Разработка научных основ получения высокотемпературного наноструктурированного композиционного материала SiC/Y3Al5O12, перспективного в авиа- и ракетостроении

В рамках проекта предполагается разработать научные основы изготовления высокотемпературного наноструктурированного композиционного материала SiC/Y3Al5O12 с применением золь-гель технологии. Целью введения в структуру SiC-каркаса высокодисперсной Y3Al5O12-матрицы является активизация процесса уплотнения материала при его изготовлении и защита от окисления во время высокотемпературной эксплуатации (в связи с низким значением проводимости кислорода иттрий-алюминиевого граната). За счёт близкого значения линейного коэффициента термического расширения каркаса и матрицы, нанокристаллической структуры компонентов и контролируемой пористости получаемый композиционный материал также будет иметь высокую трещиностойкость при эксплуатации при больших перепадах температуры. Синтез высокодисперсного порошка SiC (Dср<100нм) будет проводиться путём контролируемого гидролиза ТЭОС в присутствии полимерного источника углерода. Влияние катализатора, гидролизующего компонента и температуры на кинетику процесса гидролиза и поликонденсации будет изучено с помощью ротационной вискозиметрии и ИК-спектроскопии. После сушки гелей и карбонизации полученных ксерогелей с образованием высокодисперсной смеси «SiO2-C» при пониженном давлении будет выполнен карботермический синтез карбида кремния, структура и химический состав которого будут охарактеризованы с помощью рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии; термическое поведение в токе воздуха будет исследовано методом совмещённого ТГА/ДСК анализа.Синтез прекурсоров иттрий-алюминиевого граната будет производиться с использованием β-дикетонатов иттрия и алюминия. В результате термообработки их раствора в изоамиловом спирте будет изучен процесс деструктивного замещения C5H7O2-лигандов на алкоксильные фрагменты, сопровождающийся снижением степени экранирования центральных атомов и увеличением гидролитической активности синтезируемых таким образом смешаннолигандных прекурсоров – алкоксоацетилацетонатов металлов. Кинетика данного процесса будет изучена с помощью электронной (УФ-) и ИК-спектроскопии. Гидролитические свойства прекурсоров предполагается изучать с применением ротационной вискозиметрии в процессе гидролиза. С использованием полученных прозрачных гелей будут получены ксерогели и исследовано их термическое поведение с применением термического анализа. Свойства синтезируемого Y3Al5O12 будут изучены с помощью комплекса физико-химических методов (РФА, СЭМ, ИК-спектроскопия, элементный анализ и др.).Получение композиционного материала SiC/Y3Al5O12 предполагается осуществлять двумя путями: 1. На поверхность наночастиц карбида кремния с помощью приёмов золь-гель технологии будет наноситься тонкая плёнка раствора алкоксоацетилацетонатов алюминия и иттрия с последующим синтезом оболочки Y3Al5O12 различной толщины (10-100 нм). Далее методами горячего прессования и искрового плазменного спекания (SPS) из полученного композиционного порошка будут получены композиционные материалы SiC/Y3Al5O12 с различной плотностью, пористостью и прочностными свойствами, которые будут изучаться соответствующими методами.2. Методом горячего прессования и искрового плазменного спекания (SPS) из синтезированного нанокристаллического SiC-порошка будут получены пористые каркасы, в объём которых с применением раствора алкоксоацетилацетонатов алюминия и иттрия будет вводиться различное количество высокодисперсной Y3Al5O12-матрицы. Свойства полученных материалов будут изучены с применением аналогичных методов, в том числе с помощью рентгеновской компьютерной микротомографии.Будет установлено влияние способа введения высокодисперсной Y3Al5O12-матрицы и её количественного содержания на процесс получения высокотемпературных композиционных материалов SiC/Y3Al5O12 и их свойства.