Разработан новый медный сплав без токсичных компонентов

❋ 4.2

Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения имени А. Г. Мержанова РАН разработали технологию, которая позволит отказаться от использования токсичного порошка бериллия в производстве бронзы для применения в устройствах микроэлектроники и высокоточной сенсорики, таких как датчики движения и вибрации.

НИТУ МИСИС

# бериллий

# бронза

# НИТУ МИСиС

# Титан

# токсичность

Разработан новый медный сплав без токсичных компонентов / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС» / Автор: Milonia Larcius

Статья опубликована в журнале Journal of Alloys and Compounds. На сегодняшний день для изготовления проводящих контактов в микроэлектронике и высокоточной сенсорике широко применяется бериллиевая бронза (сплав медь-бериллий). Медь обладает отличной электропроводностью, а добавка бериллия повышает пластичность материала, он становится более ковким и устойчивым к износу.

Однако порошок бериллия токсичен в производстве – при вдыхании он может вызывать отравление и хронические болезни. В качестве альтернативы используют титановую бронзу (сплав медь-титан) – этот сплав не токсичен, также износоустойчив, но имеет низкую электропроводность.

Коллектив ученых НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения имени А. Г. Мержанова РАН предложили способ повышения электропроводности титановой бронзы при сохранении ее высоких механических свойств.

«Медно-титановые бронзы даже прочнее бериллиевых. Эта прочность обусловлена старением пересыщенного твердого раствора титана в меди. Но остаточный титан, растворенный в медной матрице, существенно снижает электрическую проводимость материала. Поэтому нашей задачей было исключить титан из медной матрицы, сохранив при этом механические свойства материала.

Композитные частицы в смеси 10%CuTiH2 после 10 минут кручения в планетарной мельнице (а); мелкие частицы TiH2, «вросшие» в медь (b) / ©Journal of Alloys and Compounds / Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

Мы знали, что многие научные коллективы пытались добиться такого эффекта, обжигая сплав в атмосфере водорода. Однако проводимость была все равно недостаточно высокой», – рассказывает автор работы, инженер научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза НИТУ «МИСиС» Степан Воротыло.

На этот раз ученые пошли другим путем: они добавляли водород сразу, а не в процессе отжига. В планетарной мельнице вводили в порошок меди частицы гидрида титана TiH₂. Далее проводилось горячее прессование смеси, при котором происходило разложение TiH₂ на титан и водород с образованием упрочняющих керамических наночастиц медно-титанового оксида Cu₃Ti₃O.

Структура материала. Сканирующая электронная микроскопия (а); просвечивающая электронная микроскопия с высоким разрешением (b); структура после Фурье-обработки изображения (c) / ©Journal of Alloys and Compounds / Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

В результате получился материал с довольно высоким уровнем прочности (920 МПа; в два раза выше, чем у нержавеющей стали; в 1,5 раза выше, чем у алюминиевой бронзы) и электропроводности (42% от электропроводности чистой меди). Для сравнения, в работах других коллективов результат не превышал 30%.

Кроме того, благодаря низкой теплопроводности разработанный материал особенно перспективен для использования в термоэлектрических приборах и установках, таких как холодильные элементы и высокотемпературные солнечные концентраторы (солнечные башни).

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.