Выдающееся достижение совершили специалисты Университета МИСИС, разработав инновационный керамический материал, отличающийся исключительной прочностью и впечатляющей устойчивостью к окислению. Это открытие открывает широкие перспективы для создания надежных защитных покрытий и компонентов в атомной, аэрокосмической и автомобильной индустриях. Благодаря внедрению титана и циркония удалось достичь значительного укрепления базовой структуры и повысить сопротивляемость высокотемпературному окислению на целых 83%. Новые образцы демонстрируют превосходную стойкость в экстремальных условиях и особенно эффективны там, где критична минимизация массы.
Увлекательный мир высокоэнтропийных материалов представляет собой уникальные соединения, включающие множество различных элементов (как правило, более пяти) в сбалансированных пропорциях. Этот класс включает разнообразные композиции — от оксидов до карбонитридов, проходя через бориды, карбиды и нитриды. Их выдающиеся механические характеристики, невосприимчивость к химическому воздействию, термостойкость и радиационная устойчивость делают их незаменимыми в передовых технологических решениях.
По словам директора НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС, к.т.н. Дмитрия Московских, высокоэнтропийные карбонитриды демонстрируют непревзойденные свойства среди керамических материалов. Их превосходная прочность обусловлена мелкозернистой структурой и уникальным строением, а также замечательной устойчивостью к термическому и окислительному воздействию. Текущие исследования направлены на углубленное изучение механизмов окисления для разработки практических промышленных решений.
Инновационный подход исследователей НИТУ МИСИС заключался в интеграции тугоплавких циркония и титана для усиления антиокислительных свойств. Применяя комплексные методики обработки, ученые синтезировали высокоэнтропийный карбонитрид (Hf,Ta,Nb,Zr,Ti)(C,N). Модифицированные образцы продемонстрировали выдающиеся показатели прочности и плотности. Внедренные добавки радикально улучшили сопротивляемость высокотемпературному окислению: если изначально удельный прирост массы достигал 93 мг/см2, то после модификации титаном и цирконием этот показатель снизился на 83%. Дополнительное введение азота в структуру карбида привело к уменьшению прироста массы при окислении на 12%. Эти впечатляющие результаты раскрывают огромный потенциал материалов для применения в областях, где критично снижение массы.
К.т.н. Вероника Суворова, научный сотрудник НИЦ «Конструкционные керамические материалы» НИТУ МИСИС, поясняет, что внедренные добавки способствовали формированию более плотного оксидного слоя при окислении, усиливая его защитные свойства и минимизируя дефекты. Уплотненная структура эффективно блокирует проникновение кислорода, предотвращая дальнейшее окисление. Улучшенные материалы успешно противостоят экстремальным температурам, что делает их идеальными для создания износостойких компонентов, включая турбины и выхлопные системы, где термическая стабильность играет ключевую роль.
Значительным достижением стало повышение температуры окисления с 1005 °C до 1240 °C благодаря добавлению титана и циркония. Детальные результаты исследования опубликованы в престижном научном издании Journal of the European Ceramic Society (Q1).
Исследование реализовано при поддержке Российского научного фонда (грант № 19-79-30025).
Информация и фото предоставлены пресс-службой НИТУ МИСИС
Источник: scientificrussia.ru
