Российские ученые исследовали новые материалы для эффективных термобарьерных покрытий газотурбинных установок
25.11.2021
Научные сотрудники
Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН впервые провели систематические исследования высокотемпературных
оксидных материалов на основе соединений редкоземельных элементов, гафния и
тантала. Исследователями предложены перспективные
химически стойкие материалы для термобарьерных покрытий, которые могут значительно
повысить эффективность и увеличить жизненный цикл газотурбинных установок, а
также использоваться для создания новых твердотопливных оксидных элементов.
Результаты работы опубликованы в журнале Ceramics International.
Современные
газотурбинные установки являются сложными и дорогостоящими устройствами,
поэтому во всем мире идет работа по их совершенствованию, повышению надежности
и увеличению ресурса, а также по снижению экологической нагрузки за счет уменьшения
расхода топлива на единицу выработанной энергии. Эффективность
таких установок зависит от температуры рабочих газов - чем выше температура,
тем меньше нужно топлива для создания той же мощности. Немаловажное значение
имеет и защита конструкционных элементов от разрушающего воздействия
загрязнений, содержащихся в воздухе. В связи с этим возникает
потребность в инновационных подходах к совершенствованию и разработке нового
поколения химической и температурной защиты деталей, испытывающих максимальную
нагрузку, например, турбинных лопаток.
Ученые из ИОНХ РАН, ИХФ
РАН, НИТУ МИСИС и Химического факультета МГУ, выполняющие совместные
исследования в рамках проекта Российского научного фонда, получили уникальный
массив данных по термодинамическим свойствам, термическому расширению,
теплопроводности и электрофизическим характеристикам высокотемпературных
оксидных материалов на базе танталатов и гафнатов редкоземельных элементов,
температуры плавления которых превышают 2000 градусов Цельсия. Изучение
взаимодействия синтезированных соединений с оксидами магния, кальция, алюминия,
кремния позволило оценить химическую устойчивость покрытий деталей
энергоустановок к воздействию взвешенных в воздухе частиц.
Работу
прокомментировал руководитель проекта, заведующий лабораторией
термического анализа и калориметрии ИОНХ РАН,
доктор химических наук Константин Сергеевич Гавричев: «Наш коллектив работает
над созданием новых материалов с улучшенными свойствами для современной
техники. Одним из направлений работы является определение круга материалов,
соответствующих жестким технологическим и эксплуатационным требованиям для
авиационной техники и энергетики. Мы работаем с высокотемпературными оксидными
материалами, которые способны длительное время работать в окислительной
атмосфере при высокой температуре, в которых не происходят превращения, которые
могли бы разрушить материал».
В ходе
выполнения проекта учеными были исследованы условия получения керамических
материалов заданного состава и структуры, определены термические и
термодинамические свойства соединений. «Полученные нами результаты необходимы
как для модельных расчетов в экстремальных температурных диапазонах,
недоступных для экспериментального исследования, так и для определения
технологических параметров получения термобарьерных покрытий», – дополнил
Константин Сергеевич.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант
№ 18-13-00025-П)
![(jpg, 21 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=8f03d723-d84f-430e-882d-f3d73a63bde7)
Поверхность
керамики для термобарьерных покрытий
![(jpg, 43 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=6f8121d6-359d-40e4-aebc-63e0f875974a)
Группа исполнителей проекта РНФ.
Слева направо: д.х.н.
К.С. Гавричев, И.А. Баженова, А.В. Гуськов, д.х.н. А.В. Хван, к.х.н. П.Г.
Гагарин, д.х.н. В.Н. Гуськов