Российские ученые разработали новый вариант синтеза веществ, которые совмещают в себе свойства керамики и металлов. Эти необычные соединения носят название МАХ-фаз. Такие вещества можно будет применять, в частности, в качестве нагревательных элементов, способных выдерживать чрезвычайно высокие температуры. Результаты работы были изданы в журнале Ceramics International.
МАХ-фазы были открыты относительно давно – в шестидесятых годах. Это слоистые материалы, в составе которых есть три элемента: знаком М обозначаются металлы (чаще всего это переходные элементы), А – металлы или неметаллы (13 и 14 группы Периодической таблицы), Х – углерод или азот. Образуются карбиды и нитриды, которые имеют шестиугольную структуру, и за счёт этого получают интересные свойства. У них высокая тепло- и электропроводность, хорошая устойчивость к резким температурным перепадам и физическим нагрузкам. В общем – они совмещают свойства металлов и керамики. Они обладают небольшой плотностью, устойчивы к коррозии, доступны для механической обработки. Несмотря на невысокую плотность, МАХ-фазы – весьма жёсткие материалы; так, жёсткость такого соединения на основе титана в несколько раз выше, чем у чистого титана. Установлено, что чем более лёгкие элементы входят в состав МАХ-фазы, тем более жёсткой она получается. Ещё одно интересное свойство таких соединений – их исключительная способность сопротивляться повреждениям.
За годы исследований на лабораторной мебели удалось разработать множество методов получения таких материалов. Это химическое и физическое осаждение из газовой фазы, горячее изостатическое прессование, плазменно-искровое спекание и другие. Чаще всего при этих методах получаются лишь небольшие по размеру образцы МАХ-фаз, которые необходимо отдельно обрабатывать, чтобы «вылепить» из них большой объект. Способы такой обработки либо очень сложны, либо дороги, либо полученное вещество не содержит нужной «металлокерамики» в достаточном объёме.
Упомянутые российские учёные смогли предложить новый метод получения перспективной МАХ-фазы, формула которой — Ti3AlC2. Этот метод достаточно прост и состоит всего из одной фазы. В его основе лежит сочетание известных способов – самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и сдвиговой деформации под давлением. Существует два способа прессования, один из которых позволяет получить стержнеобразные заготовки, а другой – заготовки в форме пластинок. При этом небольшое преимущество всё-таки было у стержнеобразных элементов, полученных методом экструзионного прессования: у них были выше показатели теплопроводности, прочности и некоторых других параметров.
Как говорят авторы работы, главное преимущество изобретённого метода заключается в возможности получить большую массу «металлокерамики» всего в один этап, не применяя долгого спекания и воздействия высоких температур. Естественно, производство такого материала станет и более дешёвым. Доля МАХ-фазы в полученных веществах вполне достаточна, чтобы применять их в создании приборов, способных работать при чрезвычайно высоких температурах – до 1500 градусов. Такой материал в будущем станет использоваться и для изготовления элементов для нагревания, и для покрытия электрических контактов.
Исследования этих необычных веществ продолжаются до сих пор. Например, почти не ясны их магнитные свойства. МАХ-фазы приобретают их в том случае, если в их составе имеются так называемые поздние переходные металлы. Например – железо. МАХ-фазы с таким составом получить довольно сложно, но кое-что учёным всё-таки удалось: сейчас активно исследуются вещества, содержащие как раз железо. И этими исследованиями занимаются и российские учёные. При этом им удалось повысить растворимость железа до 10 процентов, хотя до этого считалось, что растворяется не более 0,5 процента железа. С помощью новейших методов учёным удалось получить достаточно стабильные МАХ-фазы, содержащие железо, имеющие магнитные свойства.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
