Новые композиты на основе прекерамической бумаги - российское ноу-хау для авиакосмической и транспортной отрасли

Прекерамическая бумага представляет собой композит из трёх компонентов:

1. Собственно целлюлозные волокна, на которых основана структура этого материала.
2. Порошок-наполнитель различного состава.
3. Связывающие вещества, соединяющие первые два компонента в единый блок.

В результате получился относительно пластичный материал, который может использоваться как для формирования складок (гофрирования), так и без него. До того момента, как готовое изделие из прекерамической бумаги подвергнуто спеканию, из этого материала можно формировать любые структуры и заготовки. Как следствие, изделие в дальнейшем нуждается только в минимальной обработке, что сокращает время и расходы на его изготовления.

Предполагается, что прекерамическая бумага может применяться в различных областях: изделия из неё могут оказаться хороши как основа для теплообменников, фильтровальных устройств, катализаторов – и даже силовых элементов конструкции самолёта.

Поскольку при изготовлении прекерамической бумаги возможно использование различных наполнителей, новый материал позволяет управлять составом как отдельных слоёв композита, так и всей детали в целом. Такое свойство связано с эффектом «максимальных фаз» (MAX-фаз) для карбидов и нитридов с гексагональной структурой молекул. Как следствие, материал одновременно обладает свойствами как чистых металлов (высокая электропроводность, механическая прочность и т. д.), так и инженерной керамики (устойчивость к химически агрессивной среде, сохранение жёсткости при высоких температурах). Хотя само явление было открыто в 60-х годах, активная разработка материалов на основе этого эффекта начата только в последнее десятилетие.

Конкретно в разработке исследователей ТПУ использовался наполнитель на основе кремния и алюминия, причём свойства конкретного слоя прекерамической бумаги задавались разным их соотношением. После того, как заготовка была сформирована, готовое изделие проходило стадию искрового плазменного спекания, после которого и приобретало все необходимые свойства.

По словам одного из исследователей, Егора Кашкарова, руководителя лаборатории перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем, полученные в результате разработки композиты имеют высокие физико-механические характеристики. При этом, в отличие от обычной инженерной керамики, прекерамическая бумага легко поддаётся механической обработке, а также может быть вторично переработана для того, чтобы изготовить новое изделие из такого материала. Меняя состав бумаги и очерёдность укладки слоёв, можно достаточно широко регулировать состав и внутреннюю архитектуру композитных материалов.

Статья о методах создания новых материалов на основе прекерамической бумаге направлена в «Journal of the European Ceramic Society», В настоящий момент исследования, ведущиеся в рамках гранта Российского научного фонда (19-19-00192), продолжаются. Учёные ТПУ ищут новые способы применения получившегося композитного материала. В первую очередь предполагается его использование в качестве элемента для фильтрации водорода, поскольку водородная энергетика сейчас является перспективным и многообещающим направлением.