Miło nam poinformować, że zespół Laboratorium Mikromechaniki Doświadczalnej IPPT PAN (LMD IPPT PAN), którego kierownikiem jest dr hab. inż. Dariusz Jarząbek, został partnerem w prestiżowym projekcie realizowanym w ramach programu Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) FIRST – Liquid Propulsion Technologies for Future Space Transportation: New Materials and Processes for Launcher and In-Space Liquid Propulsion.
Na zdjęciu, od lewej: dr hab. inż. Dariusz Jarząbek, prof. IPPT PAN, Karolina Stępniak, Arkadiusz Chyliński, mgr inż. Hubert Grzywacz, inż. Hanna Konopacka, mgr inż. Wojciech Dera, Mateusz Włoczewski oraz mgr inż. Piotr Jenczyk
Projekt SPARK – Strong Performance Alloys for Rocket Kinetics, którego liderem jest firma Bimo Tech Sp. z o.o., dotyczy opracowania nowej klasy materiałów odpornych na ekstremalne warunki pracy w napędach rakietowych – w szczególności w komorach wstępnego spalania (preburnerach) pracujących w środowisku bogatym w tlen, pod bardzo wysokim ciśnieniem (nawet do 380 bar) i w temperaturach przekraczających 1000°C.
Wyzwanie badawcze
Współczesne silniki rakietowe nowej generacji, oparte na cyklu pełnego spalania (Full Flow Staged Combustion), wymagają stosowania materiałów o wyjątkowej odporności na utlenianie, wysoką temperaturę oraz obciążenia mechaniczne. W szczególności dotyczy to tzw. oxygen-rich preburnerów, w których gorące gazy bogate w tlen są kierowane do dalszych etapów silnika. Standardowe materiały, takie jak stopy niklu typu Monel K500, tracą wytrzymałość i plastyczność już w temperaturach ok. 650–700°C, a ich odporność na korozję wysokotemperaturową w warunkach utleniających jest niewystarczająca. Dodatkowym ograniczeniem jest brak możliwości ich wytwarzania metodami przyrostowymi, które są kluczowe dla nowoczesnej, zoptymalizowanej konstrukcji elementów silników rakietowych.
Cel projektu SPARK
Rozwiązaniem tych problemów mają być opracowane w projekcie stopy wysokiej entropii typu RHEA (Refractory High Entropy Alloys), zawierające metale ogniotrwałe, takie jak Hf, Mo, Nb, Ta, Ti, V czy W. Materiały te, zaprojektowane przy użyciu zaawansowanych metod obliczeniowych (DFT, CALPHAD), będą charakteryzowały się znacznie wyższą stabilnością termiczną, odpornością na utlenianie i lepszymi właściwościami mechanicznymi w wysokich temperaturach niż obecnie stosowane stopy metali. Istotnym wymogiem jest również ich kompatybilność z technologiami wytwarzania przyrostowego, co umożliwi produkcję złożonych kształtów w sposób ekonomiczny.
Rola IPPT PAN
W ramach projektu LMD IPPT PAN zaprojektuje początkowe składy stopów oraz będzie odpowiedzialny za ich wytwarzanie z wykorzystaniem stopowania mechanicznego, spiekania proszków metodą HP (Hot Pressing), a także technologii druku 3D metodą Laser Powder Bed Fusion (LPBF) dla elementów o złożonej geometrii.
Zespół odpowiada również za zaawansowaną charakterystykę mikrostrukturalną i mechaniczno-termiczną opracowywanych materiałów, wykorzystując nowoczesną infrastrukturę badawczą Instytutu. Obejmie to m.in. analizy SEM/EDS/EBSD, badania dylatometryczne i pełzania, testy wytrzymałości do 1600°C oraz ocenę odporności na utlenianie w warunkach symulujących pracę w komorze wstępnego spalania
Projekt SPARK wpisuje się w strategiczne działania IPPT PAN na rzecz rozwoju technologii kosmicznych oraz badań nad materiałami przeznaczonymi do pracy w ekstremalnych warunkach, wspierając jednocześnie budowę europejskich kompetencji w zakresie przyszłych systemów wynoszenia ładunków na orbitę.
