Коллективом ученых под руководством д.х.н. Каргина Ю.Ф. из Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН совместно с группой ученых под руководством к.х.н. Истоминой Е.И. из Института Химии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН разработан новый метод получения карбидкремниевой ткани как нового армирующего компонента керамоматричного композита для работы в условиях высоких температур (выше 1500°С) и повышенного механического воздействия. Полученный компонент сочетается с полимерной, керамической и металлической матрицами. Подобные материалы перспективны для применения в авиационной и космической технике, например, в качестве элементов газотурбинного двигателя, и для производства изделий специального назначения. Результаты опубликованы в журнале Ceramics International работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 18-08-00558.

На сегодняшний день для упрочнения композитов используют различные волокнистые материалы. Наиболее часто применяемыми армирующими компонентами являются углеродные волокна, ткани и нанотрубки. Их производство не требует больших затрат, кроме того, углеродные волокнистые материалы обладают высокими физико-химическими и прочностными свойствами. Однако, основным недостатком данных материалов является ограничение по температуре эксплуатации (до 800 °С).

Карбидкремниевые текстильные материалы являются наиболее перспективными для высокотемпературных применений. Они способны выдерживать нагрев выше 1500 °С на воздухе. Однако, в виду технически сложного и энергозатратного процесса, в России отсутствует промышленное производство. Поэтому ученые ИМЕТ РАН совместно с ИХ Коми НЦ УрО РАН взялись за решение задачи по синтезу и исследованию свойств керамической ткани на основе карбида кремния.

Предложен новый метод получения карбидкремниевой ткани методом силицирования углеродной ткани парами SiO. В ИМЕТ РАН провели анализ полученных тканей, подтвердили полный переход из углеродного в карбидкремниевое волокно. Прочность волокна SiC на разрыв составила 1500 МПа. Был исследован фазовый и элементный анализ волокон, проведено изучение наличия кислорода в волокнах.

Уникальные исследования по определению механических свойств волокна карбида кремния были проведены ИМЕТ РАН совместно с Технологическим институтом сверхтвердых и новых углеродных материалов (г. Троицк). Каждое отдельное волокно толщиной в несколько микрон исследовали на микротвердость с помощью нанотвердомера НаноСкан ̶ 4D. Тончайшую алмазную пирамидку вдавливали в исследуемый образец и определяли по оставшемуся отпечатку твердость волокна. Необходимое оборудование и опыт исследования в России есть только у ТИСНУМ. Показано, что волокна карбида кремния, полученные согласно предложенному методу, обладают высокой твердостью.

Керамическая ткань из карбида кремния (Источник...

Керамическая ткань из карбида кремния (Источник: Фролова М.Г., ИМЕТ РАН, журнал Ceramics International)

Керамическое волокно из карбида кремния (Источн...

Керамическое волокно из карбида кремния (Источник: Фролова М.Г., ИМЕТ РАН, журнал Ceramics International)

«В середине 1970-х гг. японским профессором S. Yajima и его сотрудниками впервые были опубликованы работы о разработках способа получения непрерывных волокон SiC. Позже компания Nippon Carbon Corporation Ltd (Япония), представила эти волокна на рынке под торговой маркой Nicalon. Альтернативный экономически выгодный и удобный способ получения волокнистых материалов SiC был предложен ИМЕТ РАН и ИХ Коми НЦ УрО РАН — силицирование углеродного волокна газообразным SiO. Согласно данному методу возможно получить текстильный материал для создания композитов как с послойной укладкой армирующего компонента в виде ткани, так и с хаотичным распределением его в виде волокон в объеме матрицы», — рассказывает первый автор работы Марианна Фролова, младший научный сотрудник ИМЕТ РАН.

Коллектив лаборатории физико-химического анализ...

Коллектив лаборатории физико-химического анализа керамических материалов ИМЕТ РАН, принимавший участие в работе (Источник: ИМЕТ РАН)