Ученые ТГУ создали более твердую «скользкую» керамику для авиастроения

Ученые Томского госуниверситета (ТГУ) разработали новый способ получения самосмазывающейся керамики с повышенной твердостью и аномально низким коэффициентом трения; этот материал сможет сделать бесшумной работу приборов в машино- и авиастроении, а также бытовой техники, сообщила в среду пресс-служба вуза.

Ранее сообщалось, что сотрудники лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ первыми в России разработали технологию синтеза "скользкой керамики" AlMgB14 (сплав алюминий-магний-бор), которая до этого производилась преимущественно в США. У материала есть уникальное свойство – он самосмазывающийся, а потому имеет аномально низкий коэффициент трения.

Инициатором проекта является заведующий лаборатории нанотехнологий металлургии ТГУ Илья Жуков. Исследования поддержаны грантами Российского научного фонда (РНФ) в рамках президентской программы исследовательских проектов.

"Скользкая" керамика

На первом этапе команда проекта получила образцы материала, которые по свойствам соотносились с зарубежными аналогами – высокая твердость – 32 гигапаскаля (ГПа) и низкий коэффициент трения – менее 0,07. При этом в полученных образцах было 97% соединения AlMgB14 и 3% примесей. На их основе ученые разработали композитный материал – в "чистый" AlMgB14 добавили диборид титана – и твердость увеличилась на 40%.

Как поясняет пресс-служба, на втором этапе проекта ученые-металлурги предложили новый метод получения композиционных материалов на основе AlMgB14 (алюминий-магний-бор).

Процесс производства этого материала происходит следующим образом: порошки, которые служат исходниками для синтеза AlMgB14, создаются при помощи самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, а потом с использованием искрового плазменного спекания ученые получают "скользкую" керамику.

"Благодаря методу значительно возросла твердость материала – до 46 ГПа – этот показатель выше, чем у зарубежных композитных аналогов и составляет больше половины твердости алмаза. Кроме того, коэффициент трения остался низким – практически в два раза ниже, чем у смазанной полированной стали", – цитируется в сообщении Жуков.

Кроме того, искровое плазменное спекание позволяет снизить пористость материала практически до нуля. По словам Жукова, пористость напрямую влияет на физико-механические свойства – собственно, проблема в производстве всей керамики как раз в сложности получить высокоплотный материал.

Для самолетов и холодильников

Эксперименты с AlMgB14 проходили в Нижегородском физико-техническом институте – соисполнителе проекта РНФ.

Как сообщает пресс-служба, детали из "скользкой" керамики, полученной томским способом, смогут обеспечить бесшумную работу различных приборов, при этом потребление энергии снизится в несколько раз, а износостойкость – вырастет. Новый материал будет востребован во многих отраслях: машиностроении, авиастроении, производстве бытовой техники.

"Холодильники, кондиционеры и другое оборудование с комплектующими из "скользкой" керамики будут меньше шуметь и прослужат дольше, поскольку снизится трение деталей", – говорится в сообщении.

Результаты проекта опубликованы в международных журналах Materials today communication и Ceramics International. Кроме того, материаловеды представили результаты на ежегодной международной конференции в США The Minerals, Metals & Materials Society 2020, их работой заинтересовались представители Ассоциации бразильской металлургии, материаловедения и горного дела.

Следующий шаг – это изготовление большой серии образцов для проверки коэффициента теплового расширения: его важно знать для использования материала в качестве покрытия на сталь, титан и так далее. Также ученые проанализируют теплопроводность, электропроводность и механическое поведение материала.

Ранее сообщалось, что в 2020 году ТГУ стал первым вузом в России по металлургии по мнению аналитического центра "Эксперт", а также занял лидирующую позицию (третье место) в Шанхайском глобальном рейтинге (Shanghai Ranking's Global Ranking of Academic Subjects 2020) по предметным областям.