Технологии для термобарьерных покрытий

В современных газотурбинных двигателях рост рабочих температур — главный путь к повышению эффективности. Однако это создает экстремальные термические нагрузки на конструкционные материалы. Одним из наиболее эффективных методов теплозащиты остаются термобарьерные покрытия (ТБП). Доминирующим материалом для таких покрытий является диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия. Но его применение сталкивается с фазовой нестабильностью при температурах выше 1200 °C и относительно высокой скоростью диффузии кислорода, что ведет к деградации покрытия и сокращению ресурса деталей.

Цель проекта под руководством студентки СПбПУ Анастасии Широбоковой — разработка отечественной технологии синтеза порошков на основе циркониевой керамики, модифицированной редкоземельными элементами. Это направление предполагает целенаправленное конструирование материала на микроструктурном уровне. Использование методов машинного обучения и молекулярного моделирования позволяет прогнозировать и подбирать составы сложных оксидов, обладающих улучшенным комплексом свойств: низкой теплопроводностью (1.1–1.7 Вт/(м·К)), повышенным коэффициентом термического расширения и фазовой стабильностью в окислительной среде при температурах свыше 1200 °C.

Актуальность работы определяется острой зависимостью российской промышленности от импорта дорогостоящих порошков для ТБП, а также потребностью в материалах нового поколения для защиты двигателей.

На предварительном этапе получены образцы порошка со сферической формой частиц и высокой сыпучестью, что важно для технологии нанесения. Дальнейшая работа будет сфокусирована на отработке параметров синтеза, нанесении покрытий и их функциональных испытаниях.

Успешная реализация проекта, поддержанного Фондом содействия инновациям в конкурсе «УМНИК-2025», способствует позволит создать конкурентоспособный отечественный продукт, снижающий риски импортозависимости и способствующий технологическому развитию авиационной и энергетической отраслей.