Сотрудники Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН и Института химии Федерального исследовательского центра «Коми научный центр УрО РАН» получили и исследовали твердые растворы (Ti₁₋ₓZrₓ)₃SiC₂ с содержанием циркония x = 0.10 и 0.15 методом вакуумного карбосиликотермического восстановления и последующего горячего прессования.
По результатам механических испытаний удалось установить, что легирование цирконием приводит к значительному росту как твердости от 3,9 ГПа у чистого Ti₃SiC₂ до 6,8 ГПа при x = 0,15, так и изгибной прочности от 314 до 487 МПа при комнатной температуре. Особенно важно, что при увеличении содержания циркония наблюдается смещение порога перехода от хрупкого к пластичному разрушению в область более высоких температур — до 1600°C. Образец с x = 0,15 сохраняет 311 МПа (64% от начальной прочности) даже при 1600°C, демонстрируя выдающуюся термомеханическую стабильность.
Образцы демонстрируют высокую термомеханическую стабильность и превосходят классические MAX фазы Ti₃SiC₂ по всему комплексу механических характеристик при температурах свыше 1200°C.
Применение новых материалов открывает возможности для их использования в качестве конструкционных элементов газотурбинных двигателей (огнеупорные облицовки камер сгорания, лопатки, направляющие аппараты и т.д.), где требуется сочетание жаропрочности, термостойкости и долговечности.
Также ученые впервые показали, что легирование MAX фаз Ti₃SiC₂ цирконием позволяет принципиально повысить предел рабочих температур и сохранить механические свойства в экстремальных условиях. Это открывает путь к созданию новых поколений высокотемпературных керамических материалов для энергетики, транспорта, аэрокосмической и оборонной промышленности.
Исследование опубликовано в журнале Journal of Alloys and Compounds.
