Научные разработки РХТУ им. Д. И. Менделеева

17. Материалы и технологии для атомной энергетики

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ АЛЮМОСИЛИКАТНОЙ СТЕКЛОКЕРАМИКИ И ДИСКРЕТНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ

Область применения и назначение. Авиационная и космическая техника, автомобилестроение, химическая промышленность, атомная энергетика, машиностроение.

В качестве деталей, пригодных для работы в условиях воздействия высоких температур и давлений, динамических нагрузок, различных агрессивных сред.

Сфера применения в аэрокосмической отрасли. Для изготовления радиопрозрачных элементов авиакосмической техники, прокладок для термодатчиков двигателей летательных аппаратов, теплонагруженных элементов конструкций летательных аппаратов, систем догорания топлива, тормозных механизмов и др.

 

Краткое описание и основные технические характеристики. Получен стеклокерамический композиционный материал на основе стеклокерамики состава SrO 20 %, Al2O3 30 %, SiO2 40 %, TiO2 10 мас.% и частиц BNгекс. с пониженными значениями диэлектрических характеристик (ε = 6,73, tgδ = 0,0160 (1010 Гц), стабильных до 1100°С, и термостойкостью более 1000°С, перспективный для использования при изготовлении радиопрозрачных элементов летательных аппаратов.

Синтезирован композит на основе Sr-анортитовой стеклокерамики, армированной частицами TiC, с повышенными значениями модуля упругости (136±70 ГПа), микротвердости (12,2±6,2 ГПа), увеличенной стойкостью к истиранию и сниженным значением коэффициента трения (0,41) в трибопаре со сталью 100Cr6, который может быть использован для изготовления износостойких деталей тормозных систем автомобилей, прокладок насосов высокого давления.

Получены композиты на основе стронцийалюмосиликатной стеклокерамики и тонкодисперсных порошков α-Si3N4 и β-Si3N4 с повышенными значениями износостойкости и трещиностойкости (практически в 3 раза по сравнению с исходной матрицей).

На основе керамики стехиометрического состава Sr-анортита и наноформ углерода методом обжига, проводимого в среде аргона, получены композиты с повышенной трещиностойкостью и термическими свойствами. Полученные композиты, наряду с увеличенной трещиностойкостью (5,2 МПа•м1/2 – для графена), обладают повышенной термостойкостью 1100°С, температурой деформации > 1500°С и перспективны для применения в авиакосмической технике, например при изготовлении прокладок для термодатчиков двигателей, деталей тормозных механизмов и теплонагруженных элементов конструкций летательных аппаратов.

Преимущества (по сравнению с российскими и зарубежными аналогами). Разработанные композиты характеризуются повышенными рабочими температурами, сниженным весом, а так же пониженными температурами синтеза по сравнению с существующими аналогами.

Степень освоения. Лабораторные исследования.

Внедрение. Разработка использована ФГУП «ВИАМ» при создании технологии изготовления композиционного материала на основе стеклокристаллической матрицы с рабочей температурой 1450°С.

Кроме того, опытные образцы стронцийалюмосиликатной стеклокерамики и нанокомпозитов на ее основе, армированных углеродными нанотрубками, графеном и наноалмазом были опробованы во ФГУП «ВИАМ», определены их температуры начала деформации, термостойкость, температуры начала окисления и температуры интенсивного окисления.

Результаты применения. Исследованные во ФГУП «ВИАМ» опытные образцы стронцийалюмосиликатной стеклокерамики и нанокомпозитов на ее основе, армированных углеродными нанотрубками, графеном и наноалмазом показали хорошую температуроустойчивость при высокотемпературном нагреве до 1450°С и устойчивость в условиях перепада температур до 1100°С, поэтому данные материалы были рекомендованы для изготовления теплонагруженных деталей авиационной и космической техники.

Правовая защита. Композиционный материал на основе керамики стехиометрического состава Sr-анортита и графена защищен патентом РФ: Орлова Л.А., Чайникова А.С., Винокуров Е.Г., Попович Н.В. Патент РФ RU 2534229 от 19.02.2013 «Композит на основе алюмосиликатной стеклокерамики и способ его получения».

Ориентировочная стоимость. 5000 – 25000 руб./кг.

Формы сотрудничества. Разработка, изготовление и поставка элементов из стеклокерамических композиционных материалов различной формы в соответствии с ТЗ заказчика.

Разработчик(и).

РХТУ им. Д.И. Менделеева, Международная лаборатория Функциональных материалов на основе стекла имени академика П.Д. Саркисова:

ФГУП «ВИАМ»:

Телефон: 8 (965) 351-49-70.

E-mail: anna-chanikova@mail.ru.