Учёные Томского государственного университета совершили прорыв в материаловедении, впервые в мире синтезировав высокоэнтропийную керамику на основе редкоземельных металлов. Этот инновационный материал обладает исключительной термостойкостью, что открывает широкие перспективы для его применения в создании критически важных компонентов для нефтегазовой, авиационной и космической промышленностей, а также в энергетике, например, в газотурбинных установках.
Исследовательская группа из ТГУ разработала принципиально новый керамический материал, представляющий собой сложный сплав (высокоэнтропийный) пяти и более компонентов. В его состав вошли порошки редкоземельных металлов — гафния, титана, железа, ванадия, хрома — в сочетании с неметаллом, азотом (Hf-Ti-Fe-V-Cr-N). Синтез был успешно осуществлён методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), что подтверждается публикациями в авторитетных международных научных журналах высшего квартиля (Q1 и Q2).
Технология создания материала
Ключевой особенностью использованных редкоземельных металлов является их способность выделять значительное количество тепла в ходе химических реакций. Это свойство позволило учёным предположить возможность формирования раствора с особой кристаллической структурой, характерной для высокоэнтропийных сплавов. Для запуска процесса порошковая металлическая смесь предварительно подвергалась интенсивной механической активации в планетарной мельнице в течение двух часов.
«При использовании метода СВС порошковая смесь быстро и послойно „выгорает“ благодаря экзотермическим реакциям между металлами и их взаимодействию с азотом в герметичной камере», — пояснил Илья Жуков, заведующий лабораторией нанотехнологий металлургии ТГУ. После активации из порошков были спрессованы образцы, которые затем поместили в реактор высокого давления, заполненный чистым азотом. В качестве инициатора горения использовался титановый слой. Учёные отметили, что процесс горения протекал равномерно и послойно, что в итоге обеспечило высокую однородность состава и структуры конечного продукта.
Обратите внимание: Печать на USB-флешках – технологии создания рекламных инструментов.
Перспективы и дальнейшие исследования
Следующим важным этапом работы станет всестороннее изучение физико-механических свойств полученного материала. Исследователям предстоит установить чёткую взаимосвязь между уникальной микроструктурой керамики и её эксплуатационными характеристиками, такими как прочность, твёрдость и устойчивость к экстремальным температурам и нагрузкам. Успех этих исследований определит конкретные направления внедрения нового материала в высокотехнологичные отрасли.
Больше интересных статей здесь: Технологии.
Источник статьи: Уникальный материал можно использовать для создания жаропрочных элементов в нефтедобывающей и аэрокосмической отраслях.