Разработка передовых композитов на основе высокоэнтропийных карбидных систем

Проект посвящен исследованию фундаментальных физико-химических основ синтеза сверхпрочных сплавов на основе металлоподобных твердых тугоплавких карбидов WC, TiC, TaC, HfC и ZrC в многокомпонентных средне- и высокоэнтропийных эквимолярных системах WC-TiC, WC-TiC-TaC, WC-TiC-TaC-HfC, WC-TiC-TaC-HfC-ZrC. Ожидаемые результаты проекта ориентированы на задачу изготовления новых высокоэнтропийных сплавов (ВЭС). Актуальность. Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) – это сплавы с пятью и более основными элементами. Благодаря особой концепции, эти сплавы часто проявляют выдающиеся свойства с высоким потенциалом многообещающих возможностей для разработки новых материалов для экстремальных сред, встречающихся в турбинных двигателях, ядерных реакторах и гиперзвуковых транспортных средствах, поскольку они расширяют композиционное пространство керамических материалов с индивидуальными свойствами в рамках однофазного твердого раствора. К важнейшим востребованным и наиболее изученным свойствам ВЭС относят их структурную стабильность, устойчивость к высоким температурам (тугоплавкость), износостойкость и усталостную прочность, коррозионные свойства. Эти перспективные свойства могут быть объяснены сложностью состава, беспорядком на атомном уровне, искажением решетки и другими фундаментальными процессами, связанными с образованием дефектов и рассеянием фононов. В последние годы к этому относительно молодому классу материалов проявляется значительный интерес, что привело к появлению новой перспективной области знания, рассматривающей бесчисленное количество новых систем ВЭС и их применения. ВЭС могут использоваться в качестве материалов для хранения водорода, радиационно-стойких материалов, диффузионных барьеров для электроники, прецизионных резисторов, электромагнитных экранирующих материалов, мягких магнитных материалов, термоэлектрических материалов, функциональных покрытий и антибактериальных материалов. Благодаря особой стратегии проектирования и уникальным свойствам, ВЭС и другие высокоэнтропийные материалы (например, высокоэнтропийная керамика (ВЭК) или даже полимеры) найдут применение в областях, значительно более широких, чем перечисленные выше. Принимая во внимание вышеописанное, область развития научного направления ВЭС ожидает исследований со стороны большего числа ученых, чем и обусловлена чрезвычайна высокая значимость и неоспоримая актуальность этих материалов. В фундаментальной части проект предполагает исследование особенностей процессов химического синтеза, формирующих особые характеристики и свойства твердых растворов на основе металлоподобных карбидов WC, TiC, TaC, HfC, TaC, ZrC в виде последовательно компонентно-усложняющихся эквимолярных высокоэнтропийных систем WC-TiC, WC-TiC-TaC, WC-TiC-TaC-HfC, WC-TiC-TaC-HfC-ZrC и т.п. Фундаментальные основы будут включать ранее неизученные физико-химические закономерности твердофазного синтеза дисперсного сырья указанных составов с заданными характеристиками сложного композитного и гранулометрического состава, морфологии и исследования закономерностей влияния структур веществ при их обработке способами механической и ультразвуковой активации- гомогенизации высокой мощности. Будут получены новые научные данные о высокоскоростном искровом плазменном спекании (ИПС) разработанного дисперсного сырья в изделия ВЭС. Научная новизна проекта определяется совокупностью вышеуказанных данных, отсутствие которых на текущий момент формирует научную проблему в области физико-химических основ синтеза ВЭС. Результаты предлагаемого проекта перспективны для реализации стратегических задач РФ по обеспечению технологической безопасности государства за счет создания критически важных для промышленности отечественных материалов для производства и его модернизации.