Патент недели: Изолирующий керамический кокон для космических кораблей
При непосредственном участии Федеральной службы по интеллектуальной собственности («Роспатента») мы ввели на сайте рубрику «Патент недели». Еженедельно в России патентуются десятки интересных изобретений и усовершенствований — почему бы не рассказывать о них в числе первых.
Патент: RU 2592587
Авторы: Александр Бурлаченко, Светлана Буякова, Артем Гусев, Сергей Кульков, Лилия Молчунова, Николай Савченко, Ирина Севостьянова.
Разработки в области теплозащиты космических кораблей, естественно, существуют, иначе бы вместо успешных запусков и возвращений мы бы наблюдали постоянный фейерверк из сгорающих в атмосфере аппаратов. Для обработки (футеровки) деталей, узлов и механизмов применяют жаропрочные материалы на основе боридов, карбидов и оксидов циркония.
Но при изготовлении многослойной изоляции с уникальными свойствами, где используются разные материалы, между слоями изоляции создается резкая граница, на которой концентрируются напряжения. Они возникают из-за различий в усадке, ползучести, коэффициенте температурного расширения слоев, а в конечном итоге приводят к растрескиванию огнеупорных материалов и риску «сгорания» узлов, приборов или обшивки космического корабля в процессе запуска или нахождения на орбите. Изготавливают такие материалы методом горячего прессования, которое обеспечивает уплотнение и спекание слоев, но полностью не предохраняет их от появления «несплошностей» даже в процессе изготовления.
Авторы новой технологии — получения теплозащитного композиционно материала системы Zrm(O-B-C)n, который исключает появление расслойных трещин — предлагают изготавливать теплозащиту, используя промежуточные, укрепляющие слои. Например, для изготовления теплозащитного материала из слоев оксида циркония и борида циркония между заготовками слоев укладывается промежуточный слой порошковой смеси из выбранных соединений. Объемные доли соединений рассчитывают исходя из соотношения коэффициентов термического расширения (КТР), толщину слоя — как отношение суммы произведений КТР и толщины каждой из заготовок к разнице температур, заданной режимом горячего прессования. Горячее прессование проводят при температуре 1400−1700 градусов Цельсия, давлении 10−20 МПа в течение 20−30 минут в среде азота. В результате получается теплоизоляционный материал из двух или более слоев, который полностью исключает возможность растрескивания изолирующего покрытия по границе слоев в процессе изготовления или выскотемпературного воздействия в космосе.
Подробное описание изобретения и формулу процесса изготовления можно посмотреть в выданном патенте.