Новосибирские учёные разработали технологию получения изделий из карбида гафния — материала с самой высокой температурой плавления, который выдерживает тепловые нагрузки во время движения гиперзвуковых летательных аппаратов в плотных слоях атмосферы, узнал корреспондент Сиб.фм 5 июня из сообщения пресс-службы Института ядерной физики.
Учёные из двух научных организаций СО РАН — Института ядерной физики имени Г. И. Будкера и Института химии твёрдого тела и механохимии — изобрели технологию для ускорения плавки карбида гафния. При классической технологии производства на получение этого материала уходит несколько часов. Новый метод электронно-лучевой сварки позволяет получить тот же результат за несколько минут.
Благодаря уникальным свойствам этого металла (тугоплавкости и высокой стойкости к коррозии) он используется в изготовлении оборудования для ядерных реакторов. Но получить монолитные изделия из этого материала очень сложно. Температура плавления карбида гафния — 3 953 °С, а максимально возможная температура в печи — примерно 2 500 °С, то есть полностью расплавить карбид не получится никогда. При традиционной технологии сначала получают этот металл путём нагревания смеси порошков гафния и углерода, затем его мелко размалывают, прессуют и спекают десятки часов при максимально возможной температуре. Минус этой технологии в том, что она дорогая и энергоёмкая, а материал получается пористым — это плохо для его свойств. Новосибирские учёные нашли новый способ получения карбида гафния.
Порошки углерода и гафния прокручивают в шаровой мельнице — специальном устройстве для смешивания и измельчения твёрдых веществ до микроразмеров. В результате получается порошок из мельчайших частиц, в которых чередуются слои углерода и гафния, так называемый механокомпозит — заготовка для будущего карбида. В таком состоянии повышается реакционная способность материала.
Получившийся порошок исследуют на экспериментальной станции синхротронного излучения «Дифрактометрия в жёстком рентгеновском диапазоне», на ускорителе ВЭПП-3. После этого смесь нагревают и запускают химические реакции направленным пучком электронов на установке для электронно-лучевой сварки. Карбид плавится сам в себе: жидкий материал находится в «кольце» порошкообразного. Далее сырьё добавляется слоями. Рисунок создаётся при помощи электронного пучка на первом слое порошка, затем подсыпается новый слой, процесс повторяется — и так до тех пор, пока форма не будет отлита полностью. Заключительный этап — контрольное просвечивание синхротронным излучением.
Этот метод позволяет получать готовые детали за несколько минут. Карбид гафния — идеальный материал для катодов ускорителей, например. Его можно применять в качестве внешнего покрытия теплозащитных оболочек возвращаемых космических аппаратов типа «Буран». Кроме того, гафний пригодится для очистки выбросов электростанций и промышленных сточных вод, для электронно-лучевой стерилизации в медицине, фармакологии и пищевой промышленности.
Напомним, что в июне 2016 года новосибирские физики показали разработки для первого в мире термоядерного реактора.
Подпишитесь на нас в Telegram
