Исследователи из Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» представили более простой и экономичный метод синтеза нанокарбидов — химических соединений углерода и металлов, используемых для повышения износостойкости элементов нефтегазовых установок, лопаток газовых турбин и режущих инструментов для труднообрабатываемых материалов. Среди прочего нанокарбиды могут быть использованы в качестве добавок при 3D-печати композитных конструкций со сложной геометрией.
Нанокарбиды переходных металлов, таких как тантал, гафний, цирконий, ниобий и титан, обладают рядом преимуществ — высокой твердостью, прочностью и термической стабильностью. У существующих методов синтеза нанопорошков низкая производительность и высокие энергозатраты, что усложняет промышленное масштабирование технологии. Исследователи НИТУ МИСИС предложили более простой и экономичный метод создания нанокарбидов, основанный на реакции дешевого оксидного сырья с кальцием и углеродом при относительно низких температурах — 1100-1300°С.
«Современные исследования показали, что разработанная технология кальциетермического восстановления смеси оксидов в присутствии углерода является наиболее подходящим и простым подходом, позволяющим получать различные моно- и многокомпонентные карбидные порошки тугоплавких металлов. Также такая технология позволяет варьировать размер частиц от 50 до 1500 нм», — рассказал ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС Сергей Володько.
Использование нано- и ультрамелкодисперсных порошков позволяет получать компактную керамику с субмикрокристаллической структурой при помощи искрового плазменного спекания, то есть одновременным нагреванием и прессованием. Полученная керамика продемонстрировала высокую твердость и сопротивление развитию трещин при высоких нагрузках и термическом воздействии.
«Разработанные нанокарбиды также могут использоваться в качестве катализаторов, армирующих элементов для режущих инструментов и абразивных материалов, где размер частиц существенно влияет на целевые свойства. Величина размера частиц тугоплавких карбидов может существенно влиять на радиационную стойкость, что важно при создании конструкционных элементов ядерных реакторов. Что касается стоимости, то обычно для нанокарбидов переходных металлов она превосходит обычные дисперсные аналоги на 1000% и более, что делает разработанную технологию коммерчески привлекательной», — рассказал директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС Дмитрий Московских.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в научном журнале Ceramics International.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru