Ученые ТПУ нашли эффективный способ создания вязких композиционных материалов для авиационной промышленности и машиностроения

Ученые Томского политехнического университета разработали новые ламинированные композиты на основе MAX-фаз с высокой механической прочностью и вязкостью разрушения. Они впервые применили прекерамические бумаги и металлические фольги из ниобия при формировании таких слоистых материалов. Добавление слоев ниобия позволило существенно повысить вязкость разрушения композитов. Это делает их потенциально пригодными для создания высоконагруженных деталей и высокотемпературных конструкционных материалов, применяемых в машиностроении и авиационной технике.

Проект реализуют при поддержке гранта Российского научного фонда (№23-19-00109). Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Engineering Materials (Q2; IF: 3,6).

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 так называемые MAX-фазы. Они представляют собой наноламинатные структуры и сочетают в себе свойства, характерные как для металлов, так и для керамики. Однако они являются хрупкими 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 были получены 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, — комментирует заведующий лабораторией перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем Егор Кашкаров.

Еще одна 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.

В рамках исследования политехники изучили как протекает процесс спекания, установили закономерности взаимодействия металла и керамики в процессе получения материала. Также было изучено влияние различной архитектуры материала, то есть толщины индивидуальных слоев, на конечные механические свойства композитов.

В планах политехников провести аналогичные эксперименты при создании композитов на основе MAX-фаз с добавлением слоев других металлов, например, тантала. Результатом фундаментальных исследований в рамках проекта станет разработка рекомендаций по формированию перспективных коррозионностойких и высокопрочных ламинированных металл-керамических композитов. В частности, будут определены уровни температуры, механических нагрузок и другие условия эксплуатации разрабатываемых материалов.

03.07.2024, 306 просмотров.



Поиск на сайте

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Регистрация сми на IV конгресс молодых ученых продлевается до 6 ноября
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
На старт! Внимание! MITEX!
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии