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

 

Год Обезьяны
Год Обезьяны

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

II Всероссийский химический диктант пройдет 18 мая 2019 года
В 2019 году периодическому закону Дмитрия Менделеева исполнится 150 лет! В честь великого открытия этот год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Одним из наиболее ярких событий, приуроченных к этому году, станет II Всероссийский химический диктант, который пройдет 18 мая и который в этом году выходит на международный уровень. Мероприятие было анонсировано в рамках церемонии открытия Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 года в Париже, в штаб-квартире ЮНЕСКО.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

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.