Синтез и свойства композитов оксидное волокно/высокоэнтропийный сплав для ультровысокотемпературного применения

Потенциал используемых жаропрочных сплавов на основе Ni ограничен рабочей температурой около 1100 оС, по физическим причинам и уже не соответствуют требованиям, предъявляемым к энергетическим установкам турбинного типа нового поколения. Дальнейшего повышения рабочих температур энергетических установок турбинного типа связана с необходимостью повышения характеристик газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ) (снижением необходимого запаса топлива и с соответствующим увеличением полезной нагрузки летательного аппарата), сокращением расхода топлива ГДТ на стадии полета, и ГТУ при генерации энергии и при газотранспортной перекачке, снижением нагрузки на окружающую среду путём сокращения вредных выбросов в атмосферу и др. Актуальным направлением, в области разработки новых материалов для изготовления высокотемпературных конструкционных деталей являются тугоплавкие металлы Nb, Mo, Cr и сплавы на их основе. Однако при их разработке возникают трудноразрешимые проблемы, связанные с конфликтом прочность – трещиностойкость. Эти трудности могут быть преодолимы в случае сочетания волоконных композитов и металлической матрицы. Относительно новым подходом к разработке высокотемпературных материалов является их формирование на принципиально новой концепции, которая исключает наличие базового компонента, а строится на использовании одновременно нескольких металлов c относительно близкими концентрациями. Такие сплавы получили название высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) (в мировой литературе -high entropy alloy (HEA). В этой связи наибольший интерес вызывают ВЭС с потенциально высокими физико-механическими характеристиками в условиях воздействия повышенных температур, получившие в мировой литераторе аббревиатуру RHEA (Refractory high entropy alloy). Такие сплавы формируются из тугоплавких элементов (Nb, Mo, Cr, Ta, V, W, Hf, Zr, Ti) и др., при этом имеют как правило однофазную структуру твердого раствора с ОЦК кристаллической решеткой. Настоящий проект направлен на решение фундаментальной проблемы, связанной с разработкой и получением новых материалов, сочетающих в своем составе оксидное волокно/ ВЭС (матрица), способных к длительной эксплуатации, в условиях воздействия высокой температуры (более 1200 С) и механических нагрузок. В предлагаемом проекте впервые будет использован комплексный подход, объединяющий: -разработку эффективных методов получения литых ВЭС на основе тугоплавких металлов, методами центробежной СВС-металлургии с использованием исходного оксидного сырья (оксидов металлов); -разработку физико-технологических параметров получения оксидных волокон, методом внутренней кристаллизации (МВК), применительно к получению ранее не исследованных композитов семейства оксидное волокно/ВЭС на основе тугоплавких металлов; -разработке физико-технологических приемов получения композитов по жидкофазной и твердофазной технологии, на основе синтезированных ВЭС, структурно упрочненных оксидными волокнами, а также всесторонний структурно-фазовый анализ полученных композиционных материалов и анализ физико-механических свойств, включая испытания при высоких температурах. Выполнение исследований, в рамках заявленного проекта, позволит получить большой объем знаний о механизмах формирования ВЭС в процессах СВС-металлургии, о механизмах взаимодействия, составляющих композита на границе раздела фаз и установлении взаимосвязи структурных факторов и характера поведения материалов при T  1200 оС). Запланированные исследования является пионерскими и опережает мировой уровень исследований, проводимых в данной области. Актуальность таких исследований обусловлена тем, что полученные материалы могут иметь практический интерес сразу для нескольких высокотехнологичных отраслей промышленности: авиационное двигателестроение, энергетические установки наземного типа для энергогенерации и транспорта газа, малые энергетические установки различного применения в образцах современной и перспективной техники и др.