Исследователи Политеха выиграли грант РФФИ

Ученые разработали энергосберегающий метод получения композитов

Российский фонд фундаментальных исследований подвел итоги конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований. По научному направлению «Фундаментальные основы инженерных наук» РФФИ поддержал 228 проектов. В число победителей вошел коллектив кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы» под руководством доцента Евгения Латухина.

Грантовую поддержку получил проект политеховцев «Разработка и исследование нового метода получения керамико-металлических композиционных материалов с применением горения для синтеза керамического каркаса». Ученые создают композиты по уникальной технологии, позволяющей применять полученные соединения в условиях повышенного износа, в агрессивных средах.

В основе нового метода лежит высоко экзотермическая реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), в результате которой получаются керамические соединения в виде пористого каркаса любой формы. В процессе синтеза керамический каркас саморазогревается до температур 2500 – 3500 °С. При таких температурах расплав металла, контактирующий с каркасом, впитывается в его пористо-капиллярную структуру, полностью заполняя все поровое пространство. Остывая, металл кристаллизуется в порах. Так можно получать каркасные композиты с разными объемными долями металла и керамики.

Схема создания композита:
синтез тугоплавкого каркаса из исходных порошковых материалов → пропитка алюминием → керамико-металлический композит

Главное преимущество предлагаемой технологии заключается в ее энергоэффективности – для синтеза керамического соединения не требуется тепло. Разработчики также получили возможность варьировать свойства получаемых композитов путем подбора целевого керамического соединения и металла или сплава, которым будет пропитываться керамика. Кроме того, не нужно сложное и дорогое прессовое оборудование или реакторы, обеспечивающие пропитку получаемого каркаса расплавом металла.

С использованием нового метода, ученые уже создали следующие композиционные материалы: TiC-Al (карбид титана с алюминием), Ti3AlC2-Al (карбоалюминид титана с алюминием), Ti3SiC2-Cu (карбосилицид титана с медью). Сейчас они проходят серию испытаний на прочность, твердость и т.д.

– Полученные композиты могут найти широкое применение в условиях, где требуется высокая износостойкость, низкие коэффициенты трения, легкий вес, – поясняет участник научного коллектива, аспирант кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы» Эмиль Умеров. – Карбид и карбоалюминид титана с алюминием могут использоваться при изготовлении более эффективных подшипников скольжения, поршней или гильз автомобильных двигателей с повышенным КПД, тормозных дисков автомобилей или даже как режущего или обрабатывающего инструмента. А карбосилицид титана с медью скорее перспективен как электроконтактный материал, подходящий для производства токосъемников поездов, трамваев.

Грантовая поддержка РФФИ рассчитана на три года. В прошлом году научным коллективом была подана заявка на патент на разработанный метод. Готовятся также к публикации статьи, индексируемые в Scopus и ВАК, с описанием особенностей новой технологии и свойствами получаемых композитов.