Тема 3. Новые перспективные материалы

К перспективным материалам новых поколений ГТД относятся:

- интерметаллидные металломатричные композиты (композиты с интерметаллидной матрицей);

- керамокомпозиты (композиты с ке­рамической матрицей).

Материалы из интерметаллидных композитов и керамокомпозитов в программах создания многоразовых систем преду­сматриваются в качестве основного конструкционного материала, со­ставляющего более 50 % массы конструкции.

Использо­вание этих материалов для деталей и узлов двигательных установок позволит сни­зить массу конструкций до 40 %.

Композитами называют материалы, являющиеся комбинацией двух или более компонентов.

Эти компоненты называются:

- волокна (наполнитель);

- связующее (матрица).

Одним из сдерживающих факторов быстрого распространения новых материалов является относи­тельно высокая цена. Следует отметить, что важнейший (если не единст­венный) путь ее снижения - совершенствование существующих и разра­ботка новых экономичных, экологически чистых, ресурсосберегающих технологий производства.

3. 1. Композиционные материалы с полимерной матрицей в основном ис­пользуются для изготовления крупногабаритных деталей сложной фор­мы:

- лопасти вентилятора,

- кожухи,

- конус воздухозаборника и др.

Они обладают высокой удельной прочностью, но имеют низкие рабо­чие температуры, не превышающие для условий длительной эксплуатации 150 ... 200 °С. Эти материалы применяются в основном в производ­стве двигателей гражданской авиации. В качестве наполнителя исполь­зуются волокна из углерода, стекла, бора и других мате­риалов, а в качестве связующего - эпоксидные, фенолоформальдегидные, кремнеорганические смолы и т.д.

Перспективными являются материалы, работающие при 300 ... 350 °С.

3.2. Интерметаллидные металломатричные композиты.

Интерметаллидные композиты обладают повышенной прочностью и позволяют снизить массу деталей до 50 % по сравнению с традиционно применяемыми титановыми сплавами.

Матрица в них - на основе титана или интерметаллидных соединения TiAl, а

наполнитель - керамические волокна, например SiC, SiC/C.

Интерметаллидные композиты представляют особый ин­терес как замена никелевых сплавов и обладают следующими положительными свойствами:

- высокая проч­ность,

- высокое сопротивление ползучести,

- работоспособность в широком интер­вале температур до 900 ... 950 °С.

Использование этих материалов может значительно повысить качест­венные характеристики двигателей новых поколений.

Композиционные материалы с интерметаллидной матрицей по прогнозам ведущих авиационных фирм, в новых по­колениях двигателей будут составлять около 20 %.

Однако широкое использование этих материалов сдерживается из-за:

- значительное различие в коэффициентах линейного термическо­го расширения волокон и матрицы,

- химические реакции и превращения, протекающие на границах волокон и матрицы,

- сложность процессов по­лучения материала (особенно волокон),

- высокая стоимость материалов.