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

 

Титановые наноленты
Титановые наноленты

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

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.