В Москве создали сверхстойкие материалы для атомной отрасли
Ученые Университета науки и технологий МИСиС создали керамические материалы, которые отличаются высокими прочностью и стойкостью к окислению. На их основе можно изготовить надежные защитные покрытия и детали для атомной, аэрокосмической и автомобильной промышленностей.
Специалисты взяли керамический высокоэнтропийный (состоящий из нескольких элементов, смешанных в равных пропорциях) карбонитрид трех металлов: гафния, тантала и ниобия. В его состав поочередно добавили цирконий и титан. Эти тугоплавкие металлы позволили увеличить устойчивость материала к высокотемпературному окислению — негативному явлению, которое вызывает прирост массы вещества: чем больше оксида образуется, тем больше масса, — а также ускоряет разрушение материала.
По сравнению с другими видами керамики высокоэнтропийные карбонитриды и без добавок более прочные за счет небольшого размера зерен и особой структуры, а также менее подвержены разрушению из-за воздействия тепла и кислорода.
Новые материалы получили, комбинируя различные методы обработки. Исследуя образцы, ученые обнаружили, что они более устойчивы к высокотемпературному окислению, оксидная пленка образуется медленнее. Добавление титана снизило прирост массы за единицу времени на 47,65%, циркония — на 83%. За счет изменения состава специалисты как бы уплотнили оксидный слой, что усилило его барьерную функцию. Более плотная структура защитила материалы от проникновения кислорода, предотвращая дальнейшее окисление.
Добавление титана и циркония повысило температуру окисления материалов с 1005 до 1240 градусов. Это делает их перспективными для турбин АЭС и аэрокосмических выхлопных систем.
