Возможность синтеза высокоэнтропийной керамики из системы Hf-Ti-FeV-Cr-N методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза первыми в мире экспериментально доказали ученые лаборатории нанотехнологий металлургии Томского государственного университета (ТГУ), 28 августа сообщила пресс-служба вуза.

Материаловеды предполагают, что высокая температура плавления ее элементов позволит применять такую керамику при производстве жаропрочных элементов установок нефтедобывающей и аэрокосмической отраслях, а также газотурбинных установок.

Получение высокоэнтропийного (содержащего пять и более металлов) керамического материала из порошков редкоземельных металлов гафния, титана, железа, ванадия, хрома и неметалла азота было осуществлено с помощью метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Проведя рентгеноструктурный анализ, ученые установили, что синтезированные ими материалы имеют гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру.

Поиск комбинаций элементов высокоэнтропийных сплавов, обеспечивающих им наилучшие физико-механические свойства, в последнее время ведут многие научные коллективы. Однако, как сообщают материаловеды ТГУ, использованная ими самими комбинация металлов и азота ранее еще никем не применялась.

Заведующий лабораторией нанотехнологий металлургии ТГУ Илья Жуков рассказал о проведенных ими экспериментах:

«Мне пришла мысль смешать редкоземельные металлы — гафний, титан и другие, которые при реакции выделяют много тепла. Мы предположили, что из такой цепочки сможем получить раствор с объемно-центрированной кубической или гранецентрированной кубической кристаллической структурой, свойственной высокоэнтропийным сплавам».

Он пояснил, что при использовании метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза порошковая смесь за счет реакций металлов друг с другом и взаимодействия с азотом в герметичном реакторе быстро и послойно «сгорает».

Старший сотрудник этой лаборатории Николай Евсеев уточнил, что титан и гафний имеют похожий химический состав, а железо, ванадий и хром — почти одинаковые атомные радиусы и электроотрицательность. Все вместе эти металлы реагируют с азотом с выделением большого количества тепловой энергии.

Для получения нового керамического материала порошковая смесь этих металлов в течение 120 минут механически активировалась в планетарной мельнице. После чего порошки спрессовали в образцы диаметром 23 мм и массой 40 г и поместили в реактор высокого давления, удалили из него воздух и накачали туда азот чистотой 99,99%.

Воспламеняющим слоем служил титан. Горение шло послойно и равномерно, обеспечивая однородность состава продуктов синтеза.

На следующем этапе работ материаловеды изучат физико-механические свойства полученного материала и установят их зависимость от его структуры.

Результаты исследования метода получения нового материала разработчики представили в статьях, опубликованных в журналах Material Letters и Ceramics International и на платформе Springer Link.