Самораспространяющийся высокотемпературный синтез новых керамико-металлических материалов на основе высокоэнтропийных соединений и сплавов

Проект направлен на решение научной проблемы создания новых конструкционных и функциональных материалов на основе высокоэнтропийных сплавов и соединений, в соответствии с потребностями перспективных технологий машиностроения, энергетики, аэрокосмической техники, транспорта и других отраслей промышленности. Керамико-металлические материалы на основе высокоэнтропийных фаз являются актуальнейшим объектом исследований мировой науки о материалах. Объединяя полезные свойства высокоэнтропийных металлических сплавов и керамики, они обладают большим потенциалом как новые конструкционные материалы, сочетающие прочность, ударную вязкость и твердость в широком диапазоне температур, от криогенных до весьма высоких, что требуется для изделий энергетики, авиационно-космической техники, механизмов работающих в полярных широтах; как инструментальные материалы (буровой, горный, металлорежущий инструмент). Для успешного создания новых высокоэнтропийных материалов необходимо решить ряд фундаментальных научных задач, связанных с выявлением механизмов формирования высокоэнтропийных фаз, их термодинамической стабильности, совместимости керамических и металлических высокоэнтропийных фаз, взаимосвязи структуры со свойствами данных материалов. Для решения этих задач в проекте будет применен метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который позволяет осуществлять быстрый синтез разнообразных материалов в режиме горения или теплового взрыва. Впервые будут этим методом получены и исследованы высокоэнтропийные керметы, в которых керамическая фаза относится к системе Ti-Zr-Ta-Nb-Mo-W-X, где X = C, B, N (включая более простые подсистемы с уменьшенным числом разных металлов), а металлическая связка – к системе Co-Cr-Fe-Ni-M, где M = Mn, Cu, Ti, Al (сплав Кантора и его производные). Метод СВС будет комбинироваться с механическим активированием и механосплавлением в планетарных мельницах, горячим прессованием и вакуумным спеканием. С помощью комплекса оригинальных лабораторных реакционных камер будут исследованы закономерности СВС для управления процессом горения и получения оптимального соотношения керамика- связка. Механизмы структурообразования материалов будут изучены in situ с помощью уникального метода динамического рентгенофазового анализа. Исследование структуры и свойств промежуточных продуктов и целевых материалов будут проведены методами рентгеноструктурного анализа (в том числе высокотемпературного), электронной микроскопии и микроанализа. Механические свойства (плотность, твердость, пределы прочности при сжатии и изгибе, ударная вязкость) будут измерены по стандартным методикам. Достижимость решения поставленных задач обусловлена тем, что: (1) выбор систем для исследования сделан на основе анализа имеющихся данных о составе, структуре, стабильности и свойствах керамической и металлической фаз (по отдельности), как литературных, так и полученных заявителями Проекта; (2) использование метода СВС в сочетании с механоактивацией и механосплавлением позволяет быстро синтезировать необходимое для тестирования и дальнейшего отбора количество материала; (3) у заявителей имеется опыт работы в данной области, все необходимое оборудование и инфраструктура для выполнения Проекта В результате решения поставленных задач планируется получить уникальный массив экспериментальных и теоретических данных, который позволит вести более целенаправленные разработки новых видов керамико-металлических материалов с заданными свойствами.