МОСКВА, 26 января. /ТАСС/. Химики из России разработали новый подход для синтеза высокоэнтропийных карбидов, тугоплавких соединений углерода и различных переходных металлов. Эти материалы широко применяются при изготовлении катализаторов и промышленной керамики, сообщила в четверг пресс-служба "Сколтеха".
"Метод безвакуумного электродугового синтеза позволяет получать высокоэнтропийный карбид без использования вакуумных насосов и другого сложного дорогостоящего оборудования, потребляющего основной объем электроэнергии. На нашей установке порошок высокоэнтропийного карбида синтезируется без применения давлений и вакуума, в чем и заключается ее уникальность", - пояснил заведующий лабораторией Томского политехнического университета Александр Пак, чьи слова приводит пресс-служба "Сколтеха".
Карбиды представляют собой тугоплавкие и прочные соединения углерода и других веществ, которые широко применяются в обрабатывающей промышленности, металлургии, при производстве керамики и других изделий, где необходима высокая износостойкость и прочность. Особый интерес для промышленников представляют так называемые высокоэнтропийные карбиды.
Так ученые называют соединения углерода и различных металлов из IV и V групп периодической таблицы Менделеева, которые обладают уникальными механическими свойствами, имеют высокую температуру плавления и низкую теплопроводность. Сейчас эти материалы промышленники получают при помощи искрового плазменного спекания сырья, в роли которого выступают порошки из карбидов металлов, их оксиды или чистые формы этих элементов.
Новый производственный процесс
Этот процесс, как отмечают Пак и его коллеги, требует длительного нагрева исходного материала до температуры в несколько тысяч градусов Цельсия, а также использования мощных прессов, позволяющих поддерживать давление в реакционной среде в несколько сотен атмосфер. Это делает процесс изготовления высокоэнтропийных карбидов сложной, долгой и дорогой процедурой.
Исследователи из ТПУ, "Сколтеха" и РНИМУ имени Пирогова использовали методы машинного обучения и численные расчеты для разработки альтернативной стратегии производства этой формы карбидов, которая не требует больших расходов энергии и времени. Для этого ученые просчитали то, при каких условиях атомы металлов равномерным образом распределяются по толще карбидов при их спекании.
Исследователи использовали эти сведения для определения оптимальных условий, при которых высокоэнтропийные карбиды можно относительно быстро и дешево получать при помощи метода безвакуумного электродугового синтеза, не требующего особых условий для работы.
Работу этого подхода ученые проверили в рамках практических экспериментов, в ходе которых они успешно синтезировали высококачественный карбид на базе сплава углерода, тантала, ниобия, циркония, титана и гафния. Полученный материал обладал всеми ключевыми характеристиками высокоэнтропийных карбидов, что открывает дорогу для массового применения нового подхода для их производства в промышленной практике.
