Новости - Отрасли ТЭК

Ученые Томского Политеха предложили новый способ получения керамических композитов для авиации и атомной энергетики

02.05.24 06:10

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.

Источник: Томский политехнический университет