Ученые Уральского федерального университета разработали шесть составов высокоэнтропийной керамики, свойства которой можно настраивать под конкретные задачи. По ряду характеристик новый материал превосходит стабилизированный диоксид циркония — керамику, широко применяемую в промышленности.
Высокоэнтропийные материалы состоят как минимум из пяти компонентов, которые образуют единый твердый раствор и общую кристаллическую решетку. Меняя соотношение этих компонентов, исследователи могут управлять свойствами получаемой керамики.
Испытания показали, что новые составы сохраняют устойчивость при нагреве до 2100 °C, резких изменениях температуры и воздействии радиации. Для сравнения, у стабилизированного диоксида циркония при сопоставимых дозах меняется структура.
«Все образцы обладают высокой радиационной стойкостью, а некоторые сплавы и вовсе не «почувствовали» облучение. Тогда как, например, у стабилизированного оксида циркония при этих же дозах облучения происходит изменение структуры».
Роман Бастриков, соавтор работы, инженер кафедры редких металлов и наноматериалов УрФУ
Еще одна особенность материала — низкая теплопроводность. Благодаря этому керамика меньше нагревается и, как отмечают ученые, может быть менее подвержена разрушению. При этом коэффициент ее теплового расширения хорошо сочетается с характеристиками металлов. Это важно для деталей, где керамика соединяется с металлической основой: при изменении температуры материалы меньше деформируются относительно друг друга.
Набор характеристик позволяет рассматривать новую керамику сразу для нескольких направлений. Среди них — теплозащитные покрытия для авиакосмической техники, электролиты твердооксидных топливных элементов, подложки и изоляторы для бортовой электроники, а также конструкционные элементы для гиперзвуковых аппаратов.
Исследователи отмечают, что шесть полученных составов отличаются сочетанием свойств. Поэтому для конкретного применения можно выбрать наиболее подходящий вариант и затем дополнительно оптимизировать его характеристики.
Устойчивость материалов к температурным перепадам и радиации ученые УрФУ проверяли совместно со специалистами Института химии твердого тела УрО РАН и Института электрофизики УрО РАН. Теперь разработчики планируют продолжить работу с индустриальными партнерами и заняться коммерциализацией технологии.
Читайте также:
Российские физики изменили мир десятью научными открытиями
Впервые зафиксирован квантовый скачок звука в реальном времени
Композитный лед в десять раз прочнее обычного может изменить строительство в Арктике