В Новосибирске разработали материал, выдерживающий до 2500 °C
Исследователи Новосибирского государственного технического университета синтезировали силицид ниобия. Этот материал можно будет использовать в аэрокосмической отрасли как альтернативу жаропрочным никелевым сплавам.
Авиационная и космическая техника работает в экстремальном холоде и жаре, при перепадах давления и радиации. Поэтому инженерам нужны материалы, которые остаются прочными при высоких температурах и при этом не утяжеляют конструкции. Одним из перспективных вариантов считаются соединения ниобия с кремнием, известные как силициды ниобия.
Несмотря на то, что кремний является «полуметаллом», силициды ниобия считаются интерметаллидами. Это объясняется их специфической кристаллической структурой, металлической связью с примесью ковалентной и наличием металлического блеска с высокой электропроводностью, хотя и меньшей, чем у чистых металлов.
Обычно силицид ниобия (например, NbSi2) получают с помощью таких методов, как сплавление, механическое легирование и электроискровое плазменное спекание. Новосибирские ученые использовали метод, известный также как «механическая активация». Они загрузили в энергонапряженную шаровую мельницу порошки кремния и ниобия вместе с мелющими шарами из твердого сплава. В результате образовался материал, в котором до 66% составляет силицид ниобия. Исследователи отмечают, что в таких условиях это соединение удалось получить впервые.
Силицид ниобия интересен прежде всего высокой температурой плавления и жаростойкостью. Ученые утверждают, что он плавится при температуре около 2500 °C, примерно на тысячу градусов выше температуры плавления никелевых сплавов, которые сейчас используют в авиации и ракетной технике, поскольку одновременно являются жаростойкими и жаропрочными.
Жаростойкость — это способность материала сопротивляться окислению при высоких температурах. Обычно достигается за счет создания на поверхности плотной оксидной пленки, которая защищает материал от взаимодействия с окружающей средой.
Жаропрочность — это свойство материала сохранять прочность и не деформироваться при высоких температурах. Обеспечивается введением упрочняющих фаз и тугоплавких элементов в состав сплава.
При этом силицид ниобия легче никелевых сплавов, хотя он и имеет свои недостатки. В частности, он довольно хрупкий и при высоких температурах может окисляться. Поэтому ученые в разных странах пытаются сделать его прочнее и устойчивее. Новосибирские исследователи сосредоточились на более простом способе получения такого соединения: их метод позволяет синтезировать силицид ниобия почти при комнатной температуре, тогда как обычно для этого нужны сложные и дорогие технологии плавки.
Следующий этап — попробовать сделать из полученного порошка полноценные детали. Для этого ученые собираются использовать электроискровое спекание: порошок сжимают под давлением и одновременно пропускают через него электрические импульсы, из-за чего частицы соединяются в плотный материал.
Ранее исследователи создали экспериментальную установку, позволяющую испытывать новые материалы в условиях, близких к тем, которые возникают при входе космических аппаратов в атмосферу.
На обложке заведующий кафедрой технологии машиностроения механико-технологического факультета НГТУ НЭТИ кандидат технических наук, доцент Евгений Головин. Он руководил исследованием. Автор фото: В. Гуськов
Самое популярное
