Российские ученые показали, как число слоев и структура градиентной керамики позволяют управлять распространением трещин и повышать надежность композитных материалов для реактивных двигателей и энергетических установок.
Исследователи из Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Томского национального исследовательского медицинского центра РАН, Севастопольского государственного университета и Томского госуниверситета показали, что трещиностойкость слоисто-градиентных керамических композитов можно целенаправленно регулировать, изменяя число слоев и распределение фаз внутри материала. Работа опубликована в журнале Materials Characterization.
Исследование посвящено композитам на основе карбида циркония (ZrC) и оксида алюминия (Al2O3), рассчитанным на экстремальные температурные и механические нагрузки.
Трещина как инструмент контролируемого разрушения
Ученые изучили пяти- и шестислойные композиты с градиентной структурой — когда состав плавно меняется от слоя к слою. Выяснилось, что границы между макрослоями эффективно рассеивают энергию растущей трещины, замедляя разрушение. Дополнительную роль играют крупные зерна: они создают остаточные сжимающие напряжения и подавляют образование микротрещин.
При этом увеличение числа слоев приводит к «размыванию» фазового состава и снижению коэффициента трещиностойкости, тогда как уменьшение слоев повышает этот показатель, но увеличивает риск появления макродефектов. Таким образом, оптимальная архитектура материала зависит от конкретной задачи — сопротивление ударным нагрузкам, высокотемпературная защита или все в комплексе.
Источник: hi-tech.mail.ru