Керамические композиты на основе матрицы, такие как SiCf/SiC, — это ключевые материалы для авиадвигателей. Они выдерживают экстремальные температуры, легкие и прочные. Но в горячей зоне двигателя, где плавится даже песок, их нужно защищать специальными покрытиями — EBC (environmental barrier coatings). Главная проблема — CMAS  (смесь оксидов кальция, магния, алюминия и кремния), которая при температурах выше 1300 °C проникает в покрытие по границам зерен и разрушает его.

CMAS (Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicates) — это стеклоподобная смесь оксидов, которая образуется при попадании песка, пыли или золы в горячую зону двигателя. При температурах выше 1200 °C она плавится, проникает в материалы по микротрещинам и кристаллизуется, вызывая разрушения.

Недавно группа ученых под руководством Цзинъяна Вана из Института исследования металлов предложила новое решение — композит Y₄Al₂O₉/Y₂O₃. Его особенность в том, что он не просто сопротивляется CMAS, а активно вступает с ним в реакцию, быстро превращая расплав в кристаллы. Это резко замедляет проникновение CMAS вглубь материала.

Результаты опубликованы в издании Journal of Advanced Ceramics.

Эксперименты показали, что при 1300 °C и 1500 °C покрытие на основе Y₄Al₂O₉/Y₂O₃ формирует плотный защитный слой, который блокирует дальнейшую коррозию. Более того, на каждую молекулу композита расходуется до 11 молекул CMAS — это значит, что покрытие тратит себя минимально, а врага «съедает» максимально.

Почему это важно

• CMAS — главный убийца лопаток турбин, а новое покрытие увеличит их срок службы.
• Реакция с CMAS идет быстро, и расплав не успевает просочиться вглубь.
• Материал работает даже при 1500 °C — это критично для двигателей нового поколения.

Мы не просто защищаем материал — мы заставляем CMAS работать на нас, — объясняет Ван.

Реальная выгода разработки — в деньгах и надежности.

• Снижение затрат на ремонт: если лопатки не будут разрушаться от CMAS, авиакомпании смогут реже менять детали.
• Повышение КПД двигателей: чем выше допустимая температура, тем эффективнее сгорание топлива.
• Задел для будущего: если материал подтвердит стабильность в реальных условиях, его можно будет использовать в гиперзвуковых двигателях.

Пока испытания — только лабораторные. CMAS в природе бывает разным по составу, а в двигателе добавляются сера, соли и другие агрессивные примеси. Без проверки в реальных условиях нельзя сказать, как поведет себя покрытие после тысяч циклов нагрева-охлаждения.

Ранее ученые защитили тугоплавкий сплав турбины оксидом ниобия.