г. Москва, ул. Ленинская слобода, д. 19,
БЦ "Omega Plaza", 2-й эт., оф. № 2040

Стандарты на керамикоматричные композиты повышают надежность самолетов и ракет

  • 02.01.2019
  • Стандарты на керамикоматричные композиты повышают надежность самолетов и ракет
При упоминании слова «керамика» воображение часто рисует образы чашек, тарелок или горшков. Посуда этого типа изготавливается отливом специальных смесей в формы. Получившиеся изделия затем обжигают при высокой температуре, чтобы они затвердели. 

Но в последнее время все более широкое распространение получает другой вид керамики. Это композиционные материалы с керамической матрицей (также известны как керамикоматричные композиты), которые рассматриваются как подгруппа композитных материалов. 

Композиты с керамической матрицей изготавливаются путем объединения керамического волокна и керамической матрицы. Для получения готовой детали волокно вплетается в матрицу. Композиты с керамической матрицей создаются на основе оксидной, нитридной, карбидной или иной неорганической и неметаллической термостойкой матрицы.

Изделия и детали из данного материала являются легкими, при этом сохраняя долговечность и надежность, что крайне важно для эффективного осуществления технологических и эксплуатационных процессов, в рамках которых они часто используются. 

На самом деле этот материал обладает таким большим потенциалом для использования в разных сферах, что Министерство энергетики США еще более четверти века назад запустило программу поддержки разработки керамикоматричных композитов.

Являясь достаточно универсальным материалом, керамикоматричные композиты особенно полезны в авиации. Концерн General Electric Aviation недавно открыл завод в американском штате Алабама, который будет производить только этот материал. 

Керамикоматричные композиты даже привлекают внимание производителей космической техники вроде НАСА, инженеры которых ориентируются на уникальные свойства данного материала. Например, с его помощью ракеты могут выдерживать больший уровень тепла, чем летательные аппараты, изготовленные с использованием преимущественно металлических материалов.

Согласно результатам экспериментов НАСА, керамикоматричные композиты могут выдерживать температуры до 2700 градусов по Фаренгейту (без малого 1,5 тыс. градусов Цельсия) и даже выше с помощью специально разработанных защитных керамических покрытий. 

При этом инженеры НАСА отмечают, что такие покрытия могут использоваться не только при создании наружной оболочки космического корабля, но и при изготовлении внутренней обшивки в узлах двигателей и сопряженных с ними элементах. С их слов двигатель становится еще более эффективным, когда он более горячий.

Первым серийным двигателем, который использует керамикоматричные композиты, стал так называемый LEAP. В этом двигателе имеется один компонент из данного материала: кожух турбины, который размещен в самой горячей зоне корпуса LEAP. Этот ракетный двигатель начал использоваться в 2016 году. Впоследствии появились и другие двигатели, в которых применяется данный материал.

Очевидно, что при внедрении и использовании данного материала безопасности следует уделять первостепенное внимание. Благо, существует ряд релевантных стандартов безопасности, касающихся керамических матричных композитов. 

Как пример можно привести документ под названием ИСО 18608:2017 "Тонкокерамические изделия (высококачественная конструкционная керамика, усовершенствованные керамические материалы для технических целей) - Механические свойства керамических композиционных материалов при температуре окружающей среды и атмосферном давлении - Определение устойчивости к процессу трещинообразования с помощью теста на чувствительность к надрезу".

Он описывает метод классификации керамических матричных композитных  материалов в разрезе такой характеристики как чувствительность к распространению трещин. При этом авторы стандарта предлагают использовать испытание на растяжение образцов с надрезом при различной глубине надреза. Этот документ был выпущен Международной организацией по стандартизации (International Organization for Standardization; ISO; ИСО). 

Еще один релевантный документ называется ASTM C1525-18 "Стандартный метод испытаний для определения устойчивости усовершенствованной керамики к тепловому удару с помощью охлаждения в закалочной водяной ванне". Он был подготовлен специалистами организации ASTM International.

Этот стандарт предназначен для тестирования главным образом плотной монолитной керамики. Но он также пригоден для оценки армированных макрочастицами керамических матричных композитов, которые характеризуются однородностью на макроскопическом уровне.

Поделиться с друзьями!

Теги: ASTM ASTM C1525-18 ISO ИСО ИСО 18608 композиционный материал с керамической матрицей композит с керамической матрицей керамикоматричный композит ASTM International композиционный материал

Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему сертификации вашей продукции.