29 июня 2017 Г. Нанотехнологии и наноматериалы Российские нанотехнологии STRF.RU регистрация вход

   
Приложение журнала «Российские нанотехнологии» для iPad
Главная / Новости и События / Все новости
Редколлегия
Контакты
Размещение рекламы
Партнёры
форум
В мире НАНО
Реклама

Украинский сайт нанотехнологий

Новости и События

Все новости

13.10.2009   От форсунок до сенсоров

Перед нанопорошковыми технологиями в авиационно-космической отрасли открыты большие перспективы, как с научной, так и с коммерческой точки зрения. Особенно это относится к таким направлениям, как новые структурные материалы, хранение и выделение энергии, хранение и передача информации, системы жизнеобеспечения и мониторинга. В ближайшие 10-15 лет следует ожидать технологического прорыва в этой области.

Лобовые стекла и обшивка корабля «Буран» были зищищены термостойкими наноматериалами 

Лобовые стекла и обшивка корабля «Буран» были зищищены термостойкими наноматериалами. Фото: Вадим Лукашевич, http://www.buran.ru/

Авиационно-космическая техника всегда требовала материалов с экстремальными, трудно достижимыми свойствами и поэтому являлась «локомотивом» для новых технологий. Эту роль она в полной мере сыграла и при развитии нанотехнологий в последние десятилетия ХХ века. Так, например, в двигателях ракет-носителей «Союз» используют титановое покрытие со свойствами нанопорошка, разработанное еще в Институте неорганической химии Латвийской Академии наук. Его наносят на форсунки, через которые вытекают продукты горения в виде плазмы с температурой более чем 3000 °С, при которой обычная сталь и металлические сплавы расплавились бы мгновенно. Латвийские ученые решали проблему термостойкости и применительно к советскому космическому кораблю многоразового использования «Буран». В открытом космосе при огромных температурах любое стекло в иллюминаторах корабля сгорает, а при увеличении его толщины затруднена возможность обзора, так как заметно уменьшается прозрачность. Неорганическое покрытие из наноматериала наносилось на внешнюю сторону иллюминатора, не меняя оптические свойства самого стекла. Внешняя оболочка «Бурана» также была покрыта термостойкими керамическими соединениями на основе нанопорошков.

Одна из основных задач современного самолетостроения — облегчение конструкции летательного аппарата без потери в прочности. Замена нескольких сотен тысяч заклепок, используемых при изготовлении корпуса большого пассажирского самолета, на сварные швы позволила бы значительно облегчить его, удешевить производство и существенно улучшить эксплуатационные характеристики. Однако в конструкции самолета все детали должны иметь одинаковую прочность, т. е. сварной шов должен обладать такой же прочностью, что и свариваемый материал, чего нельзя достигнуть традиционными методами. Ученые Института теоретической и прикладной механики СО РАН разработали технологию, которая может помочь в решении этой задачи. Ее основная идея — введение в сварной шов порошка тугоплавкого соединения (например, карбида или нитрида титана) с наноразмерными частицами. Это дает возможность управлять процессом кристаллизации металла при сварке. Введение нанопорошка в сварной шов кардинальным образом изменяет процесс зародышеобразования, которое происходит на наноразмерных частицах на границе контакта трех фаз (наночастица-зародыш-расплав) и резко изменяет строение и величину растущего зерна. Структура шва вместо игольчато-дендритной становится квазиравноосной и мелкодисперсной. Уменьшается размер неметаллических включений. Соответственно, повышаются механические свойства (прочность и пластичность) металла шва, возрастает в несколько раз относительное удлинение, увеличиваются предел прочности и предел текучести.

Другое перспективное применение нанотехнологий в авиастроении связано с покрытиями, применяемыми в гидросистемах самолетов. В настоящее время используются хромовые покрытия, они хорошо изучены, технологичны и длительное время применяются в авиастроении.

Вместе с этим, хромовые покрытия не лишены и некоторых недостатков, одним из которых является их пористость. Для снижения пористости покрытия и повышения его стойкости к эрозионному износу была разработана технология хромирования из электролитов, содержащих нанопорошки Al2O3, эта технология получила название кластерное хромирование.

В настоящее время в стадии разработки находятся и многие другие применения нанопорошков в области авиации и космонавтики. Например, это новые материалы с улучшенными термомеханическими свойствами, прочностными характеристиками и удобные в обработке. В частности, для термической и химической защиты внешних поверхностей и окон космических аппаратов предполагается использовать керамические нанопорошки Si3N4, SiC, TiCN, Al2О3, SiO2, а в качестве альтернативы титану в элементах конструкции жидкостных ракетных двигателей — нанопорошки сплавов алюминия, которые легче и менее подвержены водородной хрупкости (проект NASA SBIR).

Для авиационно-космической техники важны теплозащита и терморегуляция. В частности, для теплозащиты могут быть эффективны наноструктурированные керамические волокна; матрицы, использующие в качестве компонентов нанопорошки карбида кремния и оксида алюминия; покрытия волокон, имеющие структуру наномасштаба. Наноструктурированные алмазоподобные углеродные пленки могут, например, способствовать улучшению системы терморегулирования космических аппаратов, так как показатель их теплопроводности в 4 раза выше теплопроводности меди. Помимо этого, алмазоподобные пленки могут также обеспечить защиту от коррозии, в частности от воздействия атомарного кислорода.

Широкое использование композитных материалов в авиакосмической отрасли потребовало разработкисистем мониторинга их состояния, поскольку традиционные методы контроля, основанные на измерении вихревых токов, непригодны для непроводящих материалов. С этой целью фирма Airbus приступила к разработке пьезоэлектрического красителя на основе титано-циркониевого нанопорошка. Этот краситель является очень чувствительным датчиком вибраций, ударных нагрузок, а также повреждений обшивки самолета.

Не обойтись без нанотехнологий и в топливных элементах разрабатываемых сейчас водородных двигателей. Основной проблемой этих двигателей является нахождение достаточно компактного и емкого накопителя водорода. Благодаря высокой поверхностной активности нанопорошки на основе магний-никелевых или лантан-никелевых сплавов рассматриваются в качестве основных кандидатов на эту роль.

И наконец — электрохимические газовые датчики, используемые для контроля утечек водорода в ракетных двигателях и состава атмосферы на пилотируемых орбитальных станциях. Исследования показали, что датчики, использующие нанопорошковые покрытия на основе окислов металлов (преимущественно SnO2), более компактны, чувствительны и устойчивы в работе.

К. ф.-м. н. Александр Данилов. Опубликовано в журнале «Российские нанотехнологии» № 9-10 2009 год.



обсудить публикацию

версия для печати



ай вао
Интервью

Композиты на острие 3D-принтинга


Учёные СПбПУ и Сколтеха разрабатывают «софт» и «железо» для трёхмерной печати композиционных изделий

читать полностью читать полностью




Acta Naturae



© ООО «Парк-медиа», 2007-2008

Разработка - Metric

Все права защищены
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100