Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) при поддержке гранта Российского научного фонда создали новые высокопрочные композиционные материалы для изготовления деталей, например, в авиационной промышленности. Ученые использовали тугоплавкий металл ниобий и особую «прекерамическую» бумагу.
«Ученые инженерной школы ядерных технологий ТПУ 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», — отметили в пресс-службе Минобрнауки РФ.
При изготовлении особо прочных, в том числе жаропрочных, деталей в наши дни нередко используют так называемые МАХ-фазы — наноламинатные структуры, которые сочетают в себе свойства, характерные как для металлов, так и для керамики. Недостатком классических МАХ-фаз является хрупкость при невысоких температурах. На это и обратили внимание сотрудники лаборатории перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем ТПУ.
Исследователи добавили между слоями керамики фольгу из ниобия, который отличается высокой температурой плавления и пластичностью. Экспериментальные детали подвергли 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», — рассказал заведующий лабораторией Егор Кашкаров.
Ученые также 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. Результаты опубликованы в журнале Advanced Engineering Materials. В планах коллектива — создание композитов на основе MAX-фаз с добавлением слоев других металлов, например, тантала.
