Ученые Сколтеха со своими китайскими и армянскими коллегами всесторонне изучили кристаллическое строение и основные характеристики соединений неметалла бора и металла гафния. Механические свойства соединений данных веществ, как это выяснилось в процессе исследования, в основном зависят не от концентрации бора, как думали раньше, а от строения подрешетки атомов бора. Подробный отчет об этой работе можно найти в Journal of Applied Physics.
Как известно, безоговорочными лидерами в команде сверхтвердых веществ являются кубический нитрид бора и поликристаллический алмаз. Без этих материалов трудно обойтись в оборонной и космической промышленностях, они нужны при добыче и обработке многих полезных ископаемых. При такой высокой востребованности они очень дороги, так как для их создания нужны чрезвычайно высокие уровни давления и температуры, достичь которые обходится недешево. Поэтому при работе с не очень твердыми и менее дорогими материалами часто применяется карбид вольфрама, обычно это победит, сплав карбида вольфрама с кобальтом. Эти материалы, увы, не обладают идеальной твердостью, поэтому детали, изготовленные из них, подлежат частой замене. Этот факт стал спусковым моментом процесса поиска путей создания новых легких в производстве материалов, имеющих нужные механические характеристики. Решением этой актуальной задачи материаловедения и занялись ученые.
Команда Сколтеха решила, что на помощь могут прийти бориды переходных металлов. Наиболее твердый из которых тетраборид хрома CrB4, его твердость по Виккерсу составляет 50 ГПа. Исследователи моделировали кристаллические структуры нескольких соединений неметалла бора и гафния, являющегося переходным металлом. С помощью компьютерных методик изучения свойств материалов ученые рассчитали и определили кристаллическую структуру смоделированных веществ и их состав, что дает возможность их синтеза в будущем.
Благодаря проведенной работе стало возможным определить то, как расположение атомов бора относительно друг друга влияет на свойства будущих соединений. Было выяснено, что физические и механические свойства зависят не от концентрации бора, а от особенностей подрешетки его атомов. Компьютерное моделирование показало, что при низких температурах возможно единственное стабильно существующее твердое соединение– диборид гафния.
Главный автор исследования Александр Квашнин отметил, что знание о метастабильных веществах поможет открыть закономерности повышения твердости боридов переходных металлов. Полученные данные могут быть использованы при создании алгоритмов целенаправленного синтеза веществ, обладающих заранее заданными механическими свойствами.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
