Карбид кремния станет прочнее

Карбид кремния станет прочнее

Ученые НИТУ «МИСиС» нашли способ в 1,5 раза повысить трещиностойкость карбида кремния

Учёные НИТУ «МИСиС» нашли способ, который повышает
трещиностойкость и прочность карбида кремния на растяжение и
изгиб. В основе разработки стоят нановолокна, которые активируют
спекание керамики и повышают прочностные характеристики
материала, предотвращая появление трещин. Статья о разработке
опубликована в Ceramics
International – сообщает пресс-служба НИТУ «МИСиС».

Карбид кремния – материал, который применяется в качестве
полупроводника, конструкционного материала, абразива и огнеупора
в различных отраслях промышленности. Он практически не
встречается в природе, в основном, его синтезируют искусственно.
Ключевая проблема карбидокремниевой керамики – она прекрасно
работает на сжатие, но чувствительна к структурным дефектам:
зачастую имеет низкую трещиностойкость и малую прочность на
растяжение и изгиб.

Ученые НИТУ «МИСиС» нашли способ улучшить свойства материала за
счет формирования в ней армирующих нановолокон по технологии
самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
Синтез проводился в несколько этапов. Сначала порошки кремния,
углерода, тантала и тефлона замешивались в планетарной мельнице,
затем полученная смесь сжигалась в реакторе. В процессе горения
происходило формирование нановолокон. На последнем этапе
происходило спекание изделия в вакуумной печи.

«Благодаря эффекту комбинированной добавки тантала и тефлона нам
удалось синтезировать материал с карбидокремниевой матрицей,
упрочненной карбидокремниевыми нановолокнами. Эти нановолокна
активируют спекание керамики и повышают прочностные
характеристики спеченного материала, так как они служат барьером
для распространения трещин», – рассказывает автор работы,
кандидат технических наук, сотрудник Научно-учебного центра
самораспростаняющегося высокотемпературного синтеза МИСиС-ИСМАН
Степан Воротыло.

По информации пресс-службы НИТУ «МИСиС», за счет формирования
нановолокон удалось значительно снизить требуемые температуры и
выдержки при вакуумном спекании – с многочасовой выдержки при
1800—2000°C до 1 часа при 1450°C.

Ученые планируют продолжить работу над повышением
трещиностойкости и прочности материала. Совмещение хороших
механических характеристик и экономичности производственного
процесса, позволит расширить области применения карбида кремния в
качестве конструкционного и огнеупорного материала. Например, его
применение для изготовления лопаток турбин и деталей двигателей
внутреннего сгорания позволило бы существенно поднять рабочие
температуры в двигателях и заметно повысить их характеристики:
мощность, тяговую силу, КПД, экологичность и др. Также
карбидокремниевая керамика, для производства которой используются
полевой шпат и кварцевый песок, может успешно заменить детали из
сплавов, содержащих дефицитные кобальт, никель и хром,
применяющиеся в моторостроении.

Подготовлено по материалам пресс-релиза пресс-службы НИТУ «МИСиС»

Иллюстрация: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884219334820

Источник: scientificrussia.ru