Поведение композита Cf/ZrB2-SiC, полученного методом керамических препрегов, в высокоэнтальпийном газовом потоке
А.В. УТКИН1, Д.А. БАННЫХ1, М.А. ГОЛОСОВ1, А.Т. ТИТОВ2, Н.И. БАКЛАНОВА1
1Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, Новосибирск, Россия
utkin@solid.nsc.ru
2Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, Новосибирск, Россия
titov@igm.nsc.ru
Ключевые слова: керамические композиты, диборид циркония, карбид кремния, окисление, диоксид циркония
Страницы: 682-690
Аннотация
Высокотемпературные керамические материалы Cf/ZrB2-SiC, состоящие из тугоплавкой матрицы ZrB2-SiC, армированной непрерывными углеродными волокнами (Cf), представляют повышенный интерес для разработки теплозащиты нового поколения двигательных установок, призванных работать в экстремальных условиях температур, механических нагрузок и агрессивных газовых потоков. В фокусе исследований таких композитов - окислительная и абляционная устойчивость, которые являются определяющими характеристиками для практического применения высокотемпературных материалов. В настоящей работе высокотемпературные композиты Cf/ZrB2-SiC были получены методом керамических препрегов, основанном на пропитке углеродного жгута керамической суспензией, формировании однонаправленных керамических лент с последующей их выкладкой, пиролизом и силицированием. Методом электронной микроскопии с привлечением энерго-дисперсионного анализа, выполненного при разных ускоряющих напряжениях, изучена морфология и распределение фаз по объему керамических композитов Cf/ZrB2-SiC. Впервые исследовано поведение таких материалов в условиях воздействия скоростного потока плазмы при температуре вплоть до 2100 °С. Давление воздуха составляло 0.35 МПа, расход воздуха - 6 м3/ч. Композит демонстрирует устойчивое поведение вплоть до 2000 °С в течение 300 с. Проведен сравнительный анализ микроструктуры композита до и после газодинамических испытаний. Определены фазовый и элементный состав, а также морфология сечения композита. Показано, что абляционная устойчивость композита обусловлена формированием сложной микроструктуры, в которой можно выделить несколько подслоев, каждый из которых препятствует диффузии кислорода внутрь композита. Повышение температуры до 2100 °С приводит к значительной деградации композита. Полученные данные могут быть использованы для дальнейшего совершенствования состава высокотемпературных композитов, пригодных для устойчивого функционирования деталей и узлов энергетических установок в экстремальных условиях.
DOI: 10.15372/KhUR2024601
EDN: CDSWNQ
|
