Испытания лабораторных образцов элементов теплозащитной конструкции РКТ из пористых и градиентных термостойких керамических композиционных материалов системы Zrm(O-B-C)n с термостойкими теплозащитными покрытиями, сравнительная оценка результатов ПНИ

Проведен пятый этап ПНИ, направленных на создание научно-технологического задела производства конструкций тепловой защиты из пористых градиентных керамических материалов Zrm(O-B-C)n для энергетических систем ракетно-космической техники. Основанием для проведения ПНИ в рамках приоритетного направления федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014 - 2017 годы» является Соглашение о предоставлении субсидии от 08 сентября 2014 г. № 14.607.21.0056. Новизна поставленных в рамках предлагаемого проекта задач состоит в создании теплозащитных керамических композитов на основе циркониевых соединений посредством формирования межфазового градиента, используя принцип уменьшения теплопроводности от внешнего к внутреннему слою и малой разнице в величинах термического расширения прилегающих слоёв композита. Керамики на основе ZrB₂ и ZrC известны как материалы с высокой устойчивостью к термомеханическим воздействиям. Диоксид циркония обладает аномально низкой теплопроводностью среди тугоплавких соединений. Использование их в качестве барьерных слоёв в композите над ZrO₂ обеспечит эффективную устойчивость к термическим воздействиям и аномально низкую теплопроводность композиту. Покрытие на основе тугоплавкого HfC обеспечит устойчивость композита в условиях сверхвысоких температур. Предлагаемые подходы к решению обозначенных задач базируются на создании в пористых градиентных керамических композитах системы Zrm(O-B-C)n с покрытием на основе HfC структурно-фазового состояния, обеспечивающего эффективную релаксацию термоупругих напряжений посредством реализации микропластичности на межфазных границах, самозалечивание дефектов посредством миграции границ зёрен. Отличительной особенностью разрабатываемых в рамках данной ПНИ пористых градиентных керамических композитов системы Zrm(O-B-C)n станут: высокая температура плавления и фазовая стабильность в широком диапазоне температур; эффективный отвод тепла фронтальной частью теплозащитных элементов за счёт высокой теплопроводности составляющих её соединений и эффективная теплоизоляция периферийной части за счёт аномально низкой теплопроводности ZrO₂; низкая каталитическая активность в экзотермических реакциях поверхностной рекомбинации. Цель исследования на отчётном этапе ПНИ - испытания лабораторных образцов элементов теплозащитной конструкции РКТ из пористых и градиентных термостойких керамических композиционных материалов системы Zrm(O-B-C)n с термостойкими теплозащитными покрытиями, сравнительная оценка результатов ПНИ. Разработанные при выполнении исследований технологические подходы и инженерные решения получения пористых и градиентных термостойких керамических композиционных материалов системы Zrm(O-B-C)n с термостойкими покрытием могут быть унифицированы в различных областях техники и ориентированы на использование отечественной сырьевой базы, что станет весомой альтернативой импортируемым керамическим наукоёмким изделиям фирм-экспортёров CeramTec (США), Morgan (England), Swerea IVF (Sweden). Создание по результатам проекта наукоемкой продукции и интеллектуальной собственности (патентов) обеспечит в дальнейшем перспективу коммерциализации, включая оформление лицензионных соглашений с потенциальными заказчиками на технологии производства керамических композиционных материалов и изделий из них. Коммерциализация в экономическом секторе результатов работы в объёмах, возможных в условиях предприятий ракетно-космического комплекса, двигателестроения, машиностроения, энергетики и других областей индустрии, обеспечит социально-экономический эффект, исчисляемый в миллионах рублей при широком внедрении результатов как на внутреннем, так и на внешнем рынках, при заключении договоров и контрактов. Используемое при выполнении исследований оборудование Томского регионального центра коллективного пользования и центр коллективного пользования «Нанотех» на базе ИФПМ СО РАН прошли инструментальную поверку и метрологический контроль. Менеджмент качества в ИФПМ СО РАН осуществляется испытательной лабораторией «Металл-Тест».