Ученые создадут новое покрытие для возвращаемых космических аппаратов: теперь корабли под защитой
Работы ведутся на кафедре 903 «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» под руководством профессора Валентины Терентьевой. Участие в них принимают как состоявшиеся учёные – кандидаты наук Алексей Астапов и Надежда Окорокова, так и обучающиеся МАИ – аспирант Игорь Сукманов и студентка Алиса Матуляк.
«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 её, требуется покрытие, работоспособное при сверхвысоких температурах и сохраняющее свой ресурс в течение достаточного времени».
Научной группой кафедры был разработан оригинальный тип покрытий. При нагреве и окислении на их поверхности образуется плотная плёнка, которая представляет собой каркас из тугоплавких оксидов, заполненный стекловидной фазой на основе оксида кремния. Именно стеклофаза придаёт плёнке высокую сплошность, блокирует доступ окислителя к композиционному материалу, а также «лечит» мелкие повреждения на нём за счёт 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 счёт 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 плёнки 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.