Свeрxзвукoвыe сaмoлёты будущeгo мoгут знaчитeльнo сoкрaтить врeмя трaнскoнтинeнтaльныx пeрeлётoв: из Мoсквы в Нью-Йoрк мoжнo будeт дoлeтeть зa три чaсa, нo oднa из сaмыx глaвныx проблем в их разработке   — охрана критических компонентов, таких как носок крыла (передняя кромка), головной обтекатель (ростра) и камеры сгорания реактивных двигателей. На скорости в 5   и более Махов они подвергаются мощному окислению и экстремальным температурам, которые достигают 2000–3000°C (наличность Маха соответствует скорости звука: например, на высоте 11   км симпатия равна 295   м/с или 1062   км/ч).

В последние годы идёт активная процесс над созданием керамических покрытий, но самым лучшим из них удавалось выдерживать лишь только относительно невысокую температуру 1200–1500°C, после чего из вещества покрытия в результате абляции испарялись есть такие элементы, то есть нарушалась структура покрытия. Сейчас группа учёных из Института Ройса при Университете Манчестера (Великобритания) и Центрального южного университета (Поднебесная (империя)) разработала новый материал с улучшенными характеристиками, который без структурных изменений выдерживает температуру накануне 3000°C. Это керамическое покрытие Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26, которое накладывается на матрицу углерод-углеродного композита C/C с через реактивной инфильтрации расплава и цементации.

По своим характеристикам новое покрытие чувствительно превосходит самую лучшую высокотемпературную керамику (ultra-high temperature ceramics, UHTC), безвыгодный говоря уже об образцах прошлого. Например, нижняя и боковая часть поверхности сикомор «Буран» покрывалась керамической плиткой ТЗМК-10   и ТЗМК-25   с рабочей температурой перед 1250   °C. Американские аналоги Li-900   и Li-2200   имели примерно такие же характеристики. Керамическое накрытие из Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26   на углерод-углеродном композите выдерживает 3000°C. Оно держи порядок лучше, чем карбид циркония (ZrC), который сегодня традиционно используется в (видах покрытия режущих инструментов.

Например, на графике внизу показано сопротивление абляции (MAR и LAR) различных термостойких материалов, которые используются сегодняшний день в промышленности, авиации и космонавтике. Испытания проводились в машине для ацетилено-кислородной резки. Как бы видим, Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26 (круглые отметки в зелёном поле) кардинально превосходит все прочие материалы в тестах разной продолжительности и на разной температуре. Показатель MAR означает резвость абляции по массе (mass ablation rate), то есть скорость испарения вещества покрытия. Симптом LAR (linear ablation rate) означает скорость линейной абляции и соответствует пространственной стабильности материала. Как-то, ZrC при температуре 2500°С теряет 1,10   мг массы на квадратный кубик в секунду, а Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26   — всего 0,14   мг.

В других тестах на 2000–2500°C материя показывает близкую к нулю потерю веса или прибавку веса (из-из-за окисления), что означает великолепную теплостойкость и ничтожную абляцию в потоке горячего   газа.

Получай фотографиях показана тёмно-серая поверхность материала до проведения испытаний, а равным образом поверхность после двухминутных испытаний при температуре 2000°C и 2500°C. В центре правого образца находится ранчо, где температура пламени достигала 3000°C. Там заметны следы абляции и выпуклости высотой поменьше 72   мкм из-за испарения оксидов с низкой температурой плавления, хотя на поверхности отсутствуют какие-либо полости и выбоины из-за абляции.

Работа разработан в Великобритании, а изготовлен в Институте порошковой металлургии Центрального южного университета Китая. Исследователи подчёркивают, аюшки? применение техпроцесса с реактивной инфильтрацией расплава кардинально уменьшает время, необходимое исполнение) изготовления. Вторая важная инновация   — нанесение на матрицу из углерод-углеродного композита, который значительно повысило теплостойкость керамики.

Химическая структура термостойкой керамики сама по мнению себе выполняет роль защитного механизма. При температуре 2000°C материалы Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26   и SiC окисляются и превращаются в Zr0.80T0.20O2, B2O3 и SiO2, соответственно. Zr0.80Ti0.20O2 постольку поскольку расплавляется и формирует относительно плотный слой, а оксиды с низкой температурой плавления SiO2 и B2O3 испаряются чрез «каналы эвакуации», дыры (иллюстрация a внизу). При более высокой температуре 2500°C кристаллы Zr0.80Ti0.20O2 сплавляются в больше крупные образования, закрывая дыры (иллюстрация b внизу). При температуре 3000°C формируется почти абсолютно толстый внешний слой, в основном состоящий из Zr0.80Ti0.20O2, титаната циркония и SiO2 (иллюстрация c, e внизу).

Новая абляционная покровительство может найти применение не только в сверхзвуковых военных и гражданских самолётах, только и в космических кораблях, возвращаемых космических модулях, ракетах, реактивных снарядах, авиационных двигателях и др. (само собой) же, её можно использовать для покрытия рабочих поверхностей в свёрлах, фрезах и других инструментах, которые подвергаются высокой температуре   — к прочности и долговечности изделия.

Научная статья “Ablation-resistant carbide Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26   for oxidizing environments up to 3,000   °C” опубликована 14   июня 2017   возраст в журнале Nature Communications (doi:10.1038/ncomms15836).