В ТПУ создали новые керамические композиты для авиации и атомной энергетики
Способ синтеза новых высокопрочных композитов на основе MAX-фаз разработали для авиакосмической отрасли и атомной энергетики ученые Инженерной школы ядерных технологий (ИЯТШ) Томского политехнического университета (ТПУ), 2 мая сообщает пресс-служба вуза.
Ассистент отделения экспериментальной физики ИЯТШ ТПУ Елизавета Седанова пояснила:
«MAX-фазы представляют собой новый класс термодинамически стабильных слоистых материалов, которые сочетают в себе преимущества керамики и металлов. Мы работаем с композитами на основе карбосилицида титана (Ti₃SiC₂). Такие материалы обладают высокими прочностными свойствами при малой плотности, высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии и к термических ударам».
При создании нового способа синтеза таких материалов исследователи ТПУ применили комбинацию методов традиционного вакуумного спекания исходных порошковых смесей и искрового плазменного спекания. Такое сочетание позволило получить особую структуру материалов, обеспечивающую им высокие эксплуатационные характеристики.
Керамические материалы за счет таких свойств, как высокая прочность, жаростойкость, способность выдерживать резкие перепады температур и «работать» в агрессивных средах, являются перспективными для применения в авиакосмической и транспортной отраслях, судостроении, атомной энергетике. Однако общим и главным недостатком всех керамик является хрупкость, ограничивающая их применение.
Отсюда для современной науки вытекает задача получения новых видов материалов с высокими эксплуатационными характеристиками, обладающих достоинствами керамических материалов и не имеющих их недостатков, а также разработка эффективной технологии их производства.
Ученые отделения экспериментальной физики ИЯТШ ТПУ синтезировали композиты на основе MAX-фаз, использовав смесь из доступных отечественных порошков и оригинальный комбинированный метод синтеза.
На первом этапе синтеза они подвергли исходные компоненты — порошки титана, кремния и углерода отечественного производства, спеканию в вакуумной печи. На втором этапе исследователи использовали технологию искрового плазменного спекания, которая обеспечивает высокую скорость консолидации порошков тугоплавких соединений.
«Благодаря быстрому спеканию на втором этапе синтеза с добавлением необходимых компонентов удалось увеличить содержание МАХ-фазы на 10–15%. Кроме того, двухэтапная термообработка способствует росту кристаллов MAX-фазы почти в два раза. Результаты механических испытаний показали, что такая структура обеспечивает улучшенные свойства получаемого композита», — сообщила Елизавета Седанова.
Полученные в результате композиты показали высокие эксплуатационные характеристики и могут использоваться в качестве самостоятельных материалов, а также как добавки для получения новых керамоматричных композитов. Такие материалы будут способны конкурировать с отечественными и зарубежными аналогами за счет доступности исходного сырья и высоких физико-механических характеристик.
