Углерод и керамика: учёные МАИ создают жаростойкий композит для ракетно-космической техники

Учёные МАИ работают над созданием жаростойкого углерод-керамического композиционного материала для ракетно-космической техники, который не разрушается под воздействием высоких температур в окислительных средах. Его можно будет использовать для защиты летательных аппаратов, подвергающихся экстремальному нагреву до 2200–2300 °С и выше и воздействию атмосферного кислорода на высоких скоростях. Аналогичные температуры возникают и при горении топлива в проточных трактах двигательных установок, где также возможно применение маёвского композита.

– При высоких температурах и при наличии кислородсодержащих компонентов в газовых потоках структурные составляющие матрицы нашего материала начинают окисляться. Это приводит к формированию оксидной пленки, которая закрывает собой поверхность композита и не пускает окислитель внутрь, – рассказывает о действии «суперсилы» композита руководитель проекта, доцент кафедры 903 «Перспективные материалы и технологии аэрокосмического назначения» МАИ Алексей Астапов.

Проект по созданию углерод-керамических композитов реализуется в рамках цикла исследований МАИ, финансируемых Российским научным фондом. В 2025 году проект получил грант на продолжение работ. На данный момент учёные изучают влияние компонентного состава матриц на поведение материалов в условиях, приближенных к эксплуатационным, а также ведут поэтапную отработку техпроцессов получения композитов.

– Углерод-керамические композиты изготавливаются по той же технологии и на том же оборудовании, что и распространённые углерод-углеродные. Необходимо лишь на стадии изготовления препрегов – полуфабрикатов композиционного материала – включить между слоями углеродных тканей керамические компоненты будущих матриц, – отмечает Алексей Астапов. – Длительность полного цикла изготовления составляет четыре-пять месяцев, затем следуют изучение структуры, физико-механических, эксплуатационных и функциональных свойств, анализ полученных результатов.

Учёными уже разработан и успешно апробирован новый методологический подход к созданию композитов с матрицами на основе карбидов и боридов гафния, титана и ниобия. Они продемонстрировали работоспособность в потоках воздушной плазмы при температурах на поверхности до 2427 °С и в продуктах сгорания смеси углеводородного горючего с воздухом при 2100–2300 °С.

Разработанная технология реализована на опытном производстве АО «Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения» – одного из ведущих предприятий России в области проектирования и производства конструкций из композитных материалов для ракетно-космической техники, транспортного, энергетического, нефтехимического машиностроения.