Ученые нашли способ легко получать "суперкерамику" для космических кораблей

Физики из России и Беларуси придумали, как можно просто получить карбиды металлов, служащие основой для сверхвысокотемпературной керамики. Также им удалось синтезировать сложные — и в строении, и в получении — системы из нескольких металлов, которые обладают улучшенной прочностью. Подход авторов, в отличие от классического, не требует высоких температур и давлений или особой атмосферы, а потому синтезировать карбиды можно буквально на открытом воздухе. Результаты работы окажутся полезны в создании космических и сверхзвуковых летательных аппаратов, в которых используются такие "суперкерамики". С исследованием, выполненным в рамках проекта по гранту Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться в журнале Ceramics International. Полеты на сверхзвуковых скоростях, не говоря уже о покорении космического пространства, сопровождаются повышением температур до экстремальных значений — две и более тысячи градусов. Выдержать такие условия могут высокотемпературные керамики, популярные при создании летательных аппаратов. Их создают на базе соединений переходных металлов и бора, азота и углерода — последние называют карбидами. "Интерес к разработке подобных материалов увеличивается. В частности, особое внимание привлекают высокоэнтропийные карбиды, состоящие из четырех или пяти металлов в эквимолярном соотношении — когда в вещество входит одинаковое количество атомов металла в соединении с углеродом. В такой ситуации ни один из металлов не доминирует в определении свойств материала, как, например, железо в стали. Это приводит к очень интересным синергетическим улучшениями характеристик. Ввиду вхождения в их состав карбидов отдельных металлов, каждый из которых является ультратугоплавким, можно надеяться на достижение новых результатов в том числе и в области рекордных температур плавления какого-либо из теоретически предсказанных высокоэнтропийных карбидов. Проблема изучения таких материалов и их широкого распространения кроется в сложности их получения: обычно нужны очень высокие температуры, давление порядка сотен атмосфер и, конечно, очень дорогое оборудование и много времени. Мы придумали, как упростить процесс синтеза", — рассказывает руководитель проекта РНФ Александр Пак, кандидат технических наук, научный сотрудник научно-исследовательского центра "Экоэнергетика". Исследователи из Национального исследовательского Томского политехнического университета (Томск) вместе с коллегами из Института тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси применили безвакуумный электродуговой метод для получения карбидов металлов. Обработка исходных порошков плазмой с температурой в несколько тысяч градусов стала классическим подходом, впрочем, требующим применения сложных и энергозатратных устройств, которые обеспечивают вакуум — так получающиеся карбиды не окислятся. Авторы же использовали недавно обнаруженный эффект экранирования. В месте протекания реакции происходит связывание атмосферного кислорода и получаются оксиды углерода СО и СО2, которые как щит надежно защищают продукт от воздуха вокруг. По факту система сама выполняет роль вакуумирующих агрегатов, но не требует так много энергии. "Мы смогли получить микро- и наноразмерные частички как "обычных", так и высокоэнтропийных карбидов с кубической решеткой. При этом наша методика проста в реализации и энергоэффективна, хорошо подходит для быстрого тестирования гипотез о возможности или невозможности синтеза тех или иных известных и новых высокоэнтропийных карбидов. А их уже сейчас известно насколько десятков, судя по международным базам научных знаний, и поиск продолжается", — подводит итог Гумовская Арина, инженер, магистрант Томского политехнического университета, соавтор работы, соисполнитель проекта.