Макс-фазы — соединения, сочетающие прочность керамики и теплопроводность металлов — обладают устойчивостью к высоким температурам, давлению и нагрузкам. Однако ученые пока не разработали надежную технологию соединения макс-фаз с металлами. До сих пор не до конца изучены процессы, происходящие в месте соприкосновения материалов с различными расплавами.
Исследователи из НИТУ МИСИС и Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А. Г. Мержанова РАН выяснили, как расплав меди взаимодействует с макс-фазой на основе титана, алюминия и азота. Ученые поместили отполированные пластины макс-фаз в вакуумную камеру, нанесли на них капли расплавленной меди при температурах
Оказалось, что при контакте с медью макс-фаза распадается на твердые частицы нитрида титана, а атомы алюминия переходят в медный расплав. В результате объем материала уменьшается, образуются микрополости, которые заполняются медью. Также выяснилось, что процесс распада и пропитывания можно контролировать, изменяя температуру и время нагрева выше точки плавления меди.
«Мы впервые описали механизм изменения макс-фаз при их высокотемпературном взаимодействии с медными расплавами, когда в результате образуется новый композит. Понимание этого процесса позволит создавать прочные промежуточные слои при пайке разных по природе материалов, а также синтезировать композиты с высокой прочностью», — рассказал Сергей Жевненко, профессор кафедры физической химии НИТУ МИСИС.
Полученный материал был значительно тверже чистой меди. Частицы макс-фазы, спаянные расплавом, образовали плотную структуру с повышенной прочностью. При этом спаянные расплавом зерна исходной макс-фазы также показали повышенную твердость. Композит может быть более устойчив к износу и деформации, сохраняя высокую электропроводность и коррозионную стойкость.
Подробности исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в научном журнале Composite Interfaces.
