Учёные из Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН и Коми научного центра УрО РАН создали уникальную керамику с использованием MAX фазы Ti₃SiC₂, легированной цирконием. Эта разработка обеспечивает значительное улучшение механических свойств при высоких температурах. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе РАН.
Впервые были получены твёрдые растворы (Ti₁₋ₓZrₓ)₃SiC₂ с содержанием циркония 0,10 и 0,15. Их создание стало возможным благодаря методам вакуумного карбосиликотермического восстановления и горячего прессования.
Тесты показали, что добавление циркония увеличивает твёрдость керамики с 3,9 ГПа до 6,8 ГПа, а изгибная прочность возрастает с 314 до 487 МПа. Важное достижение — смещение температуры перехода от хрупкого к пластичному разрушению до 1600 °C. Образец с содержанием циркония 0,15 сохраняет прочность 311 МПа даже при такой температуре.
Эти образцы превосходят традиционные Ti₃SiC₂ по характеристикам при температурах свыше 1200 °C, демонстрируя превосходную термомеханическую стабильность.
Новые материалы могут использоваться в газотурбинных двигателях, например, в качестве огнеупорных облицовок и лопаток, обеспечивая сочетание жаропрочности и долговечности.
Исследование показало, что легирование цирконием значительно расширяет температурные пределы и сохраняет механические свойства в экстремальных условиях. Это открывает возможности для создания передовых керамических материалов для разных отраслей промышленности.
Мембрана для топливных элементов увеличивает мощность в сухом воздухе. Авторы предложили гибрид на базе полимера Aquivion, добавив в него наночастицы кремнезёма и цезиевую соль фосфорновольфрамовой кислоты — соединения, содержащего фосфор и вольфрам.