Ученые ТПУ научились «настраивать» свойства композитов из прекерамической бумаги
Впервые для их изготовления использовали сложную по составу прекерамическую бумагу одновременно с карбидным и оксидным порошковым наполнителем. Было установлено, что, меняя пропорции наполнителя, можно создавать материал с заданными параметрами прочности, пористости и других физико-механических свойств.
Прекерамическая бумага, содержащая добавки из карбидов и оксидов, рассматривается как перспективный материал для производства сложных по составу и форме элементов различных конструкций, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях. Однако оптимизация состава и структуры материала для обеспечения требуемых свойств остается сложной задачей.
В своей работе ученые методом искрового плазменного спекания впервые получили композиционные материалы из прекерамических бумаг на основе карбоалюминида титана и оксида алюминия.
«Мы отработали методики изготовления прекерамических бумаг со сложным составом наполнителя и использовали их для получения композитов, в которых свойства отдельных компонентов взаимно дополняют друг друга. Так, карбидная фаза придает материалу высокую прочность и трещиностойкость, а оксидная фаза обеспечивает повышенную твердость, износостойкость, а также химическую и термическую стабильность», — рассказывает руководитель проекта, заведующий лабораторией перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем ТПУ Егор Кашкаров.
Полученный при температуре 1 150 °C плотный композитный материал с содержанием в 30% оксида алюминия показал высокие прочность (360 МПа) и твердость (13,5 ГПа), превосходя по физико-механическим свойствам композиты, полученные из прекерамической бумаги на основе оксида алюминия. Увеличение же содержания оксида алюминия неминуемо приводит к снижению плотности и прочностных характеристик.
«Таким образом, регулируя состав прекерамической бумаги, мы можем получить материал с разными характеристиками под конкретные задачи», — отмечает Егор Кашкаров.
Одним из преимуществ прекерамических бумаг является возможность послойного контроля структуры и состава композитов. В планах ученых получить функционально-градиентные композиты на основе карбидов и оксидов металлов.
В исследованиях принимали участие сотрудники Инженерной школы ядерных технологий ТПУ и университета Эрлангена-Нюрнберга (Германия).
Источник: пресс-служба Томского политехнического университета