Научные разработки РХТУ им. Д. И. Менделеева

16. Нанотехнологии и наноматериалы

ТЕРМО- И ТРЕЩИНОСТОЙКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ SiC + УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ

Область применения и назначение. Повышенные требования к материалам и изделиям авиационной и космической техники приводят к необходимости изучения возможностей применения новых высокотемпературных, трещинностойких материалов и высоких технологий изготовления изделий на их основе.

Из нанокомпозитных материалов можно изготавливать различные элементы интерьера, электронного оборудования, систем безопасности, шасси, модулей двигателей авиационной и космической техники. Это позволит снизить общий вес конструкции, сократить выбросы углекислого газа, увеличив помимо того и эффективность самого двигателя, снизить износ деталей и частей корпуса, повысить прочность корпуса летательного аппарата и надежность бортовой электроники.

Наиболее перспективным материалом в настоящее время является карбид кремния (SiC) и композиционные материалы на его основе, позволяющие получать заданное сочетание свойств: высокие удельные прочность и жесткость, жаропрочность, износостойкость, высокие теплопроводность и теплозащитные свойства, радиационная прочность и др. Спектр свойств карбида кремния: теплопроводность 180 - 200 Вт/(м•К) (как у алюминия), у монокристаллов – до 470 Вт/(м•К); рабочая температура – более 1350°С (как у жаропрочных сталей); температура плавления/разложения составляет 2830°С; стойкость в окислительной и восстановительной среде выше, чем у титана; по химической инертности приближается к золоту и платине; высокая стойкость к абразивному износу (чуть ниже, чем у алмаза).

Краткое описание и основные технические характеристики. Нанокомпозиты на основе карбида кремния, упрочненные 6% об. многослойных углеродных нанотрубок (MWCNTs), с добавлением алюмомагниевой шпинели (MgAl2O4) и иттрий-алюминиевого граната (Y3Al5O12) были получены с помощью искрового плазменного спекания в виде дисков с диаметром 20 мм и толщиной 5 мм. Спекание образцов проводилось на установке 25 HP D (FCT Systeme, Германия) при температурах в диапазоне 2000-2200°С со скоростью нагрева 420-470°С/мин под давлением от 19 до 22 кН. Время выдержки образцов при максимальной температуре и давлении составляло от 10 до 15 минут.

Степень освоения. В ходе эксперимента было получено несколько серий опытных образцов, представляющих из себя диски диаметром порядка 20 - 25 мм, различной толщины.

     

Проведенные испытания показали преимущества полученных композитов, в том числе отличные характеристики при высоких (1500°С) температурах.

Разработчик(и): Жариков Евгений Васильевич, д.т.н., профессор. Файков Павел Петрович, к.т.н., доцент. Капустин Виталий Викторович, аспирант.

Телефон: 8 (916) 113-95-86.

E-mail: faikov_p@inbox.ru.