Ученые упростили синтез тугоплавких наноматериалов для усовершенствования жаропрочных сплавов и режущих инструментов

Нанокарбиды переходных металлов, таких как тантал, гафний, цирконий, ниобий, титан, обладают рядом преимуществ: высокой твердостью, прочностью и термической стабильностью. У существующих методов синтеза нанопорошков низкая производительность и высокие энергозатраты, что усложняет промышленное масштабирование технологии. Для решения этой задачи исследователи НИТУ МИСИС предложили более простой и экономичный метод создания таких карбидов, основанный на реакции дешевого оксидного сырья с кальцием и углеродом при относительно низких температурах (1100-1300 °С).

«Современные исследования показали, что разработанная технология кальциетермического восстановления смеси оксидов в присутствии углерода является наиболее подходящим и простым подходом, позволяющим получать различные моно- и многокомпонентные карбидные порошки тугоплавких металлов, также такая технология позволяет варьировать размер частиц от 50 до 1500 нм», — рассказал к.т.н. Сергей Володько, ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Использование нано- и ультрамелкодисперсных порошков позволяет получать компактную керамику с субмикрокристаллической структурой при помощи искрового плазменного спекания, т.е. при использовании одновременного нагрева и давления прессования. Полученная керамика демонстрировала высокую твердость и способность материала сопротивляться развитию трещин при высоких нагрузках и термических воздействиях. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Ceramics International (Q1).

«Разработанные нанокарбиды также могут использоваться в качестве катализаторов, армирующих элементов для режущих инструментов и абразивных материалов, где размер частиц существенно влияет на целевые свойства. Также величина размера частиц тугоплавких карбидов может существенно влиять на радиационную стойкость, что важно при создании конструкционных элементов ядерных реакторов. Что касается стоимости, то обычно для нанокарбидов переходных металлов она превосходит обычные дисперсные аналоги на 1000% и более, что делает разработанную технологию коммерчески привлекательной», — поделился к.т.н. Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-79-10217).