Частицы песка, попавшие внутрь самолетного двигателя, быстро разрушают турбинные лопатки и выводят его из строя. Но их же можно использовать для того, чтобы двигатель становился со временем только лучше.

Полумиллиметровые срезы: обычное керамическое покрытие турбинных лопаток разрушается расплавленным стеклом (слева), а новое покрытие (справа) защищает их, включая переплавленный материал в свой состав
Военно-транспортный C-17 Globemaster III проходит испытания на взлет и посадку на крайне сухих полосах
Кристаллы кубического оксида циркония — основа имитаторов бриллиантов — фианитов, получивших свое название от Физического института АН СССР, где они впервые были синтезированы
Интересно, что профессор Падтюр — не только ученый, но и заядлый байкер

Диоксид циркония (ZrO2) давно известен и широко используется в промышленности для синтеза «искусственных алмазов». А группа профессора Нитина Падтюра (Nitin Padture) работает над технологией применения его для борьбы с высокотемпературной коррозией. По словам самого Падтюра, работая над проектом, они прежде всего имеют в виду авиацию, которая нуждается в новых стойких материалах для лопаток современных газотурбинных двигателей: «В пустыне, — поясняет он, — во время взлета и посадки пыль и песок всасываются в двигатель, попадают они туда и во время песчаных бурь. Причем, если небольшие самолеты не слишком страдают от этого, то мощные военные аппараты могут «вдохнуть» весьма значительные количества песка, мелкие частицы которого действуют как абразивные материалы и разрушают лопатки турбин».

Турбинные двигатели работают при температурах в сотни градусов, и в самых современных из них лопатки покрыты тонким слоем устойчивого к нагреванию керамического термоизолятора, который предохраняет от перегрева внутренние металлические слои. Когда частицы песка на большой скорости врезаются в раскаленный изолятор, они плавятся и, по сути, превращаются в жидкое стекло. «А жидкое стекло, — добавляет Падтюр, — крайне агрессивная субстанция. Она, в принципе, способна растворить все, что угодно». Примерно так и происходит в действительности: расплавленный песок вплавляется в покрытие лопатки. Но этим дело не ограничивается.

Когда двигатель остывает, стекло застывает, превращаясь в хрупкое покрытие поверх керамического изолятора. Стоит вновь запустить его, как металлическая основа лопаток начинает разогреваться и расширяться — в то время как керамика, сжатая остывшим стеклом, не может этого сделать. Постепенно изолятор разрушается и двигатель быстро изнашивается. Однако остроумный профессор Падтюр придумал, как бороться с этой проблемой — более того, как поставить его на службу, превратив вред в чистую пользу.

Суть состоит в новом составе термоизолирующего покрытия лопаток — керамики со слоем кристаллов диоксида циркония и отдельных вкраплений оксида иттрия, алюминия и титана. Попадая на изолирующий слой, частицы расплавленного стекла растворяют инкорпорированные атомы металлов, постепенно формируя стабильные кристаллические частицы, неспособные повредить керамике. По сути, поверх основного термоизолирующего слоя формируется новый, дополнительный. Когда в двигатель снова попадает песок, он снова плавится, образуя жидкое стекло, и процесс повторяется вновь. В итоге лопатка турбины только усиливается со временем!

Заметим, что сам профессор Падтюр настаивает, что их технология — лишь прототип. Они еще не пробовали тестировать новое покрытие на поверхностях сложной формы. Вдобавок, само нанесение его — очень дорогостоящий процесс.

Об одной из вершин современных технологий — газотурбинном двигателе — мы рассказывали весьма подробно в статье «Двигатель-труба».

По публикации PhysOrg.Com