Ученые Инженерной школы ядерных технологий ТПУ разработали новый способ синтеза высокопрочных композитов на основе MAX-фаз для авиакосмической отрасли и атомной энергетики. Они применили комбинацию методов традиционного вакуумного спекания исходных порошковых смесей и искрового плазменного спекания. Предложенная технология позволяет получать материалы с особой структурой, которая обеспечивает их высокие эксплуатационные характеристики.
Исследование проводилось при поддержке гранта Российского научного фонда.
Керамические материалы являются перспективными для применения в авиакосмической и транспортной отраслях, судостроении, атомной энергетике. В сравнении с металлами они обладают высокой прочностью, жаростойкостью, выдерживают резкие перепады температур и могут «работать» в агрессивных средах. Однако основным недостатком любой керамики является хрупкость, что ограничивает ее применение. Поэтому перед современной наукой стоит задача, связанная с получением новых видов материалов, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, и поиском эффективных способов их производства.
Ученые отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий ТПУ синтезировали композиты на основе MAX-фаз из смесей коммерчески доступных отечественных порошков с применением оригинального комбинированного метода синтеза.
– 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, — рассказывает ассистент отделения экспериментальной физики ИЯТШ ТПУ Елизавета Седанова.
В рамках исследования политехники использовали для получения композита комбинированный метод синтеза. Сначала они подвергли предварительной термообработке в вакуумной печи исходные компоненты — порошки титана, кремния и углерода отечественного производства. После вакуумного спекания на втором этапе синтеза ученые применили технологию искрового плазменного спекания, которая характеризуется высокой скоростью 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, — отмечает Елизавета Седанова.
Синтезированные композиты за счет своих высоких эксплуатационных характеристик могут выступать как самостоятельными материалами, так и в качестве добавки для получения новых керамоматричных композитов, способных конкурировать с отечественными и зарубежными аналогами за счет доступности исходного сырья и ожидаемо высоких физико-механических характеристик.
