2.4 Разработка электрохимических устройств с применением твердых электролитов на основе диоксида циркония.

Одним из направлений является разработка электрохимических устройств с применением твердых электролитов на основе диоксида циркония. Твердые электролиты представляют собой твердый раствор ZrO2 с добавками оксидов иттрия, кальция, магния, алюминия и других металлов обладают ионной проводимостью по кислороду. Уникальное сочетание высоких термомеханических и проводящих свойств материалов на основе частично стабилизированного ZrO2 обусловило широкое применение их в качестве твердых электролитов для высокотемпературных электрохимических устройств различного назначения:

• в датчиках контроля кислорода в кабинах летательных аппаратах;

• в высокотемпературных электролизерах воды для получения водорода;

• в топливных элементах;

• в кислородных насосах;

• в датчиках контроля кислорода для оптимизации процессов литья конструкционных высококачественных сталей, для минимизации выбросов вредных веществ в автомобильных двигателях и для оптимизации и контроля процессов в химических и энергетических ядерных установках.

В качестве исходных компонентов для твердых электролитов используются нанокристаллические порошки диоксида циркония.

Рис.8 Структура порошков оксидов производства ФГУП «ОНПП Технология»

При применении нанокристаллических порошков (с размером кристаллитов 35–40нм) специалисты ОНПП «Технология» создали уникальные структуры с размером частиц 100 –150 нм, благодаря которым возможно получение повышенной термостойкости и трещиностойкости, расширенного диапазона рабочих температур и давлений высокотемпературных электрохимических устройств.

2.5 Изучение тенденции увеличения упруго-прочностных характеристик углепластика на основе эпоксидной матриц, модифицированной наночастицами.

Одним из направлений исследований является изучение тенденции увеличения упруго-прочностных характеристик углепластика на основе эпоксидной матриц, модифицированной наночастицами. Для этого была использована золь-гель технология с целью введения наночастиц оксида циркония и других наномодификаторов в эпоксидную матрицу. Наномодифицирование полимерной матрицы наночастицами оксидом циркония позволило специалистам предприятия и других институтов России достичь увеличения упруго-прочностных характеристик полимерного композиционного материала на 25–30%. При этом наблюдается высокая стабильность полученных результатов («разброс» между минимальными и максимальными значениями предела прочности при сжатии в два раза меньше у наномодифицированного углепластика по сравнению с немодифицированным).

Рис. 9

Композиционные детали, выполненные по данной технологии, позволяют изготавливать облегченные изделия с повышенными прочностными характеристиками: корпуса летательных аппаратов и детали для них.

2.6 Создание материалов с более низкой теплопроводностью, чем теплопроводность воздуха.

Однм из направлений работ в области нанотехнологий является создание материалов с более низкой теплопроводностью, чем теплопроводность воздуха. Для получения таких теплоизоляционных свойств учеными ОНПП «Технология» были выбраны высокодисперсные, наноструктурные материалы. Так как теплопроводность зависит не только от общей пористости материала, но и от размера пор, наноструктурные теплоизоляционные материалы с порами менее 100 нм имеют теплопроводность близкую или даже ниже теплопроводности воздуха. Это объясняется тем, что в этом случае диаметр пор материала меньше средней длины свободного пробега молекулы газа, его молекулы будут сталкиваться только со стенками пор без переноса энергии путем упругих ударов, что позволяет снизить теплопроводность до сверхнизких величин. Теплофизическая оценка опытных образцов подтвердила правильность подхода к выбору состава и технологии изготовления нового теплоизоляционного материала ТИМ-МП. Ккоэффициенты теплопроводности наноструктурного теплоизоляционного материала заметно меньше, чем у волокнистых материалов типа ТЗМК.

Рис.10 Температурные зависимости коэффициента теплопроводности волокнистого и наноструктурного теплоизоляционных материалов

Основными направлениями применения материала ТИМ-МП является теплоизоляция:

• бортовых устройств регистрации полетных данных самолетов и вертолетов с целью сохранения их работоспособности в чрезвычайных ситуациях;

• двигателей в гражданской авиации и ракетостроении;

• сталеразливочных ковшей и прочих агрегатов для разливки металлов и сплавов;

• энергетического оборудования, промышленных печей.