Керамика может сыграть важную роль в качестве изоляционного материала в гиперзвуковых самолетах следующего поколения, рассказал изданию China Science Daily Чу Яньхуэй из Южно-Китайского технологического университета.
Пористые керамические материалы становятся все более популярными для изоляции из-за их хороших свойств, таких как малый вес, химическая инертность и низкая теплопроводность. Однако достижение механической прочности при сохранении теплоизоляции является сложной задачей. Это связано с тем, что для повышения теплоизоляции пористые керамические панели часто приходится перфорировать большим количеством отверстий — это часто значительно снижает прочность материала. Кроме того, пористые материалы часто теряют прочность и сжимаются при воздействии высоких температур.
Команда Школы материаловедения и инженерии Университета Гуанчжоу, разработавшая новую керамику, заявила, что многомасштабный структурный дизайн материала позволит преодолеть эти присущие ему ограничения. Отчет об исследовании команды был опубликован в журнале Advanced Materials.
«Керамика, называемая 9PHEB, демонстрирует исключительные свойства и способность сохранять прочность при температурах до 2000 градусов по Цельсию, что делает ее пригодной для использования в суровых условиях», — написал в статье Чу, возглавлявший исследование.
Материал основан на концепции высокоэнтропийных сплавов (сплавов, содержащих комбинацию из пяти и более элементов). Для 9PHEB это комбинация девяти положительно заряженных пористых ионных компонентов.
По словам авторов, 9PHEB имеет пористость около 50 процентов, но чрезвычайно высокую прочность на сжатие около 337 миллионов паскалей (МПа) при комнатной температуре — значительно прочнее, чем ранее известная пористая керамика. Между тем, новый материал также хорошо показал себя в испытаниях на изоляцию и термическую стабильность, сохранив 98,5 процента своей прочности при комнатной температуре даже при 1500 градусах.
При сжатии при 2000 градусах Цельсия, в отличие от традиционной керамики, которая имеет тенденцию к хрупкому разрушению, 9HPEB проявляет пластическую деформацию. На этом этапе новая пористая керамика претерпевает 49% деформации, что эквивалентно прочности на сжатие 690 МПа, что вдвое больше, чем в начале.
Важно отметить, что высокая температура не оказала существенного влияния на объем или размеры материала. 9HPEB уменьшился всего на 2,4% после отжига при 2000°C.
Г-н Чу связывает механические и термические свойства с «многослойной» конструкцией керамики: «ультратонкие поры в микромасштабе, высококачественные интерфейсы в наномасштабе и искажение решетки в атомном масштабе».
Микроструктура керамических пор, как их размер, так и распределение, важны для дизайна. Около 92% пор являются сверхтонкими, размером всего от 0,8 до 1,2 микрометра — параметр, который, по словам ученых, дает им непревзойденные теплоизоляционные свойства. В наномасштабе керамика имеет прочные, бездефектные соединения, которые повышают механическую прочность. А в атомном масштабе искажения решетки, вызванные их высокоэнтропийным дизайном, повышают жесткость и снижают теплопроводность.
Исследователи пришли к выводу, что эти свойства повышают механическую прочность и теплоизоляционные свойства материала, что делает его пригодным для использования в самых суровых условиях.
Чжуан Лэй, доцент факультета материаловедения и инженерии и соавтор статьи, рассказал изданию China Science Daily, что этот материал может найти широкое применение в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, энергетика и химическое машиностроение.
(По данным SCMP)
Источник
Комментарий (0)