Металлурги ТГУ создали самый твердый образец «скользкой» керамики

Инициатором проекта по разработке отечественного аналога «скользкой» керамики является зав. лаб. нанотехнологий металлургии ТГУ Илья Жуков. Проект уже второй раз поддержан грантом РНФ (№19-79-10042) в рамках Президентской программы исследовательских проектов.

На первом этапе команда учёных получила образцы материала, которые по свойствам соотносились с зарубежными аналогами – высокая твердость – 32 ГПа и низкий коэффициент трения – менее 0,07. При этом в полученных образцах было 97% соединения AlMgB14 и 3% примесей. На их основе учёные разработали композитный материал – в «чистый» AlMgB14 добавили диборид титана – и твердость увеличилась на 40%.

– Мы предложили новый способ получения композиционных материалов на основе AlMgB14: порошки создаются при помощи самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, а потом с использованием искрового плазменного спекания мы получаем образец «скользкой» керамики, – рассказал Илья Жуков. – Благодаря новому методу значительно возросла твердость материала – до 46 ГПа – этот показатель выше, чем у зарубежных композитных аналогов и составляет больше половины твердости алмаза. Кроме того, коэффициент трения остался низким – практически в 2 раза ниже, чем у смазанной полированной стали.

Кроме того, использование метода искрового плазменного спекания позволило снизить пористость «скользкой» керамики – учёные получили практически нулевые показатели. Эксперименты проходили в Нижегородском физико-техническом институте – соисполнителе проекта РНФ.

– Проблема всей керамики в том, что очень сложно получить высокоплотный материал, а пористость напрямую влияет на физико-механические свойства, – отметил Илья Жуков.

До этого в России никто не синтезировал AlMgB14. У этого материала есть уникальное свойство – он самосмазывающийся, поэтому у него аномально низкий коэффициент трения. Детали из этого соединения обеспечивают бесшумную работу приборов, потребление энергии может снизиться в несколько раз, при этом одновременно вырастет износостойкость. Новый материал может применяться во многих отраслях: машиностроении, авиастроении, производстве бытовой техники.

Результаты работы учёных опубликованы в международных журналах Materials today communication (статья про использование нестандартных порошков, которые учёные ТГУ изготавливают сами) и Ceramics International (статья об использовании экзотермической реакции для получения AlMgB14). Кроме того, материаловеды представили результаты на ежегодной международной конференции в США The Minerals, Metals & Materials Society 2020, их работой заинтересовались представители Ассоциации бразильской металлургии, материаловедения и горного дела.

Следующий шаг – это изготовление большой серии образцов для проверки коэффициента теплового расширения – его важно знать для использования материала в качестве покрытия на сталь, титан и т.д. Также учёные проанализируют теплопроводность, электропроводность и механическое поведение материала.

Соисполнителями гранта РНФ являются Нижегородский физико-технический институт и представители Санкт-Петербургского государственного технологического института

Напомним, что в 2020 году ТГУ стал первым вузом в России по металлургии по мнению аналитического центра «Эксперт», а также занял лидирующую позицию (3 место) в Шанхайском глобальном рейтинге (Shanghai Ranking's Global Ranking of Academic Subjects 2020) по предметным областям.

Источник: Новости ТГУ