Исследователи из Сколтеха, Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН и других научных организаций России представили новый материал, выдерживающий нагрев более 2000 °C. Разработка представляет собой керамику на основе двойного перовскита Ba₂YNbO₆ для верхнего слоя теплозащитных покрытий деталей авиадвигателей и газовых турбин. Итоги работы опубликованы в Ceramics International.
Современная авиация и энергетика нуждаются в материалах, работающих при экстремальных температурах. Используемые сегодня покрытия из диоксида циркония теряют свойства при перегреве свыше 1200 °C, ограничивая ресурс двигателей. Как рассказали в пресс-службе Сколтеха, ученые впервые применили комплексный подход, совместивший суперкомпьютерное моделирование и эксперименты.
С помощью машинного обучения и молекулярной динамики на суперкомпьютерах Сколтеха исследователи рассчитали поведение атомов в кристаллической структуре при нагреве. Это позволило предсказать подходящие для термобарьерных покрытий теплопроводность и коэффициент расширения материала. Затем специалисты Института неорганической химии синтезировали порошок и создали высокоплотные керамические образцы.
В ходе экспериментов новая керамика не расплавилась даже при нагреве почти до 2000 °C. При рабочей температуре 1000 °C ее теплопроводность составила около 1,9 Вт/(м·К) — ниже, чем у используемого стандарта. Это означает лучшую защиту металла от высоких температур. Коэффициент теплового расширения материала оказался близок к расширению металла лопаток, что предотвращает появление трещин при циклах нагрева и охлаждения.
Маджид Зераати, постдок Лаборатории дизайна материалов Сколтеха, пояснил, что теоретические расчеты теплопроводности и теплового расширения практически полностью совпали с экспериментальными данными новосибирских коллег. Это подтверждает эффективность подхода, позволяющего вести направленный дизайн материалов еще до лабораторного синтеза.
Профессор Артем Оганов, руководитель Лаборатории дизайна материалов Сколтеха, добавил, что высокая точность совпадения расчетов с экспериментом стала возможна благодаря использованию нейросетевых потенциалов и графических ускорителей. Теперь исследователи могут уверенно предсказывать новые соединения для сложных инженерных задач. Новая разработка открывает перспективы для создания двигателей следующего поколения с более высоким коэффициентом полезного действия и увеличенным сроком службы.
Ранее Наука Mail рассказывала, что сибирские ученые вдвое повысили износостойкость титана.
