Новости

Подобные материалы на основе прекерамической бумаги в будущем могут быть перспективны для использования в аэрокосмической и транспортной промышленности.

 

В лаборатории перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем Томского политеха, созданной в рамках национального проекта «Наука и университеты», развивают направление по производству прекерамических бумаг. Это перспективный для изготовления широкого спектра изделий композиционный материал, состоящий из целлюлозных волокон, наполнителя и удерживающих добавок.

 

В настоящее время активное развитие аэрокосмической и транспортной промышленности требует материалов, устойчивых к высоким температурам, коррозии и механическим нагрузкам. Большинство известных металлов и сплавов, например, сплавы на основе никеля, широко используемые в различных деталях газотурбинных двигателей, достигли своих пределов для различных высокотемпературных конструкционных применений. По словам ученых, перспективными являются композиты на основе керамики, демонстрирующие более высокую стойкость к окислению при высоких температурах и улучшенные механические свойства.

 

«MAX-фазы – это относительно новый класс нанослоистых керамик. Благодаря своей уникальной кристаллографической структуре большинство MAX-фаз сочетают в себе преимущества керамики (низкую плотность, коррозионную стойкость и другие) и металлов (стойкость к повреждениям, механическую обрабатываемость, тепло/электропроводность). Однако, одновременно, одной из проблем разработки новых композиционных материалов на основе МАХ-фаз является их повышенная хрупкость при низких температурах», – говорит руководитель исследования, заведующий лабораторией перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем ТПУ Егор Кашкаров.

 

Чтобы улучшить свойства композитов, ученые предложили новый подход – формирование многоуровневых структур, состоящих из слоев прекерамической бумаги и металлической фольги тугоплавких металлов. Подобный подход позволяет варьировать состав отдельных слоев прекерамической бумаги, управляя их свойствами и комбинируя их. В качестве сырья для новых композитов политехники использовали прекерамические бумаги на основе МАХ-фазы Ti3Al(Si)C2 (карбоалюминида титана) и фольги из тантала. Для синтеза композитов применялась технология искрового плазменного спекания при температуре 1150 °C и давлении 50 МПа.

 

«Ранее проведенные исследования показали, что композиционные металл-керамические материалы на основе МАХ-фазы Ti3Al(Si)C2 является одним из наиболее перспективных материалов для высокотемпературного конструкционного применения. При этом технология искрового плазменного спекания помогает обеспечить высокоскоростное спекание материалов. Были исследованы фазовый и элементный состав образцов, кристаллическая структура и микроструктура. Кроме того, проводились механические испытания на твердость, прочность на изгиб, вязкость разрушения. Измерялись и тепловые свойства новых материалов, включая теплопроводность, удельную теплоемкость и температуропроводность», – добавляет ученый.

 

Результаты экспериментов показали, что полученные слоистые материалы характеризуются однородной микроструктурой отдельных слоев, высокой прочностью и квазипластичным поведением разрушения (не разрушаются хрупко, выдерживая высокие степени деформации без существенной потери прочности – ред.). Кроме того, они обладают повышенными теплофизическими свойствами.

 

Дальнейшие исследования, по словам руководителя проекта, будут направлены на разработку сложных по составу прекерамических бумаг, а также оптимизацию состава и архитектуры металл-керамических композитов для дальнейшего повышения характеристик материалов. Кроме того, планируется изготовить прототипы изделий из композиционных материалов для конкретных применений.

 

В исследовании принимали участие сотрудники Инженерной школы ядерных технологий, Инженерной школы энергетики, Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ и Университета Эрлангена – Нюрнберга (Германия).

 

Фото: пресс-служба Томского политехнического университета

Читайте также:

Тэги: технологии