Сделано у нас. Технологическое лидерство 10

 
   
Сведения о научных и технологических достижениях России идут непрерывным потоком. Вполне логично давать их общий анализ в отдельной рубрике.
 Каждый, кто хочет жить не в «пьяной рашке», а Великой России, найдёт здесь подтверждение собственной правоты.
 Пусть читают и те, кто  ненавидит «эту страну». Мы не столь наивны, чтобы надеяться на то, что они «поменяют веру», но убавят прыть точно. А ослабленный враг не так опасен.
Нынешний этап исторического процесса мы рассматривает строго в парадигме «сегодня Бог возлюбил Россию и это любовь сильных», то есть  в неумолимой детерминированности процесса этногенеза и все наши успехи воспринимаем, как должное и неизбежное… 

*** 
В России  созданы  беспрецедентные материалы будущего.
 
 Учёные из Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН и Института химии ФИЦ «Коми научный центр УрО РАН»     впервые в мире создали керамический материал, который совмещает   жаропрочность керамики с пластичностью металла. Этот прорыв открывает новую эру в авиастроении и ракетостроении.   
Оценим два типа материалов.
Металлы: прочные, пластичные, но при высоких температурах текут как пластилин.
 Керамика: твёрдая, жаропрочная, но хрупкая.
Создание гибридов из этих материалов напрашивается само собой.
Такие гибриды в научном мире называют MAX-фазами.  Это уникальное семейство соединений, которые совмещают в себе лучшее от двух материалов: керамическую жаростойкость с почти металлической прочностью и обрабатываемость, что для керамики невозможно.


Самым популярным соединением  такого класса является карбид кремния титана  Ti;SiC;. В нём слои прочного карбида перемежаются с более пластичными слоями кремния. Такая  MAX-фаза неплохо переносит   высокие температуры   и не рассыпается в пыль от случайного удара.
Но и у карбида кремния титана есть свой потолок: при   1200 °C происходят заметные пластические деформации, материал начинает «плыть», то есть уже не держит нагрузку как надо. Из-за этого его применение было сильно ограничено.
Уже  давно теоретически было спрогнозировано, что если в кристаллическую решётку этого материала встроить атомы другого тугоплавкого металла, например, циркония, то можно подтянуть его температурный порог. Но сделать это на практике   долго не удавалось.   


Наши исследователи решили не просто добавлять циркониевый порошок, а использовать   потенциально более дешёвый  метод, вакуумное карбосиликотермическое восстановление.
Суть его проще, чем название: берутся не чистые металлы, а их оксиды,  что снижает себестоимость на 40%. Двуокись титана TiO; и двуокись циркония ZrO;  смешиваются с кремнием и карбидом кремния, а затем всё это спекается методом горячего прессования.
В результате получился нужный материал уже с атомами циркония, встроенными прямо в кристаллическую решетку, так называемый твёрдый раствор  (Ti;;;Zr;);SiC;. Было синтезировано два состава: с 10%    и 15%   циркония. Когда их испытали, результаты оказались даже лучше ожидаемых.


  По сравнению с чистым аналогом, у нового материала с добавкой 15% циркония твёрдость по Виккерсу выросла почти вдвое: с 3,9 до 6,8 ГПа. Прочность на изгиб при комнатной температуре тоже подскочила  с 314 до 487 МПа. Но главный козырь, конечно, температура.
Добавление циркония подняло планку перехода от хрупкого к пластическому состоянию до 1600 °C, что выше температуры плавления большинства сталей! Но даже при этих 1600 градусах новый материал  с 15% циркония  сохранил 64% своей изначальной прочности.
Для материалов, которые работают в условиях 1200–1600 °C, такие показатели являются настоящей заявкой  на практическое использование.


Самое очевидное применение  новых материалов в газотурбинных двигателях и не только авиационных. В камере сгорания или на лопатках турбины материал работает при высоких температурах и под нагрузкой, при этом вес и долговечность критичны. Металлы в этих условиях либо надо охлаждать, либо делать их из суперсплавов: дорогих и тяжёлых. Обычная керамика жаропрочна, но легко ломается.
Лопатки газотурбинных двигателей, как правило, плавятся при температурах свыше 1400 °С 
 MAX-фаза с улучшенной термостойкостью даёт компромисс. Более жаропрочные материалы, это возможность повышать температуру в камере сгорания. А чем выше температура, тем выше КПД двигателя, меньше расход топлива и выбросы.
 

К тому же,   легирование цирконием блестяще подтверждает концепцию модернизации  MAX-фаз: смена лишь одного элемента в кристаллической решётке  даёт материал с совершенно новыми свойствами. То, что являлось теорией и красивой идеей, блестяще реализовано на практике
Разработка российских учёных  гарантирует высочайшую чистоту конечного продукта с минимальными примесями. В материаловедении это основа основ. Именно так и добиваются результатов, которые можно не просто повторить в другой лаборатории, но и массово производить.
Широкое внедрение материала в производство является следующим этапом развития технологии. 
Но по сравнению с  достижением  устойчивого сдвига BDTT — brittle-to-ductile transition temperature — от 1200 °C к  1600 °C и фиксацией   прочности при таких температурах, всё дальнейшее лишь рутинная работа.
По сути, данная разработка открывает дорогу к созданию   нового класса материалов.



Новые MAX-материалы  позволяют полностью отказаться  от импорта дорогих суперсплавов  и дают России  технологическое превосходство   в создании двигателей с КПД на 15% выше аналогов.
Растёт оборонный потенциал: эти материалы не заменимы для гиперзвукового оружия. Расширяются экспортные возможности,
ведь мировой рынок жаропрочных материалов интенсивно растёт.
MAX-керамика найдёт применение в лопатках газовых турбин, камерах сгорания реактивных двигателей, элементах ракетных сопел и защитных покрытиях космических аппаратов.   


Создание уникальной MAX-керамики с цирконием — прорыв к технологическому лидерству России в материаловедении. Этот материал станет основой для авиационных и ракетных двигателей нового поколения, обеспечив стране конкурентные преимущества на десятилетия вперёд.
Российские конструкторы уже адаптируют материал для авиационных двигателей шестого  поколения. Тут ждать некогда. Как  и в производстве гиперзвуковых ракет «нас не догонят»!
 

   ***
Пора уже забывать мантры «мы не хуже», «мы тоже можем» и далее по списку. На всех направлениях развития от термоядерно-ядерных гибридных реакторов и до выращивания НА ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ШИРОТЕ ПСКОВА и КОСТРОМЫ мискантуса и люпина, которые обнуляют хлопок и сою соответственно,  Россия или первая или в топе.
 А чтобы ни у кого не оставалось сомнений, мы в режиме 24/365 будем подтверждать это свежей информацией.
 До скорой встречи, Ваш ЛЕВ!