Какво ще се случи, ако силата на керамиката с пластичност на метала бъде кръстосана и след това похвалите всичко с циркония? Но нашите учени не се досещаха и го направиха, като получиха материал, който не се страхува дори от адски пламък. Как това може да промени нашите самолети, ракети и електроцентрали?
С думата „керамика“ обикновено си мислите, добре, или за любимата чаша на майка си, или за моден тиган с покритие против пръчка. Може би някой ще си спомни повече за спирачните дискове на спортисти. Като цяло става въпрос за нещо крехко или просто много трудно. Но определено не е материалът, от който можете да правите турбини за свръхзвуков самолет или част от космически кораб.
И напразно.
Ferra.ru
Защото учени от Институт по металургия и материали, кръстени на A.A. Байкова Рас И Институт по химията на FIC „Научен център на Komi на RAS RAS“ наскоро взе и създаде такава керамика, която не се топи и не се счупва.
Max Fazs
За да разберете цялата прохлада на откритието (и защо е необходимо), трябва да станете няколко минути Малко Материал.
Има условно два вида материали: Метали (издръжлив, пластмасов, но при високи температури текат като пластилин) и керамика (Твърда, топлинна устойчива, но крехка – паднала и тя се напука). И какво да правя? Точно така, създайте хибрид.
Studfile.net
Такива хибриди в научния световен призив Max Falses. Ако по прост начин, това е уникално семейство от съединения, които комбинират най -доброто от два свята: керамична топлинна устойчивост и почти метална сила и обработка (което за керамиката не е остаряла).
И най -популярният от тях е титан силициев карбид (Ti₃sic₂). В него слоевете с траен карбид се преплитат с по -пластмасови слоеве силиций. Тази максимална фаза и топлина се държи добре и не се разпръсква в праха от случаен удар.
Ferra.ru
Но титановите силициеви карбиди също имат собствен таван: при около 1200 ° С започват забележими пластмасови деформации, материалът започва да „плува“, след което вече не държи натоварването, както трябва. Поради това приложението му беше много ограничено.
Въпреки това, учените теоретично прогнозират, че ако атомите на друг рефрактерен метал, например, цирконий, например, може да затегне температурния му праг в кристалната решетка на този материал. Но на практика това не е възможно отдавна да се уверите, че всичко не е спряло да работи както трябва.
Печете, но не смесвайте
Нашите изследователи решиха не само да добавят циркониев прах, но и да използват интересен (и потенциално по -евтин) метод – вакуумно възстановяване на карболикотерапия.
Имам рани
Неговата същност по -лесноотколкото името: не се приемат чисти метали, но техните оксиди (диоксид Tio₂ и Zro₂ Zro₂ Dioxide) се смесват със силициев и силициев карбид, а след това всичко това е синтероване чрез горещо пресоване.
В резултат на това желаният материал вече беше с циркониеви атоми, изградени директно в кристалната решетка – така нареченият твърд разтвор (Ti₁₋ₓzrₓ) ₃sic₂. Два композиции бяха синтезирани: от 10% (x = 0,10) и 15% (x = 0,15) цирконий.
И когато бяха тествани, резултатите бяха още по -добре очаквани.
Нова механика
И сега – най -сочната част, числа. В сравнение с чист аналог, в нов материал с добавяне на 15% цирконий, твърдостта на викерите почти се удвои: от 3,9 до 6,8 GPa. Силата на огъване при стайна температура също скочи – от 314 до 487 MPa. Но основният коз е, разбира се, температурата.
Ferra.ru
И така, добавянето на цирконий повдигна лентата на прехода от крехка към пластмаса към 1600 ° С (която е по -висока от точката на топене на повечето стомани). Но това не е всичко. Най -невероятното е, че дори при тези 1600 градуса новият материал (с 15% цирконий) запази 64% от първоначалната си сила.
За материали, които работят в условия от 1200–1600 ° C, такива показатели са истинско приложение за практическо приложение.
Където е полезно
Най -очевидната употреба са двигателите на газовите турбини (както самолет, така и индустриални). В камерата за горене или върху лопатките на турбината материалът работи при високи температури и под натоварване, докато теглото и издръжливостта са критични. Металите в тези условия или трябва да се охлаждат, или да ги направят от супер платеници – скъпи и тежки. Обикновената керамика е от Heat -Heart, но се чупи лесно.
Раменните лопатки на газовите турбини, като правило, се стопяват при температури над 1400 ° C
Wikimedia Commons
Но максималната фаза с подобрена топлинна устойчивост дава компромис. Повече, устойчиви на топлина материали са възможност за повишаване на температурата в горивната камера. И колкото по -висока е температурата, толкова по -висока е ефективността на двигателя, по -малко разход на гориво и емисии.
По принцип такъв материал е добър за енергия, аерокосмическо оборудване и дори отбранителни ястия – където се изисква комбинацията от топлинна устойчивост и издръжливост.
И сама по себе си цирконий, концепцията за надграждането на Max-Faz блестящо потвърждава: променяте един елемент в кристалната решетка и получавате материал с напълно нови свойства. Каква беше теорията и една красива идея най -накрая се сбъдна.
Елементи от периодичната таблица на Менделеев, които си взаимодействат помежду си, образувайки максимални фази. Червените квадратчета показват m-елементи (метали); Сини – елементи A (метал/не -метал); Черно – X (въглерод или азот)
Д -р Мишел Барсум
Що се отнася до метода, подходът на учените гарантира най -високата чистота на крайния продукт с минимални примеси. И това е в материалната наука – Алфа и Омега. Точно това постигат резултати, които не само могат да се повторят в друга лаборатория, но и (което е по -важно) Масажната продукция.
Уникалността на нашето развитие е, че тя е предвидена теоретично, но не е получена на практика. Постигнахме рекордна висока якост за огъване за материали, базирани на максимална фаза при температура над 1200 ° С
Елена Истомин
Водещ изследовател в Института по химия на Федералния изследователски център „Научен център на Коми на RAS RAS“
Разбира се, преди да въведете материала, трябва да разрешите няколко въпроса. Разберете как се държи материалът в циклите на отоплително-студено, как се окислява в изгарянето на продуктите на горивото, как може да се произвежда и интегрира в съществуващите сглобки.
Но самият факт е изместване на BDTT (крехка към пластична температура на преход) в посока 1600 ° C и доброто задържане на здравината при такива температури е много готино.
Така че тук керамиката е различна
Pinterest.com
Всъщност това развитие отваря начина за създаване на изцяло нов клас материали.
И там изглеждате и ние ще летим по -бързо и електричеството ще стане по -евтино.
Такива неща.
