Новосибирские смогли всего за несколько минут
расплавить самый тугоплавкий материал в мире — карбид гафния, при
этом традиционная технология его производства занимает несколько
часов. Свойства материала делают его перспективным для использования
в качестве теплозащитного покрытия для космических аппаратов типа «Буран»,
сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.
Уникальные свойства карбида гафния (соединения гафния с
углеродом) — тугоплавкость, высокая стойкость к коррозии известны давно, в
основном его используют при изготовлении оборудования для ядерных реакторов. Но
получить монолитные изделия из этого материала очень сложно. Температура
плавления карбида гафния – 3,9 тысячи градусов, а максимально возможная
температура в печи – примерно 2,5 тысячи градусов. Это значит, что полностью
расплавить карбид не получится никогда.
Поэтому при традиционной технологии, сначала получают карбид
гафния нагревом смеси порошков гафния и углерода, затем его размалывают как
можно мельче, прессуют и спекают, как керамику, десятки часов, при максимально
возможной температуре. Такое производство выходит энергозатратным и совсем не
дешевым, при этом сам материал получается пористым, что плохо сказывается на
его свойствах. Специалисты новосибирских институтов нашли более эффективный и
дешевый способ его получения.
На первом этапе порошки углерода и гафния подвергают
процессу механоактивации путем прокручивания в шаровой мельнице – специальном
устройстве для смешивания и измельчения твердых веществ до микроразмеров. В
результате получается порошок из мельчайших частиц, в которых чередуются слои
углерода и гафния, так называемый механокомпозит – заготовка для будущего
карбида. В таком состоянии повышается реакционная способность материала.
Получившийся «микропорошок» исследуют на экспериментальной станции
синхротронного излучения. Затем идет нагревание смеси и запуск химических
реакций направленным пучком электронов на установке для электронно-лучевой
сварки.
Ученые решили, что карбид должен плавится «сам в себе»:
технология строится так, что жидкий материал находится «в кольце»
порошкообразного. В дальнейшем используется метод послойного добавления сырья,
применяемый также для печати на 3D принтере: рисунок создается при помощи
электронного пучка на первом слое порошка, затем подсыпается новый слой,
процесс повторяется – и так до тех пор, пока форма не будет отлита полностью. В
противовес классическому многочасовому спеканию в печи новый метод позволяет
получать готовые детали за несколько минут.
По словам старшего научного сотрудника ИХТТМ СО РАН Алексея
Анчарова, такой подход может применяться и для получения других, более дешевых
(стоимость гафния – более 50 тысяч рублей за килограмм) материалов с подобными
свойствами, в первую очередь, карбидов и боридов тугоплавких металлов –
тантала, вольфрама, молибдена.
Карбид гафния с успехом может применяться в сфере
ракетостроения, в качестве внешнего покрытия для теплозащитных оболочек
возвращаемых космических аппаратов типа «Буран».
