Аэрокосмической керамике добавили вязкости

Сверхпрочный материал, выдерживающий экстремальные нагрузки и высокие температуры, получили российские ученые недорогим, быстрым и эффективным методом керамического производства. Использовать новинку можно в аэрокосмической сфере, металлургии, машиностроении и энергетике, сообщили в пресс-службе НИТУ МИСИС.

Разработанная исследователями технология получения двухфазной высокоэнтропийной карбид-боридной керамики позволяет производить керамический композит с равномерно распределенными на микроуровне двумя разными типами твердых фаз.

«Университет МИСИС — лидер в области материаловедения в России: наши разработки традиционно востребованы в высокотехнологичных и наукоемких отраслях экономики. Коллектив исследователей под руководством молодого талантливого ученого Дмитрия Московских создал керамический композит, способный выдерживать экстремальные нагрузки в агрессивной среде. Его главное преимущество — сочетание высокой прочности и улучшенной трещиностойкости. Новый материал перспективен для применения в аэрокосмической сфере, металлургии, машиностроении, энергетике», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

Из карбидной и боридной керамики делают прочные защитные покрытия, твердосплавные инструменты, элементы ракетных двигателей, компоненты для ядерных реакторов и многое другое. Однако у этих материалов есть недостаток — они плохо поглощают энергию удара, оставаясь хрупкими. Даже самые современные тугоплавкие керамики не лишены этого изъяна.

Ученые Университета МИСИС и Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения имени А. Г. Мержанова РАН (ИСМАН) реализовали новую технологию получения двухфазной высокоэнтропийной карбид-боридной керамики. Благодаря этой методике можно создавать керамический композит, в котором два разных типа твердых фаз равномерно распределяются на микроуровне.

«Секрет прочности кроется в механизме разрушения. В обычной керамике трещины идут прямо сквозь зёрна материала. В новом композите они вынуждены огибать частицы и идти по границам зерен. Так путь разрушения становится длиннее и сложнее, что значительно повышает вязкость керамики», — объяснил Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Исследователям удалось синтезировать материал за один этап с использованием методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и искрового плазменного спекания. Полученные образцы показали повышенную плотность и однородность структуры, улучшенную твердость — 22 ГПа и ударную вязкость — 5,6 МПа. Для сравнения, у однофазного высокоэнтропийного композита показатели равны 18,8 ГПа и 4,2 МПа соответственно.

«Наш метод позволяет получать улучшенную керамику с минимальными усилиями. Он сокращает время и экономит средства за счет совмещения стадий синтеза в одном технологическом цикле, а также благодаря самораспространяющейся реакции, которая минимизирует внешние энергозатраты», — отметил Сергей Володько, ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда.  С подробностями работы можно ознакомиться в журнале Materials Science and Engineering: A (Q1).