01
А
Астрономия
02
Б
Биология
03
Г
Гуманитарные науки
04
М
Математика и CS
05
Мд
Медицина
06
Нз
Науки о Земле
07
С
Сельское хозяйство
08
Т
Технические науки
09
Ф
Физика
10
Х
Химия и науки о материалах
Химия и науки о материалах
11 ноября

Высокотемпературный синтез под прессом помог совместить свойства металлов и керамики

Образцы полученных объемных МАХ-фаз
Пресс-служба НИТУ МИСиС

Российские ученые разработали новый способ получения материалов, которые одновременно обладают свойствами металлов и керамики, — MAX-фаз. В будущем их можно будет использовать в качестве высокотемпературных нагревательных элементов. Результаты работы опубликованы в Ceramics International.

МАХ-фазами называют слоистые керамические материалы, которые содержат в своем составе три элемента: M — металл (чаще всего это элементы переходных металлов), A — металл/неметалл (как правило, это элементы 13-й или 14-й группы таблицы Менделеева) и X — азот или углерод. Образующиеся нитриды или карбиды обладают гексагональной слоистой структурой, за счет чего приобретают довольно необычное сочетание физических свойств. Эти вещества одновременно проявляют свойства и металлов, и керамики, в частности у них высокая электро- и теплопроводность, они устойчивы к резким перепадам температуры и значительным механическим нагрузкам.

За последние годы для получения таких материалов разработали довольно большое количество методов, самые популярные из которых — это химическое или физическое осаждение из газовой фазы, плазменно-искровое спекание и горячее изостатическое прессование. При этом часто материалы удается синтезировать в виде небольших образцов, поэтому отдельная технологическая задача — получить объемный материал на основе MAX-фазы. Для этого ученые применяют различные варианты спекания порошковых материалов, но все существующие на данный момент методики либо слишком сложны технологически и поэтому до́роги, либо требуют нескольких длительных дополнительных стадий для увеличения плотности изначально пористых материалов, либо не позволяют добиться достаточной доли МАХ-фазы в конечном материале.

В новой работе российские ученые предложили новый метод одностадийного синтеза MAX-фазы состава Ti3AlC2 — перспективного материала для использования в качестве высокотемпературных нагревательных элементов. Для его получения ученые использовали комбинацию уже известных методов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и сдвиговой деформации при давлении. При этом авторы сравнили два способа прессования: экструзионное, во время которого спрессованный порошок выдавливался в специальную форму, образуя стержнеобразные элементы, и одноосное сжатие, при котором спрессованный порошок просто сдавливался при нагревании, превращаясь в пластинки. Температура во время прессования составляла около 1700 °С, а весь процесс продолжался примерно 20–25 секунд.

D6e3f5fffc00f6d2256b305c42a6582faf6798c8
Микроструктура образцов, полученных экструзионным горячим прессованием
Anna Pazniak et al./ Ceramics International, 2018

В результате материаловеды получили два типа образцов с достаточно близкими характеристиками. И в пластинках, и в стержнях плотность превышала 95% относительно порошкового материала, а содержание Ti3AlC2 составляло от 67 до 82%.

При этом по механическим и физическим параметрам немного выиграли образцы, полученные с помощью экструзионного прессования: прочность на сжатие у них составила 720 мегапаскалей (против 641 мегапаскаля у образцов, полученных в результате сжатия), модуль Юнга — 221 гигапаскаль (против 198), а теплопроводность — 22,9 ватт на метр при нагреве на один градус (против 22,1).

По словам авторов работы, основное преимущество предложенной методики — возможность быстро получить достаточно объемный материал всего в одну стадию, которая не требует высоких температур и длительного многочасового спекания. При этом доля MAX-фазы в конечном веществе достаточно высока, поэтому в дальнейшем эти материалы можно будет использовать приборах, работающих при высоких температурах (в районе 1500 °С), например в качестве нагревательного элемента или покрытия для электрических контактов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.

Комментарии

Все комментарии
Обсуждаемое