В Московском авиационном институте ведется работа над жаростойким защитным покрытием для композиционных материалов. Основное назначение покрытия - защита от окисления деталей и элементов конструкций скоростных летательных аппаратов. Речь идет, например, о возвращаемых аппаратах космического назначения.
Работы ведутся на кафедре 903 "Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения" МАИ под руководством профессора Валентины Терентьевой. Участие в них принимают как состоявшиеся ученые - кандидаты наук Алексей Астапов и Надежда Окорокова, так и обучающиеся МАИ - аспирант Игорь Сукманов и студентка Алиса Матуляк. В 2021 году проект был поддержан грантом Российского научного фонда.
- Для создания перспективных изделий высокоскоростной и маневренной авиакосмической техники необходимы материалы, способные выдерживать температуры свыше 2000 °C, сохраняя свою форму и несущую способность, - рассказывает Валентина Терентьева. - Углерод-углеродные и углерод-керамические композиционные материалы считаются перспективными для этих целей, однако им необходима защита от окисления, которое начинается уже при 400-450 °C. Чтобы обеспечить ее, требуется покрытие, работоспособное при сверхвысоких температурах и сохраняющее свой ресурс в течение достаточного времени.
Кафедра 903 МАИ имеет большой опыт работы с жаростойкими покрытиями, ее результаты неоднократно внедрялись в реальное производство. Научной группой кафедры был разработан оригинальный тип покрытий. При нагреве и окислении на их поверхности образуется плотная пленка, которая представляет собой каркас из тугоплавких оксидов, заполненный стекловидной фазой на основе оксида кремния. Именно стеклофаза придает пленке высокую сплошность, блокирует доступ окислителя к композиционному материалу, а также "лечит" мелкие повреждения на нем за счет способности проникать в поры и трещины. Уже полученные к настоящему времени покрытия работоспособны при температуре до 2100 °C.
- Новое покрытие будет иметь ту же архитектуру. Его отличие от предыдущих разработок - в матрице на основе дисилицида молибдена. Этот материал более тугоплавкий, чем те, которые мы использовали ранее, за счет чего мы планируем повысить общую тугоплавкость системы. А чтобы увеличить термическую стойкость образуемого стекла и одновременно снизить его проницаемость по кислороду, мы дополнительно вводим тантал. Это две ключевые идеи проекта, - отмечает профессор МАИ. - К тому же модифицирование танталом тугоплавких оксидов пленки обеспечивает снижение ионной проводимости, что повышает эффективность защитного действия покрытия.
Ожидается, что использование новых компонентов продлит время испарения стеклофазы и повысит ресурс покрытия при одновременном увеличении его рабочей температуры. Огневые газодинамические испытания разработки планируется провести в 2023 году.
