Томские физики синтезировали новые композиты со свойствами металла и керамики
Специалисты отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий Томского политехнического университета разработали технологию синтеза материалов, которые сочетают в себе свойства металла и керамики. Их планируется использовать в водородной и ядерной энергетике, а также в авиации.
Как рассказали «Энергии+» авторы разработки, речь идет о так называемых МАХ-фазах — материалах с уникальной структурой, в которой слоями уложены атомы титана, кремния и углерода (химическая формула Ti3SiC2). Такая структура позволяет сочетать в них свойства металлов и керамики: прочность, тепло- и электропроводность, устойчивость к высоким температурам и коррозии, механическую обрабатываемость.
Синтез МАХ-фазы проходил в два этапа. На первом ученые загрузили порошки титана, кремния и углерода в вакуумную печь, получив заготовку будущего композита. На втором — отправили ее в установку искрового плазменного спекания, в которой через материал, находящийся под давлением, пропускаются короткие электрические импульсы.
МАХ-фаза Ti3SiC2 сама по себе не обладает термической стабильностью при температурах спекания керамики. Речь идет о 1400 градусах Цельсия и выше. Если мы снова отправим ее в печь, чтобы получить монолитную керамику, есть риск, что большая часть Ti3SiC2 просто распадется на карбид титана и другие промежуточные фазы. Искровое плазменное спекание позволяет нам, с одной стороны, избежать распада и сохранить высокое количество МАХ-фазы, с другой — синтезировать новую, добавив к заготовке в зависимости от ее состава еще немного кремния, титана или углерода.
Елизавета Седанова
Ассистент отделения экспериментальной физики ИЯТШ ТПУ
Полученный после такой обработки материал, по словам Елизаветы Седановой, за счет своих эксплуатационных характеристик имеет большие перспективы для применения в энергетике. Например, композиты на основе МАХ-фаз благодаря устойчивости к температурам и механическим нагрузкам могут использоваться для очистки и разделения горячих газов, производства высоконагруженных узлов установок и агрегатов или как невосприимчивое к коррозии покрытие керамических оболочек топливных элементов для ядерных реакторов.
Работа в этом направлении продолжается: на следующем этапе ученые планируют освоить производство улучшенных композитов на основе МАХ-фаз. Исследования были поддержаны Российским научным фондом.
