Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали новые композиты с улучшенными свойствами на основе прекерамической бумаги – материала из целлюлозных волокон, наполнителя и удерживающих добавок. Композиты могут быть использованы в аэрокосмической и транспортной промышленности. Исследование поддержал Российский научный фонд, сообщает вуз.
«В настоящее время активное развитие аэрокосмической и транспортной промышленности требует материалов, устойчивых к высоким температурам, коррозии и механическим нагрузкам. Большинство известных металлов и сплавов, например, сплавы на основе никеля, широко используемые в различных деталях газотурбинных двигателей, достигли своих пределов для различных высокотемпературных конструкционных применений. Композиты на основе керамики демонстрируют наиболее повышенную стойкость к окислению при высоких температурах и улучшенные механические свойства», — отмечается в сообщении.
Для улучшения свойства композитов специалисты предложили новый подход — формирование многоуровневых структур, состоящих из слоев прекерамической бумаги и фольги тугоплавких металлов. Подобный метод позволяет варьировать состав отдельных слоев такой бумаги, комбинируя и управляя их свойствами.
В качестве сырья для новых композитов политехники использовали прекерамические бумаги на основе МАХ-фазы Ti3Al(Si)C2 (карбоалюминида титана) и фольги из тантала.
Для синтеза композитов применялась технология искрового плазменного спекания при температуре 1150 °C и давлении 50 МПа. «MAX-фазы – это относительно новый класс нанослоистых керамик. Благодаря своей уникальной кристаллографической структуре большинство MAX-фаз сочетают в себе преимущества керамики (низкую плотность, коррозионную стойкость и другие) и металлов (стойкость к повреждениям, механическую обрабатываемость, тепло/электропроводность). При этом одной из проблем разработки новых композиционных материалов на основе МАХ-фаз является их повышенная хрупкость при низких температурах», – говорит руководитель исследования, заведующий лабораторией перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем ТПУ Егор Кашкаров.
Результаты экспериментов показали, что полученные слоистые материалы характеризуются однородной микроструктурой отдельных слоев, высокой прочностью и квази пластичным поведением разрушения (не разрушаются хрупко, выдерживая высокие степени деформации без существенной потери прочности). Кроме того, они обладают повышенными теплофизическими свойствами.
Дальнейшие исследования, по словам руководителя проекта, будут направлены на разработку сложных по составу прекерамических бумаг, а также оптимизацию состава и архитектуры металл-керамических композитов с целью повышения характеристик материалов. Кроме того, планируется изготовить прототипы изделий из композиционных материалов для конкретных применений.