Керамика из Китая изменит правила игры в авиастроении

Ученые из Университета Гуанчжоу нашли решение одной из ключевых проблем в сфере материаловедения, создав новый тип пористой керамики, который может стать революционным в области аэрокосмической промышленности, энергетики и химической инженерии. Этот материал обладает высокой механической прочностью и отличными теплоизоляционными свойствами, что делает его идеальным для использования в гиперзвуковых летательных аппаратах.

Основная проблема в создании пористой керамики - достижение высокой механической прочности при сохранении теплоизоляционных свойств. Традиционные пористые материалы теряют свою прочность и сжимаются при высоких температурах, что делает их непригодными для использования в аэрокосмической сфере. Новая разработка ученых из Университета Гуанчжоу позволяет преодолеть эти ограничения благодаря уникальному многоуровневому структурному дизайну.

Керамика, получившая название 9PHEB, способна выдерживать экстремальные температуры до 2000 градусов Цельсия, сохраняя при этом свои размеры и прочность. Этот материал, состоящий из девяти катионных компонентов, создан на основе концепции высокой энтропии, что позволяет разрабатывать уникальные микроструктуры и настраиваемые свойства.

9PHEB имеет пористость около 50%, но при этом его прочность на сжатие при комнатной температуре составляет примерно 337 МПа, что значительно превышает показатели ранее известных пористых керамик. Материал также демонстрирует пластичное деформирование при температуре 2000 градусов Цельсия, в отличие от хрупких традиционных керамик. При деформации при высоких температурах материал испытывал 49% напряжения, что увеличивало его прочность до 690 МПа – более чем вдвое превышая начальную прочность.

Материал сократился всего на 2,4% после отжига при температуре 2000 градусов Цельсия, но его объем и размеры остались неизменными. Уникальные механические и тепловые свойства материала объясняются его "многоуровневым" дизайном, включающим сверхтонкие поры на микроуровне, высококачественные интерфейсы на наноуровне и сильное искажение кристаллической решетки на атомном уровне.

92% пор в микроструктуре керамики являются сверхтонкими, их размер составляет всего 0,8-1,2 микрометра, что обеспечивает непревзойденные теплоизоляционные свойства. Крепкие, бездефектные соединения на наноуровне повышают механическую прочность. На атомном уровне искажение кристаллической решетки, обусловленное высокоэнтропийным дизайном, улучшает жесткость и снижает теплопроводность.

Эти характеристики делают материал подходящим для использования в экстремальных условиях. Зуан Лэй, доцент кафедры материаловедения и инженерии, отмечает, что материал найдет применение в самых разных отраслях, от аэрокосмической промышленности до энергетики и химической инженерии.

Вы можете просмотреть исследование самостоятельно в онлайн-журнале Wiley .