Выпуски

 / 

2025

 / 

Март

  

Обзоры актуальных проблем


Современные и перспективные материалы для термобарьерных покрытий

 
Институт химии твердого тела УрО РАН, ул. Первомайская 91, Екатеринбург, 620219, Российская Федерация

Газотурбинные двигатели широко используются в электроэнергетике и авиастроении. Для снижения экстремальных нагрузок высоких температур на элементы камеры сгорания используют термобарьерные покрытия (ТБП), которые представляют собой напыление из тугоплавкой керамики на жаростойкие никелевые сплавы, позволяющие значительно снизить температуру подложки. Важнейшим вызовом перед научным сообществом остаётся дальнейшее повышение эксплуатационной температуры газотурбинных двигателей для увеличения их эффективности. Традиционно в промышленности применяется диоксид циркония, стабилизированный иттрием, ввиду совокупности своих физико-химических свойств, таких как невысокая теплопроводность, умеренный коэффициент термического расширения, высокая термическая стойкость и твёрдость. Однако наличие фазового перехода, происходящего в стабилизированном оксидом иттрия диоксиде циркония (YSZ) при эксплуатационных температурах, делает невозможным дальнейшее повышение рабочих температур газотурбинных двигателей. Для решения возникшей проблемы привлекаются два основных подхода: дальнейшая модификация диоксида циркония (его допирование) и поиск новых альтернативных материалов. На текущий момент рассмотрен большой перечень всевозможных материалов, включая разнообразные сложные оксиды, такие как перовскиты (SrCeO3), пирохлоры (La2Zr2O7, флюориты (La2Ce2O7) и пр. Ни один из рассмотренных материалов в исходном виде не позволил заменить YSZ в газотурбинных двигателях. Для оптимизации свойств новых тугоплавких оксидов применяется допирование, граничным случаем которого является создание высокоэнтропийных материалов. Смешение пяти и более катионов в эквиатомном соотношении позволяет достичь чрезвычайно низких значений теплопроводности и повышенной термической стабильности высокоэнтропийной керамики, поэтому такие материалы считаются наиболее перспективными для получения термобарьерных покрытий газотурбинных двигателей нового поколения. Настоящий обзор посвящён рассмотрению основных материалов и высокоэнтропийных оксидов на их основе в качестве альтернатив YSZ.

Текст pdf (3,2 Мб)
Адрес для корреспонденции:  shishkin@ihim.uran.ru
Ключевые слова: термобарьерные покрытия, диоксид циркония, теплопроводность, высокоэнтропийные оксиды
PACS: 65.40.−b
DOI: 10.3367/UFNr.2024.07.039716
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2025/3/b/
Цитата: Шишкин Р А "Современные и перспективные материалы для термобарьерных покрытий" УФН 195 245–259 (2025)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 27 декабря 2023, доработана: 5 июля 2024, 8 июля 2024

English citation: Shishkin R A “State-of-the-art and prospective materials for thermal barrier coatingsPhys. Usp. 68 (3) (2025); DOI: 10.3367/UFNe.2024.07.039716

Список литературы (151) Похожие статьи (17) ↓

  1. Н.М. Аристова, С.В. Онуфриев, А.И. Савватимский «Термодинамические свойства нитрида циркония в конденсированном состоянии» УФН 194 1082–1094 (2024)
  2. А.И. Савватимский, С.В. Онуфриев, Н.М. Аристова «Исследование физических свойств тугоплавких карбидов металлов IV и V групп периодической таблицы Менделеева при быстром нагреве импульсом электрического тока» УФН 192 642–662 (2022)
  3. Л.Н. Александров, Б.Я. Любов «Теоретический анализ кинетики распада пересыщенных твердых растворов» УФН 75 117–150 (1961)
  4. Г.М. Гуро «Характеристические времена электронных процессов в полупроводниках» УФН 72 711–740 (1960)
  5. А.П. Пятаков, А.К. Звездин «Магнитоэлектрические материалы и мультиферроики» УФН 182 593–620 (2012)
  6. Ю.С. Орлов, С.В. Николаев и др. «Особенности спиновых кроссоверов в магнитных материалах» УФН 193 689–716 (2023)
  7. К.В. Ларионов, П.Б. Сорокин «Исследование плёнок моноатомной толщины: современное состояние» УФН 191 30–51 (2021)
  8. А.И. Гусев «Высокоэнергетический размол нестехиометрических соединений» УФН 190 371–395 (2020)
  9. А.В. Дмитриев, И.П. Звягин «Современные тенденции развития физики термоэлектрических материалов» УФН 180 821–838 (2010)
  10. А.В. Елецкий «Транспортные свойства углеродных нанотрубок» УФН 179 225–242 (2009)
  11. А.Д. Погребняк, А.П. Шпак и др. «Структура и свойства твёрдых и сверхтвёрдых нанокомпозитных покрытий» УФН 179 35–64 (2009)
  12. Ю.А. Изюмов, Э.З. Курмаев «Материалы с сильными электронными корреляциями» УФН 178 25–60 (2008)
  13. Ю.С. Нечаев «Физические комплексные проблемы старения, охрупчивания и разрушения металлических материалов водородной энергетики и магистральных газопроводов» УФН 178 709–726 (2008)
  14. И.К. Камилов, А.К. Муртазаев, Х.К. Алиев «Исследование фазовых переходов и критических явлений методами Монте-Карло.» УФН 169 773–795 (1999)
  15. Э.Л. Нагаев «Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитосопротивлением» УФН 166 833–858 (1996)
  16. В.А. Шкловский, В.М. Кузьменко «Взрывная кристаллизация аморфных веществ» УФН 157 311–338 (1989)
  17. И.А. Аброян «Влияние ионной бомбардировки на физические свойства полупроводников» УФН 104 15–50 (1971)

Список формируется автоматически.

© Успехи физических наук, 1918–2025
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение