Учёные НИФТИ ННГУ получили ударопрочные материалы из порошка оксида алюминия
Учёные из Научно-исследовательского физико-технического института (НИФТИ) ННГУ им. Н.И. Лобачевского с помощью метода электроимпульсного плазменного спекания получили суперпрочные к ударам и износу на поверхности материалы из порошков оксида алюминия. Исследования проводятся в рамках гранта РНФ «Проектирование и изготовление новых керамических и функционально-градиентных материалов на основе оксида алюминия с высокой баллистической стойкостью для композиционных элементов защиты». Результаты исследования представлены в публикации журнала Materials в 2022 году.
Не является описываемым в статье материалом
Данные материалы можно использовать в таких отраслях, как: машиностроение, металлообработка, в оборонной промышленности (при создании защитных материалов), в качестве элементов микросхем и стоматологии (при протезировании зубов).
Разработчики рассказывают, что при электроимпульсном плазменном спекании порошок нагревается с высокой скоростью в вакууме с помощью пульсирующего тока при постоянном давлении. Полученные при этом материалы имеют однородную и мелкозернистую структуру, что значительно повышает прочность и износостойкость керамик.
Специалисты исследовали три вида керамических материалов на основе оксидов алюминия. Первые два — это субмикронный и мелкодисперсный порошки Al2O3. Третий — тоже субмикронный порошок оксида алюминия, но с аморфным слоем этого же оксида на поверхности частиц. В процессе спекания исходного вещества происходила усадка, а потом исследовалась на математических моделях. В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что частицы порошка, покрытые аморфным оксидом алюминия, в сплаве аномально быстро образуют зерна при более низкой энергии активации.
Учёные из ННГУ считают, что причинами аномально быстрого роста зерен стали дефекты на их границах, усиливающие микротвердость. Это делает керамику из порошка с аморфным слоем оксида алюминия в полтора раза прочнее.
Максим БолдинЗаведующий лабораторией технологии керамик НИФТИ ННГУ, член российского керамического общества
«Исследования технологий электроимпульсного плазменного спекания мы проводим с 2008 года. Порошковый материал нагревается до температуры спекания с контролируемой скоростью (от 10 до 2500 °С/мин). Высокие скорости нагрева сокращают длительность спекания и ограничивают рост частиц порошка в процессе консолидации, что обеспечивает высокоплотную субмикрокристаллическую структуру и значительно повышает механические свойства керамики».
Данная разработка уже используется на предприятиях Нижнего Новгорода для изготовления металлообрабатывающих инструментов и керамических подшипников.
