Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1: Традиционное покрытие YSZ:
a)До воздействия пепла
b)После воздействия пепла
c)Распределение вулканического кремния
Рис. 2: Инновационное покрытие на основе
Gd2Zr2O7:
a)До воздействия пепла
b)После воздействия пепла
c)Распределение вулканического кремния
Рис. 3: Инновационное покрытие из смеси
оксидов циркония,
алюминия, иттрия и титана:
a)До воздействия пепла
b)После воздействия пепла
c)Распределение вулканического кремния

Извержение вулкана может быть полезно?

Ключевые слова:  керамика, новый материал, тонкие пленки

Опубликовал(а):  Чепиков Всеволод Николаевич

20 июня 2011

Не так давно извержение вулкана Эйяфьятлайокудль парализовало воздушное движение над Европой, приведя к миллиардным убыткам и нарушив привычное течение жизни сотен тысяч людей. Совсем недавно подобные опасения внушал вулкан Гримсвотн. И мы не гарантированы от повторения такой ситуации.

Современные реактивные двигатели должны иметь огромную мощность, а побочным ее эффектом являются высочайшие рабочие температуры (нередко достигающие 1200 ºС). При таких температурах вулканический пепел может запросто взаимодействовать, например, с керамическим покрытием лопаток турбин. В результате куски покрытия могут отваливаться, обнажая металл, что при дальнейшей эксплуатации может привести к катастрофическим разрушениям.

Остроту проблемы пытаются снизить, прокладывая маршруты через зоны с наименьшей концентрацией частиц пепла. Но полностью избежать контакта с пеплом невозможно, поэтому требуется подготовить двигатель к встрече с ним.

Обычные защитные покрытия для лопаток турбин и прочих частей двигателя делаются из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и представляют собой пленку толщиной 100-200 нм. Известно, что непременной составляющей вулканического пепла является кремний, отсутствующий в применяемых защитных покрытиях. Это позволяет оценить степень взаимодействия, а, следовательно, и повреждения покрытия, проанализировав распределение кремния в поперечном сечении образца. Подобные исследования (рис. 1) показывают достаточно печальную картину. Пепел плавится на поверхности покрытия, образуя стеклообразную массу. Она диффундирует внутрь керамики по порам и границам зерен, частично растворяя YSZ.

Для решения этой проблемы были предложены два типа инновационных керамических покрытий: на основе цирконата гадолиния и на основе керамики сложного состава, включающего оксиды циркония, алюминия, титана и иттрия. Вообще они были разработаны как замена YSZ, обладающая большей теплопроводностью, но здесь оказались очень кстати. Данные покрытия были подвергнуты действию потока пепла, подобного вулканическому, для моделирования условий их работы. При данных температурах пепел плавился, но не разрушал покрытие, а, наоборот, образовывал стекловидную пленку на его поверхности. По результатам локального микроанализа, весь кремний оставался локализован на поверхности этих покрытий (рис 2, 3).

Таким образом, пепел не только не разрушал защитное покрытие, но, возможно, даже упрочнял его. Кто знает, быть может, для двигателей самолетов будущего вулканический пепел окажется не только безвреден, но и полезен?




Комментарии
Вайн Анна Аркадьевна, 20 июня 2011 10:36 
Не повредит ли двигателю неравномерное оседание стекловидной пленки на поверхности лопаток подобно холестериновым бляшкам в кровеносных сосудах?.
Как раз неравномерное распределение стекловидной фазы скорее всего приведет к изменению центра тяжести лопаток турбины, а соответственно к вибрации из-за который нарушается работа двигателя.
Центр тяжести вряд ли сместится, ведь в процессе "осаждения" двигатель вращается и довольно быстро.
А кулер в компьютере тоже вращается, но в пыльном помещении он со временем начинает шуметь и вибрировать, пока его не почистишь.
И 3-го рисунка видно, что первоначально поверхность лопатки имеет разную толщину слоя, причем имеются как превышение толщины так и наоборот. Частицы будут первоначально осаждаться на утолщениях, а отсюда и неравномерное распределение.
А если скорость большая то весь расплав будет стремиться к центру.
"А если скорость большая то весь расплав будет стремиться к центру."
К какому центру? К центру вращения ротора двигателя? А как центробежная сила?

т.е. к краю лопасти

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Грандканьон
Грандканьон

Все члены сборной России получили медали на 30-й Международной биологической олимпиаде для школьников
21 июля в Сегеде (Венгрия) подвели итоги 30-й Международной биологической олимпиады для школьников. Российская сборная на состязании завоевала три серебряные медали и одну бронзовую.

Шесть медалей завоевали российские школьники на 60-й Международной математической олимпиаде
Стали известны итоги 60-й Международной математической олимпиады для школьников, которая проходила в Бате (Великобритания). Российская сборная завоевала две золотые и четыре серебряные медали.

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.