Не так давно извержение вулкана Эйяфьятлайокудль парализовало воздушное движение над Европой, приведя к миллиардным убыткам и нарушив привычное течение жизни сотен тысяч людей. Совсем недавно подобные опасения внушал вулкан Гримсвотн. И мы не гарантированы от повторения такой ситуации.
Современные реактивные двигатели должны иметь огромную мощность, а побочным ее эффектом являются высочайшие рабочие температуры (нередко достигающие 1200 ºС). При таких температурах вулканический пепел может запросто взаимодействовать, например, с керамическим покрытием лопаток турбин. В результате куски покрытия могут отваливаться, обнажая металл, что при дальнейшей эксплуатации может привести к катастрофическим разрушениям.
Остроту проблемы пытаются снизить, прокладывая маршруты через зоны с наименьшей концентрацией частиц пепла. Но полностью избежать контакта с пеплом невозможно, поэтому требуется подготовить двигатель к встрече с ним.
Обычные защитные покрытия для лопаток турбин и прочих частей двигателя делаются из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, и представляют собой пленку толщиной 100-200 нм. Известно, что непременной составляющей вулканического пепла является кремний, отсутствующий в применяемых защитных покрытиях. Это позволяет оценить степень взаимодействия, а, следовательно, и повреждения покрытия, проанализировав распределение кремния в поперечном сечении образца. Подобные исследования (рис. 1) показывают достаточно печальную картину. Пепел плавится на поверхности покрытия, образуя стеклообразную массу. Она диффундирует внутрь керамики по порам и границам зерен, частично растворяя YSZ.
Для решения этой проблемы были предложены два типа инновационных керамических покрытий: на основе цирконата гадолиния и на основе керамики сложного состава, включающего оксиды циркония, алюминия, титана и иттрия. Вообще они были разработаны как замена YSZ, обладающая большей теплопроводностью, но здесь оказались очень кстати. Данные покрытия были подвергнуты действию потока пепла, подобного вулканическому, для моделирования условий их работы. При данных температурах пепел плавился, но не разрушал покрытие, а, наоборот, образовывал стекловидную пленку на его поверхности. По результатам локального микроанализа, весь кремний оставался локализован на поверхности этих покрытий (рис 2, 3).
Таким образом, пепел не только не разрушал защитное покрытие, но, возможно, даже упрочнял его. Кто знает, быть может, для двигателей самолетов будущего вулканический пепел окажется не только безвреден, но и полезен?
