|
|
|
|
|
|
Главная / Новости / Отрасли ТЭК / Ученым впервые удалось синтезировать «космическую» керамику на открытом воздухе
09:01, 13 Октября 25
Электроэнергетическая Россия Сибирский ФО Ученым впервые удалось синтезировать «космическую» керамику на открытом воздухе  Исследователи Томского политехнического университета впервые получили образцы сверхтвердых материалов нового класса оригинальным методом. Высокоэнтропийные бориды были синтезированы на открытом воздухе, с применением разработанного в ТПУ дугового реактора.
Свойства полученных образцов сопоставимы с материалами, созданными альтернативными, более дорогостоящими методами. В будущем безвакуумный электродуговой метод может стать перспективным подходом к разработке материалов для металлургии, машиностроения и аэрокосмической отрасли.
Высокоэнтропийные бориды – это соединения, содержащие одновременно четыре или более основных металлических компонентов, а также бор. Это новый класс сверхвысокотемпературной керамики, представляющий интерес из-за высоких температур плавления (более 3000 °C). Кроме того, материалы на основе высокоэнтропийных боридов отличаются повышенной твердостью, стойкостью к коррозии и окислению. Все это делает их перспективными для использования, например, в металлургии, машиностроении, аэрокосмической и других отраслях промышленности.
Два основных известных метода получения высокоэнтропийных боридов – борокарботермическое восстановление и самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) с последующим искровым плазменным спеканием или горячим прессованием – имеют ряд существенных недостатков. Во-первых, это дорогостоящий процесс, требующий использования специального оборудования и происходящий только в условиях, как минимум, высоких температур, и инертных сред, а в ряде случаев и высоких давлений. Во-вторых, все условия и свойства материалов, необходимые для синтеза, еще до конца не изучены. Кроме того, для реализации ряда процессов требуется особое исходное сырье. В настоящее время нигде в мире не налажено производство ни одного из известных высокоэнтропийных боридов.
По словам ученых, перспективными для синтеза боридов, в том числе многокомпонентных могут быть электродуговые методы. Дуговой разряд позволяет достичь чрезвычайно высоких температур в течение короткого интервала времени. Кроме того, для синтеза используется коммерчески доступное, распространенное оборудование.
Коллектив лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли Инженерной школы энергетики ТПУ развивает оригинальный подход к получению керамических материалов – безвакуумный электродуговой метод синтеза. Он позволяет с помощью дугового разряда постоянного тока на открытом воздухе, без использования специального вакуумного и газового оборудования синтезировать бескислородную керамику. Такой подход существенно упрощает процесс синтеза, снижает энергопотребление и повышает общую производительность. Ранее метод уже продемонстрировал свою эффективность в задачах синтеза различных карбидов металлов.
«Один из известных высокоэнтропийных боридов впервые был получен безвакуумным электродуговым методом. В рамках данного исследования была проведена серия экспериментов, позволивших определить рекомендуемые условия для синтеза высокоэнтропийного борида на основе металлических порошков титана, циркония, ниобия, гафния, тантала и аморфного бора и отработать методику. В отличие от предыдущих исследований, использовался трехфазный дуговой реактор повышенной электрической мощности, способный переработать увеличенные объемы сырья. Были проанализированы состав, структура и морфология полученных порошков. Затем на их основе методом искрового плазменного спекания были изготовлены объемные образцы сверхвысокотемпературной керамики. Этот позитивный опыт открывает возможности реализации синтеза всех известных и гипотетических высокоэнтропийных боридов», – говорит заведующий лабораторией перспективных материалов энергетической отрасли Александр Пак.
В результате политехникам удалось выявить рабочие параметры (сила тока и время поддержания дуги), необходимые для синтеза порошков. Наилучшие воспроизводимые результаты были получены при силе тока в 200 А и времени горения дуги в 90 секунд. Также были оценены характеристики – твердость, относительная плотность, теплофизические свойства – объемных образцов.
«Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что порошки высокоэнтропийных боридов, полученные безвакуумным электродуговым методом, могут быть эффективно использованы для искрового плазменного спекания объемных образцов керамики, обладающих твердостью, сопоставимой с характеристиками образцов, спеченных в аналогичных условиях из порошков, полученных альтернативными методами. А в некоторых случаях твердость полученных нами образцов даже выше, чем аналогичных материалов, описанных в литературных источниках», – добавляет младший научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли Арина Свинухова.
Разработанный политехниками метод пригоден для быстрого тестирования гипотез о возможности синтеза того или иного высокоэнтропийного борида. В дальнейших планах ученых – продолжить работу по синтезу известных и новых, гипотетически предсказанных высокоэнтропийных боридов различного состава.
Фото: пресс-служба Томского политехнического университета
Все новости за сегодня (30)
|
 Проект «Росатом Энергосбыта» в области клиентского сервиса стал лауреатом международной премии
В международной премии в индустрии клиентского опыта «СХ World Awards» ежегодно принимают участие около 600 номинантов. |
|
О проекте
Размещение рекламы на портале
Баннеры и логотипы "Energyland.info" |
|
