В России нашли новый способ производства сверхтвердой керамики

МОСКВА, 7 окт — РИА Новости. Новый способ синтеза сверхтвердого материала диборида титана, который можно использовать в ядерных реакторах, а также в выплавке алюминия и в других высокотехнологический отраслях промышленности создали и экспериментально проверили ученые ТПУ. По их словам, новый способ синтеза отличается более высокой скоростью, чем аналоги, и позволяет получать чистый продукт без применения сложных и дорогих вакуумных печей. Результаты опубликованы в MaterialsChemistry and Physics.

Диборид титана (TiB2) — сверхтвердое керамическое соединение, которое обладает отличной теплопроводностью, устойчивостью к окислению, воздействию соляной и плавиковой кислотами, износостойкостью и электропроводностью. Кроме того, при высоких температурах оно уступает твердостью только алмазу.

По словам ученых Томского политехнического университета (ТПУ), диборид титана можно использовать при создании нейтронопоглощающего материала для ядерных реакторов и электролизеров для получения алюминия. Его можно добавлять в жаропрочные сплавы, применять в производстве огнеупорной керамики, наплавочных покрытий высокой прочности, высокотемпературных полупроводников и стержней тока. Это соединение также может найти применение в машинной обработке, в автомобиле- и авиастроительстве.

Синтез диборида титана обычно проводят при сравнительно высоких температурах (1600-1700 °C) в вакуумных высокотемпературных печах, которые потребляют чрезвычайно много энергии. Альтернативный вариант — электродуговой метод, который часто применяется для синтеза керамических материалов. Плазма дугового разряда в зоне реакции обеспечивает необходимую для синтеза материала температуру.

Электродуговой синтез, как правило, осуществляется в атмосфере инертного газа. Но такой метод требует наличия герметичной камеры, вакуумного насоса и дополнительных сопутствующих компонентов, что увеличивает стоимость продукта.

Ученые Молодежной лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ предложили получать диборид титана из порошков металлического титана и аморфного бора методом безвакуумного электродугового синтеза на открытом воздухе. По их словам, в зоне реакции происходит самоэкранирование оксидов углерода. Это снижает себестоимость синтеза, упрощает конструкцию дугового реактора и увеличивает его производительность. Кроме того, из-за воздействия высоких температур продукт отличается высокой чистотой и не требует дополнительных операции по удалению примесей.

«

"Особенность получения диборида титана электродуговым методом заключается в отсутствии защитной атмосферы и необходимости вакуумного оборудования для реализации синтеза. Это не самый экономичный способ получения этого материала, но он позволяет получить чистый порошок диборида титана за один цикл синтеза. Порошки, получаемые другими методами, требуют очистки от примесей. Этот процесс может занять от нескольких часов до нескольких суток", — рассказала младший научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ Арина Свинухова.

© Фото : пресс-служба ТПУ

Младший научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ Арина Свинухова подготавливает исходное сырье к синтезу

Она отметила, что синтезированное вещество подходит и для создания композитных материалов "металл-керамика", где к металлической матрице в качестве наполнителя добавляется порошок диборида титана. Его можно применять, например, при аддитивных технологиях в 3D-печати, где печать проводится порошком диборида титана. Также данную электродуговую технологию можно применять при переработке солнечных панелей.

Способ получения порошка диборида титана запатентован. Исследования проводятся в рамках национального проекта "Наука и университеты" и государственного задания "Молодежные лаборатории".