«Основа для энергоэффективных технологий»: российские учёные создали новую методику получения прочных композитов

Учёные из Самарского государственного технического университета разработали простую технологию получения металлокомпозитов — керметов. Такие материалы отличаются повышенной прочностью и устойчивостью к износу и находят применение во многих отраслях, от авиации до медицины. Авторы исследования разработали короткий цикл производства таких композитов — он занимает несколько минут и может воспроизводиться без специального оборудования.

• Процесс получения композитного материала
• © Пресс-служба Самарского политеха

Учёные из Самарского политеха разработали новую технологию производства композитных материалов с повышенной прочностью на основе металлов и керамики. Опытным путём авторы работы выяснили, что полученные таким способом материалы отличаются улучшенными физико-механическими свойствами. Методика может найти применение в промышленном производстве композитных деталей. Об этом RT сообщили в пресс-службе Минобрануки. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Engineering Materials.

МАХ-фаза — новый класс материалов, обладающих одновременно свойствами керамики и металлов. Такие материалы имеют слоистую структуру, каждый слой — толщиной около одного атома. В материале чередуются слои титана, углерода, кремния или алюминия. МАХ-фазы обладают электропроводностью, устойчивостью к внешним механическим и тепловым воздействиям, устойчивы к образованию трещин. Однако из-за примеси кремния такие материалы более хрупкие по сравнению с металлами. Чтобы решить эту проблему, на основе МАХ-фаз и металлов создают композитные материалы. Это требует значительных энергозатрат, а также занимает много времени.

• Процесс получения композитного материала
• © Пресс-служба Самарского политеха

Авторы исследования разработали подход, который позволяет упростить получение таких композитов, а также снизить производственные издержки. Для этого учёные совместили два производственных процесса. Сначала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) формируется металлокерамический каркас, обладающий пористой структурой, то есть МАХ-фаза. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) — химическая реакция, которая протекает с выделением тепла и волной распределяется по смеси реагентов, от слоя к слою. В итоге это приводит к образованию твёрдых конечных продуктов.

В данном случае реакция протекает при температурах 1500—3000 °С. Это позволяет очень быстро получать слоистые МАХ-фазы, в течение нескольких минут.

Нагретый до такой высокой температуры металлокерамический каркас легко пропитывается расплавленными металлами. В итоге учёным удалось получить прочный композитный материал, в котором слои надёжно связаны друг с другом. Такая методика не требует специального оборудования, отметили авторы исследования.

«Наша методика может стать основой для новых энергоэффективных технологий получения керметов (металлокерамики), которые найдут применение при изготовлении электроконтактов, электродов, деталей триботехнического назначения (подшипники и т. п. — RT), защитных материалов для ядерной энергетики, костных имплантатов нового поколения и многого другого», — пояснил RT инженер кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы» Эмиль Умеров.

Эксперименты показали, что методика позволяет быстро и эффективно создавать композитные образцы, обладающие повышенной устойчивостью к износу в результате трения и других воздействий. Сейчас авторы исследования изучают применение технологии для создания конкретных промышленных изделий.

Источник