экстремальных температурных диапазонах, недоступных для экспериментального исследования, так и для определения технологических параметров получения термобарьерных покрытий», – дополнил Константин Сергеевич.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 18-13-00025-П)

Поверхность керамики для термобарьерных покрытий

Группа исполнителей проекта РНФ.
Слева направо: д.х.н. К.С. Гавричев, И.А. Баженова, А.В. Гуськов, д.х.н. А.В. Хван, к.х.н. П.Г. Гагарин, д.х.н. В.Н. Гуськов