Керамика нового поколения для авиадвигателей: в ТПУ разработали покрытие, которое выдерживает 1100 °C и не окисляется

Ученые Томского политехнического университета разработали новые высокоэнтропийные керамические покрытия на основе карбидов гафния и циркония, значительно повысив их стойкость к окислению при сверхвысоких температурах. Эти материалы могут применяться в авиационной и аэрокосмической технике, особенно в условиях агрессивных сред и температур до 1100 °C.

Проблема традиционных карбидных покрытий — их склонность к катастрофическому окислению при температурах выше 500 °C, что вызывает разрушение и отслаивание слоя. Решение, предложенное учеными, — использование принципа энтропийной стабилизации. Он основан на формировании многокомпонентных сплавов (с не менее чем пятью элементами), где каждый компонент вносит вклад в стабильность и функциональность материала. В итоге такие покрытия демонстрируют эффект «материалов-коктейлей»: улучшенную теплопроводность, стойкость к абляции и структурную целостность даже при экстремальных термических нагрузках.

В своей работе ученые ТПУ синтезировали покрытие, сочетающее тугоплавкую матрицу из карбидов гафния и циркония с легирующими добавками алюминия, хрома и тантала. Это сочетание позволило избежать фазовой сегрегации и повысить стойкость к окислению до 20 раз по сравнению с нелегированными материалами и до 7 раз по сравнению с обычным легированием. Покрытие наносилось методом магнетронного напыления, образцы испытывались при температуре до 1100 °C.

Особый интерес представляют тонкопленочные покрытия, которые могут служить промежуточными слоями между термобарьерными покрытиями и жаропрочными сплавами, обеспечивая дополнительную защиту и устойчивость к термоциклам. Сейчас команда исследователей продолжает изучение двойных оксид-карбидных высокоэнтропийных систем, анализируя их термическую и механическую стойкость в реальных условиях эксплуатации.