ИСТИНА

Поиск новых керамик для термобарьерных покрытий (ТБП) газотурбинных лопаток является очень острой проблемой в связи с тем, что резервы дальнейшего улучшения эксплуатационных параметров наиболее используемого материала для этого – стабилизированного иттрием диоксида циркония (YSZ) - практически исчерпаны. Достигнутые для YSZ параметры диктуют весьма высокие требования к новым материалам для ТБП: (1) максимально низкую теплопроводность (порядка 1 Вт м-1K-1 и ниже); (2) высокую термостойкость (температура плавления не менее 2000 K, отсутствие разложения и фазовых превращений в рабочем температурном диапазоне), (3) высокую прочность, эрозионную и коррозионную стойкость, (4) коэффициент теплового расширения, близкий к таковому для материала лопатки (не менее 10–5 K-1), (5) низкую кислородную диффузию. Самым важным и сложным является критерий #1, учитывая чувствительность теплопроводности к химическому и изотопному составу, к структурному беспорядку и структурной сложности вообще, что обусловливает и сложность ее теоретического предсказания. Наша гипотеза состоит в том, что в силу своих часто сложных химического состава и структуры, многие минералы будут обладать очень низкой теплопроводностью, и нужный материал можно найти среди высокотемпературных сложнооксидных минералов (это автоматически гарантирует стабильность при высоких температурах с достаточно сложной кристаллической структурой и высокой степенью изоморфной смесимости (эти два фактора благоприятны для низкой теплопроводности) и минимальной структурной анизотропией. Подобранные таким образом минералы будут изучаться с помощью квантово-механических расчетов теплопроводности и теплового расширения, а также экспериментального измерения этих свойств на природных образцах разных составов из коллекции Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана. В результате этого поиска мы ожидаем найти материалы для ТБП, превосходящие по своим характеристикам YSZ. Наиболее многообещающие минералы и их синтетические аналоги, состав которых будет подобран на основе расчетов, затем будут синтезированы различными методами и испытаны в качестве термобарьерных покрытий.

The search for new ceramics for thermal barrier coatings (TBC) of gas turbine blades is a very actual problem due to the fact that there are very few possibilities for further improvement of the performance parameters of the most used material for this – yttria-stabilized zirconia (YSZ). The achieved parameters for YSZ dictate very high requirements for new materials for TBC: (1) the lowest possible thermal conductivity (about 1 W m-1K - 1 and below); (2) high temperature resistance (melting point not less than 2000 K, no decomposition and phase transformations in the working temperature range), (3) high strength, erosion and corrosion resistance, (4) thermal expansion coefficient close to that of the blade material (not less than 10-5 K-1), (5) low oxygen diffusion. The most important and complex criterion is #1, taking into account the sensitivity of thermal conductivity to chemical and isotopic composition, to structural disorder and structural complexity in General, which also determines the complexity of its theoretical prediction. Our hypothesis is that due to its often complex chemical composition and structure, many minerals will have very low thermal conductivity, and the desired material can be found among high-temperature complex oxide minerals . Selected minerals will be studied using quantum-mechanical calculations of thermal conductivity and thermal expansion, as well as experimental measurement of these properties on natural samples of different compositions from the collection of the Mineralogical Museum. A. E. Fersman. As a result of this search, we expect to find materials for TBC that are superior in performance to YSZ. The most promising minerals and their synthetic analogues, the composition of which will be selected on the basis of calculations, will then be synthesized by various methods and tested as thermal barrier coatings