Российские и белорусские ученые предложили новый способ получения карбидов металлов. Это материалы для сверхвысокотемпературной керамики, востребованные в сверхзвуковых летательных аппаратах, реакторах и других приборах. Исследование опубликовано в журнале Ceramics International.
Если обычные материалы подвергнуть той среде, в которой пребывают космические аппараты, они попросту расплавятся или сгорят. Однако некоторые материалы способны «выживать» в подобных условиях — к примеру, сверхвысокотемпературные керамики могут выдерживать высочайшую температуру, порядка 2500 °С и более (что составляет почти половину солнечной).
«В последнее время 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 улучшениям 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 Александр Пак из Томского политехнического университета.
Исследовательская команда предложила новый способ синтеза сверхвысокотемпературных карбидов металлов безвакуумным электродуговым методом. В ходе более ранних экспериментов по получению карбида кремния был замечен интересный эффект: при электродуговом синтезе в некоторых случаях формировалась защитная газовая среда. При этом ее состав практически не зависел от «внешних условий». Обычно плазма дугового разряда используется для синтеза различных материалов, в том числе карбидов.
В ходе экспериментов авторы обнаружили эффект самоэкранирования реакционного объема. Он заключается в связывании атмосферного кислорода с образованием газов СО и СО2. В ходе этого процесса возникает «щит» из газов — это позволяет атмосферному воздуху не попадать в место синтеза. «Щит» как бы заменяет собой вакуумирование, что позволяет проводить процесс практически на открытом воздухе. Новая методика проста в реализации и энергоэффективна, а также отлично подходит для быстрого тестирования гипотез о возможности синтеза тех или иных высокоэнтропийных карбидов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Facebook и Twitter.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
