Российские учёные создали сверхпрочный материал, способный выдерживать экстремальные нагрузки и высокие температуры. Для его получения использовали недорогой, быстрый и эффективный метод производства керамики с улучшенными свойствами.
«Университет МИСИС — лидер в области материаловедения в России: наши разработки традиционно востребованы в высокотехнологичных и наукоёмких отраслях экономики. Коллектив исследователей под руководством молодого талантливого учёного Дмитрия Московских создал керамический композит, способный выдерживать экстремальные нагрузки в агрессивной среде. Его главное преимущество — сочетание высокой прочности и улучшенной трещиностойкости. Новый материал перспективен для применения в аэрокосмической сфере, металлургии, машиностроении, энергетике», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Из карбидной и боридной керамики делают прочные защитные покрытия, твердосплавные инструменты, элементы ракетных двигателей, компоненты для ядерных реакторов и многое другое. Однако у этих материалов есть недостаток — они плохо поглощают энергию удара, оставаясь хрупкими. Даже самые современные тугоплавкие керамики не лишены этого изъяна.
Учёные Университета МИСИС и Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения имени А. Г. Мержанова РАН (ИСМАН) реализовали новую технологию получения двухфазной высокоэнтропийной карбид-боридной керамики. Благодаря этой методике можно создавать керамический композит, в котором два разных типа твёрдых фаз равномерно распределяются на микроуровне.
«Секрет прочности кроется в механизме разрушения. В обычной керамике трещины идут прямо сквозь зёрна материала. В новом композите они вынуждены огибать частицы и идти по границам зерён. Так путь разрушения становится длиннее и сложнее, что значительно повышает вязкость керамики», — объяснил Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Исследователям удалось синтезировать материал за один этап с использованием методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и искрового плазменного спекания. Полученные образцы показали повышенную плотность и однородность структуры, улучшенную твёрдость — 22 ГПа и ударную вязкость — 5,6 МПа. Для сравнения, у однофазного высокоэнтропийного композита показатели равны 18,8 ГПа и 4,2 МПа соответственно. С подробностями работы можно ознакомиться в журнале Materials Science and Engineering: A (Q1).
«Наш метод позволяет получать улучшенную керамику с минимальными усилиями. Он сокращает время и экономит средства за счёт совмещения стадий синтеза в одном технологическом цикле, а также благодаря самораспространяющейся реакции, которая минимизирует внешние энергозатраты», — отметил к.т.н. Сергей Володько, ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант №
Синтез порошков проводился в рамках государственного задания №
