Создан сверхстойкий материал для атомной и аэрокосмической отрасли

❋ 4.4

Ученые Университета МИСИС представили новый керамический материал с высокой прочностью, и максимальной устойчивостью к окислению, на основе которого в перспективе можно создавать надежные защитные покрытия и детали для атомной, аэрокосмической и автомобильной промышленностей. Добавление титана и циркония способствовало упрочнению базового материала и повышению его стойкости к высокотемпературному окислению на 83 процента. Усовершенствованные образцы лучше сопротивляются разрушению в экстремальной среде и наиболее эффективны при изготовлении элементов, где легкий вес имеет решающее значение.

НИТУ МИСИС

# атомная энергетика

# аэрокосмическая отрасль

# АЭС

# сверхстойкие материалы

# цирконий

В НИТУ МИСИС создали сверхстойкий материал для атомной и аэрокосмической отрасли / © Пресс-служба НИТУ МИСИС

Высокоэнтропийные материалы — это особый вид соединений, состоящий из нескольких разных элементов, обычно более пяти и смешанных в равных пропорциях. К ним относятся различные соединения, например, оксиды, бориды, карбиды, нитриды и карбонитриды. Они обладают отличными механическими свойствами, устойчивостью к химическим воздействиям, нагреву, окислению и радиации, что делает их перспективным материалом для применения в современных технологиях.

«Наилучшими характеристиками по сравнению с другими видами керамики обладают высокоэнтропийные карбонитриды. Они прочные за счет небольшого размера зерен и особенной структуры, а также хорошо сопротивляются разрушающему воздействию тепла и кислорода. Тем не менее, механизмы, контролирующие процессы их окисления, до сих пор остаются недостаточно изученными. Наша задача – детально исследовать их и предложить готовые решения для промышленности», — отметил кандидат технических наук Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Чтобы улучшить стойкость материала к окислению, ученые НИТУ МИСИС добавили в состав тугоплавкие цирконий и титан. Комбинируя различные методы обработки, исследователи получили высокоэнтропийный карбонитрид (Hf,Ta,Nb,Zr,Ti)(C,N). Усовершенствованные образцы отличались высокой прочностью и плотностью. Добавки помогли значительно улучшить стойкость к высокотемпературному окислению: до модификации удельный прирост массы составлял 93 мг/см2, после добавления комбинации титана и циркониям он снизился на 83 процента. Введение азота в решетку высокоэнтропийного карбида снизило удельный прирост массы при окислении на 12 процентов. Такие результаты подчеркивают потенциал материалов для применения в тех областях, где снижение веса имеет решающее значение.

«Добавки уплотнили оксидный слой, образующийся в процессе окисления, что усиливает его барьерную функцию и уменьшает количество дефектов. Более плотная структура защищает образцы от проникновения кислорода внутрь и, следовательно, предотвращает дальнейшее окисление. Улучшенные материалы могут выдерживать экстремальную температуру, что делает их перспективными для износостойких элементов, в том числе турбин и выхлопных систем, где термическая стабильность имеет решающее значение», — рассказала кандидат технических наук Вероника Суворова, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические материалы» НИТУ МИСИС.

Кроме того, добавление титана и циркония позволило повысить температуру окисления с 1005 °C до до 1240°C. Подробные результаты описаны в Journal of the European Ceramic Society (Q1).

Исследование проведено при финансовой поддержке Российского научного фонда.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Университет науки и технологий МИСИС — это ведущий вуз в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов; первый в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета». Первое место в России и ТОП-100 в мире в рейтинге QS Materials Science за 2023 год. В университете действуют 45 научно-исследовательских лабораторий и 3 научных центра мирового уровня. В состав НИТУ МИСИС входят 8 институтов, 4 филиала в России и 2 за рубежом.