Высокоэнтропийная керамика и сплавы – новая платформа для создания материалов с улучшенными свойствами

Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) одно из наиболее популярных направлений современного материаловедения. Часто ВЭС определяют, как сплавы, состоящие из пяти или более основных элементов в одинаковых молярных соотношениях. Термин «высокоэнтропийный» сплав основан на анализе величины энтропии таких сплавов. Согласно этому определению полная конфигурационная молярная энтропия ВЭС должна превышать значение 1.61R (где R – газовая постоянная). Недавно спектр высокоэнтропийных материалов был расширен с включением не металлических элементов и создан класс высокоэнтропийной керамики (ВЭК). Предполагается, что ВЭС и ВЭК должны обладать уникальными механическими и физическими свойствами. Например, в серии недавних публикаций показано, что существует класс высокотемпературных ВЭС, которые обладают повышенной износостойкостью и прочностью при высоких температурах, высокой твердостью и высокой стойкостью к окислению. В свою очередь ВЭК, основанные на металлических боридах, относятся к классу сверхтугоплавких материалов. Также, материалы с высокой энтропией должны обладать повышенной стойкостью в таких «необычных» условиях, как воздействие радиации и крайне высоких температур, защита от ударной волны и т.д. Из вышесказанного очевидно, что исследования, связанные с разработкой новых методов получения высокоэнтропийных материалов, являются актуальной научно-технической задачей, на решение который и направлен данный проект. Конкретно, в проекте предлагается развивать два направления – это исследование ВЭК и ВЭС. Первое направление предполагает синтез высокоэнтропийной керамики на основе металлических боридов и карбидов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Следует отметить, что на сегодняшний день это направление не имеет мировых аналогов. Получение и фундаментальное исследование ВЭК методом СВС будет сделано впервые. Планируется синтез ряда эквимолярных пятикомпонентных боридов (Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)B2, (Hf0.2Zr0.2Ta0.2Mo0.2Ti0.2)B2 и карбидов (Hf0.2Zr0.2Mo0.2Nb0.2Ti0.2)C, (Mo0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)С в режиме самоподдерживающихся реакций. Этот подход предполагается совместить с последующим искровым плазменным спеканием. Второе направление - это получение ВЭС методом высокоэнергетического механического сплавления (ВЭМС). Опыт, накопленный в группе по механическому сплавлению позволяет с большой вероятностью предположить возможность разработки эффективной технологии получения высокоэнтропийных материалов сочетании этого метода с искровым плазменным спеканием. Для данного проекта выбраны схожие с ВЭК эквимолярные пятикомпонентные металлические системы Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2 и Hf0.2Zr0.2Ta0.2Mo0.2Ti0.2. Для эффективной реализации предполагаемого проекта будут детально исследованы фазовый состав и структура рассматриваемых материалов с последующим выявлением корреляции с такими свойствами, как жаростойкость, электро- и теплофизические свойства, комплексом механических свойств. Будут получены новые экспериментальные данные о механизмах ВЭМС и СВС высокоэнтропийных сплавов и керамик, которые позволят создать научные основы технологий получения совершенно новых материалов с заданными структурой и свойствами, отвечающих потребностям современной промышленности и экономики России.