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

 

Жеребенок
Жеребенок

Дистанционный лекторий ФНМ МГУ
Опубликованы приглашения на 4 интересные лекции онлайн лектория проекта дистанционного образования факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова на ближайшую неделю.

Евгений Кац: Перовскит, загадка названия и история открытия
28 мая 2020 г. в 18:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоялась онлайн лекция известного ученого, профессора Евгения Каца (Ben-Gurion University of the Negev) "Перовскит, загадка названия и история открытия", который известен не только своими выдающимися научными достижениями в области химии твердого тела, углеродных наноматериалов, перовскитной фотовольтаики, но и большим вкладом в популяризацию науки.

М.Гретцель "The stunning rise of perovskite solar cells"
28 мая 2020 г. в 19:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоялась онлайн лекция всемирно известного ученого, профессора М.Гретцеля (Федеральная политехническая школа Лозанны) "The stunning rise of perovskite solar cells".

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии
Гудилин Е.А., Горбунова Ю.Г., Калмыков С.Н.
Отделение химии и наук о материалах РАН, а также химический факультет и факультет наук о материалах МГУ инициируют реализацию открытого образовательного проекта «Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии». В рамках проекта ведущие ученые, члены Российской и международных Академий, видные представители вузовской науки прочитают тематические образовательные лекции по химии, науках о материалах, современным подходам в биологии и медицине. Видеозаписи лекций будут размещены в открытом доступе и могут быть использованы ВУЗами в основной и дополнительной образовательных программах, а также для самоподготовки и мотивации студентов и аспирантов на будущие научные достижения.

2019-nCoV: очередной коронованный убийца?
Анна Петренко
В статье рассказывается о коронавирусе 2019-nCoV — что мы знаем сегодня. А ведущие международные научные издательства предоставляют бесплатный доступ к новым статьям, посвященных изучению коронавируса

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.