Новые высокотемпературные композиционные материалы

Материалы перспективны для изготовления жаропрочных и жаростойких изделий и установок: электронагревателей, стойких в окислительной среде; печей для плавления, спекания, литья, термообработки, обжига; инструмента для обработки давлением и резанием, горных работ; жаростойких теплозащитных экранов.

Разработаны многофазные жаропрочные, жаростойкие материалы REFSIC и REFSICOAT на основе силицидов молибдена и вольфрама.

Структура материала REFSIC состоит из эвтектической фазы на основе силицидов твердых растворов, пронизанной связанным в объеме изделия каркасом из зерен карбида кремния. Такая структура обеспечивает высокую жаропрочность и стойкость в условиях высокотемпературной газовой коррозии при температурах до 2000 °С.

Изменение объемных долей карбидов кремния, характера его связей в каркасе, соотношения объемов различных силицидных фаз, относительного содержания в них молибдена и вольфрама, легирующих элементов (Re, Ti, Та, Zr, Nb, Gf) позволяет модифицировать физические и механические свойства в широких пределах, исходя из конкретных условий применения материала.

Структура материалов REFSICOAT не содержит карбидокремниевого каркаса.

Материал в основном применяется при создании защитных покрытий на материалах REFSIC, карбидокремниевых, углеродных материалах, тугоплавких металлах и их сплавах, а также в качестве припоя при их соединении между собой. Рабочая температура материала REFSICOAT – 2000 °С.

По сравнению с высокотемпературными электронагревателями из материалов на основе карбида кремния, дисилицида молибдена и хромита тантала, выпускаемых в частности фирмой Kanthal (Швеция) изделия из разработанного материала обеспечивают значительно более высокую допустимую удельную тепловую нагрузку, стойкость к термоударам. Имеют на порядок более низкую скорость высокотемпературной ползучести и почти на два порядка более высокую жаропрочность при более низкой себестоимости. Не содержат токсичного бериллия и радиоактивного тория.

Налажено мелкосерийное производство электронагревателей с рабочими температурами до 2000 °С, жаропрочного и жаростойкого инструмента с рабочей температурой до 1600 °С.

Композиционные материалы в конструкции.

По оценкам специалистов полная замена традиционных алюминиевых сплавов композиционными материалами позволит снизить массу конструкции транспортного самолета на 30 %.

При полной замене традиционных алюминиевых сплавов композиционными материалами уменьшаются размеры крыла, оперения и при неизменных размерах фюзеляжа, обеспечивающих потребные габариты пассажирской кабины, уменьшаются масса самолета, потребная тяга и размеры двигателей, расход топлива при заданной полезной нагрузке, дальности и скорости полета, улучшаются динамические характеристики самолета и его реакция на управление.

На пути широкого использования КМ в конструкции самолета стоит множество проблем: обеспечение стабильных прочностных характеристик, существенное снижение стоимости, разработка экологически чистых и простых технологических процессов создания и ремонта, а главное утилизации отработавших свой срок элементов конструкции, необходимость проведения широкого спектра испытаний конструкций из КМ в реальных условиях эксплуатации. Решение этих проблем позволит уменьшить технический риск применения КМ до приемлемого уровня.