Материаловеды ищут покрытия, способные защитить композиты из карбида кремния (SiC) от разрушения в условиях экстремальных температур и водяного пара.

До недавнего времени такие защиты не выдерживали долгой работы при 1400 °C и выше.

Но группа ученых из Шаньдунского университета под руководством профессора Гуйфан Хань совершила прорыв — они создали двухслойное покрытие из MoSi₂ и HfO₂, которое не поддается коррозии даже в струе перегретого пара при 1500 °C в течение 200 часов.

Результаты опубликованы в издании Journal of Advanced Ceramics.

Секрет устойчивости — в образовании промежуточного слоя между MoSi₂ и HfO₂.

Он состоит из трех частей: кристобалита (разновидность кварца), стекла с добавками гафния и еще одного стеклоподобного слоя, где перемешаны кремний, гафний и кислород.

Внутри этого «бутерброда» также встречаются микроскопические кристаллы HfSiO₄ и HfO₂.

Мы детально изучили этот слой с помощью электронного микроскопа, рентгена и спектроскопии, — объясняет профессор Хань. — Оказалось, что гафний постепенно проникает в слой SiO₂, образуя вязкую стеклянную массу. Она работает как барьер: если в покрытии появляются трещины, стекло заполняет их при нагреве, не давая разрушению идти дальше. Кроме того, оно уплотняет структуру, закрывая микропоры.

Еще один плюс — гафний мешает SiO₂ кристаллизоваться, а значит, снижает риск растрескивания из-за перепадов температуры.

Наше решение позволяет не только повысить стабильность покрытия, но и раздвинуть температурные границы его применения, — добавляет Хань.

Остается проблема: нужно улучшить сцепление слоев и устойчивость к циклическому нагреву-охлаждению.

Этот прорыв критически важен для авиации и энергетики. Лопатки турбин, работающие в горячем водяном пару, быстро разрушаются без защиты. Новое покрытие позволит увеличить КПД двигателей, снизить расход топлива и продлить срок службы деталей. В перспективе — более мощные электростанции и долговечные реактивные двигатели.

Хотя 200 часов стабильной работы — впечатляющий результат, реальные турбины работают тысячи часов. Нужны испытания в условиях термоциклирования, ведь при резких перепадах температур даже вязкие стеклоподобные слои могут отслаиваться.

Ранее ученые создали термометр для охлажденного атома.