Vật liệu gốm đặc biệt giúp động cơ máy bay Nga chịu được nhiệt độ 2.000 độ C

Các nhà khoa học Nga mới đây cho biết đã phát triển thành công một loại vật liệu đặc biệt từ gốm, có thể chịu được nhiệt độ rất cao lên đến mức 2.000oC.

Vật liệu này được gọi với mã định danh Ba2YNbO6, có thể sử dụng làm lớp trên cùng trong các lớp phủ chắn nhiệt cho động cơ máy bay và turbine khí - những nơi chịu tác động của nhiệt độ cao.

Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Nga đã được công bố trên Tạp chí Ceramics International và ngay lập tức thu hút sự quan tâm lớn từ cả giới chuyên môn cũng như những người ngoài ngành.

Cần lưu ý , máy bay và đặc biệt là động cơ hiện đại đòi hỏi vật liệu có khả năng hoạt động ở nhiệt độ trên 1.200oC. Trong khi đó lớp phủ zirconium dioxide - vật liệu thông dụng hiện nay lại bị mất đi các đặc tính kỹ thuật khi gặp tình trạng quá nhiệt, dẫn đến giảm tuổi thọ động cơ.

Các nhà khoa học từ Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo (Skoltech) và Viện Hóa học Vô cơ A.V. Nikolaev thuộc Chi nhánh Siberia của Viện Hàn lâm Khoa học Nga đã áp dụng một phương pháp toàn diện khi kết hợp mô hình hóa bằng siêu máy tính và thí nghiệm thực tế.

Sử dụng công nghệ cơ khí và động lực học phân tử, các nhà khoa học đã tính toán độ dẫn nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu. Sau đó các chuyên gia đã tổng hợp bột và sản xuất mẫu gốm có mật độ cao để dùng làm lớp phủ động cơ máy bay.

Trong những bài kiểm tra ở điều kiện làm việc khắc nghiệt, loại gốm mới không bị nóng chảy ngay cả khi được nung nóng đến 2.000oC, chứng tỏ tính ổn định nhiệt của vật liệu mới ở mức cực kỳ cao.

Kết quả thí nghiệm cho thấy mức độ dẫn nhiệt của vật liệu gốm thế hệ mới ở nhiệt độ hoạt động 1.000oC của động cơ máy bay chỉ xấp xỉ 1,9 W/(m K), thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn hiện hành.

Hệ số giãn nở nhiệt của lớp phủ gốm cho động cơ gần bằng độ giãn nở của kim loại làm cánh turbine, giúp ngăn ngừa nứt vỡ trong chu kỳ gia nhiệt và làm nguội. Bên cạnh đó tính chất cơ học bao gồm cả độ cứng nano đều tương đương với các vật liệu hiện có.

Một đại diện của Skoltech đã nhấn mạnh, sự phát triển vật liệu mới này mở ra triển vọng tạo lập động cơ thế hệ tiếp theo với hiệu suất cao, tiêu thụ nhiên liệu ít và tuổi thọ dài hơn.

Hiện tại những dự án chế tạo động cơ phản lực nội địa đang thu hút nhiều sự quan tâm nhất của Nga là loại PD-8 và PD-14 với lực đẩy danh nghĩa 8 và 14 tấn, chúng được phát triển cho máy bay chở khách SJ-100 cùng với MS-21.

Trong tương lai, Nga còn tham vọng tạo ra thế hệ động cơ PD-26 và PD-35 để tích hợp cho các loại máy bay cỡ lớn, khi công suất tăng cao, tình trạng quá nhiệt luôn đe dọa độ bền và đây chính là thời điểm vật liệu gốm chịu nhiệt mới sẽ phát huy tác dụng lớn.

Việt Dũng