В Томском политехническом университете разработали новые ламинированные композиты на основе MAX-фаз с высокой механической прочностью и вязкостью разрушения. Ученые впервые применили прекерамические бумаги и металлические фольги из ниобия при формировании таких слоистых материалов.
Добавление слоев ниобия позволило заметно повысить вязкость разрушения композитов. Это делает их потенциально пригодными для создания высоконагруженных деталей и высокотемпературных конструкционных материалов, применяемых в машиностроении и авиационной технике, объяснили в пресс-службе ТПУ.
Развитие современных технологий в авиакосмической и транспортной технике требует создания новых материалов для деталей и узлов агрегатов, эксплуатируемых при высоких температурах, механических нагрузках и в условиях агрессивных сред. Одними из перспективных материалов считаются MAX-фазы. Они представляют собой наноламинатные структуры и сочетают в себе свойства, характерные как для металлов, так и для керамики. Однако они хрупки при невысоких температурах.
Ученые лаборатории перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем Инженерной школы ядерных технологий предложили новый подход к формированию коррозионностойких, прочных и вязких ламинированных композитов на основе MAX-фаз, изготовленных методом искрового плазменного спекания. Исследователи добавили между слоями керамики фольги из ниобия, который отличается высокой температурой плавления и пластичностью. После чего подвергли их процессу искрового плазменного спекания. В результате ученым удалось получить многослойные композиты различной архитектуры с улучшенными механическими свойствами.
«Добавление более пластичной металлической фазы — ниобия — позволило значительно повысить вязкость разрушения при сохранении преимуществ керамических материалов на основе МАХ-фаз. Благодаря этому полученный материал становится менее хрупким. При этом он выдерживает высокие степени деформации без полного разрушения», — рассказал заведующий лабораторией перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем Егор Кашкаров.
Другая особенность полученных композитов заключается в том, что ученые использовали в качестве исходного сырья прекерамическую бумагу — композиционный материал, состоящий преимущественно из целлюлозных волокон и наполнителя. Ее применение позволяет получать равномерные по толщине материалы с заданной структурой и свойствами.
Политехники изучили процесс спекания, установили закономерности взаимодействия металла и керамики в процессе получения материала. Также они исследовали влияние различной архитектуры материала, то есть толщины индивидуальных слоев, на конечные механические свойства композитов.
Ученые планируют провести аналогичные эксперименты при создании композитов на основе MAX-фаз с добавлением слоев других металлов, например, тантала.
Проект реализуется при поддержке гранта Российского научного фонда. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Advanced Engineering Materials (Q2; IF: 3,6).
