Группа исследователей Томского политехнического университета создала уникальный метод получения объемных композитных материалов с металлической матрицей. Композиты, созданные по этому методу, в четыре раза тверже, чем их аналоги, передает inbusiness.kz со ссылкой на пресс-службу Томского политехнического университета.
Как пояснили в пресс-службе ТПУ, композиты с алюминиевой матрицей за счет сочетания свойств металлов и керамики сегодня считаются передовыми материалами для многих автомобильных и аэрокосмических приложений, например, тормозных дисков, барабанов и поршней, а также крыльев и фюзеляжей. Они обладают превосходной пластичностью, коррозионной стойкостью, высокой жесткостью, прочностью, а также возможностью повторного использования. Однако все общепринятые ex situ подходы к получению таких композиций приводят к снижению физико-механических свойств объемных образцов.
Отмечается, что подход ученых основан на "встраивании" армирующих частиц карбидов вольфрама, кремния и бора в металлическую матрицу с помощью плазмодинамического синтеза.
"Уникальность нашего подхода к получению дисперсных композитов заключается в том, что внедрение армирующих частиц в металлическую матрицу производится в результате взаимодействия компонентов во время процесса их обработки импульсной плазмой дугового разряда. Этот метод основан на подходе in situ, при котором формирование армирующего компонента и металлической матрицы и их совмещение осуществляются в едином процессе. В отличие от традиционных методов ex situ, этот обеспечивает равномерное распределение микро- и наноразмерных частиц карбидов в продукте и их внедрение в алюминиевую матрицу, хорошую межфазную связь, а также полимодальный характер распределения частиц по размерам, что в итоге улучшает физико-механические свойства конечных изделий", - отмечает один из авторов исследования, доцент отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Дмитрий Никитин.
По словам ученых, содержание карбидной фазы в готовом композите может варьироваться от 5,85 % до 16,38 % в зависимости от начальных условий процесса. Это позволит "настраивать" характеристики композитов.
За счет добавления карбидов в композит при изготовлении объемных образцов материал приобретает уникальную структуру. Например, это позволяет достичь высокую степень уплотнения всех компонентов (до 99 %) и улучшенные физико-механические свойства. По результатам исследования новые композиты ученых ТПУ до четырех раз тверже аналогов: они достигают твердости в диапазоне 103-215 HV, для сравнения – аналогичные образцы, изготовленные из коммерчески доступных компонентов, показывают твердость в пределах 47-62 HV.
"Важно отметить, что предложенный метод in situ совмещения алюминиевого матричного материала с керамическим карбидом не приводит к образованию пористых образцов и рекристаллизации частиц, что часто затрудняет получение качественных композитов. Это означает, что финальные изделия будут обладать значительно улучшенными механическими свойствами и устойчивостью к износу", — добавляет Дмитрий Никитин.
Результаты исследования могут лечь в основу разработки высокоэффективных композитных материалов для авиационной, автомобилестроительной и других отраслей, где необходимы материалы с малой удельной массой и повышенной твердостью.
Читайте по теме:
Новый материал для зеленой энергетики синтезировали ученые России
