ТОМСК, 11 мар – РИА Томск.
Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали установку для
получения сверхтвердых материалов на основе карбидов титана, которая позволит удешевить этот процесс в промышленном производстве, сообщила в понедельник пресс-служба
вуза.
Уточняется, что над проектом работает коллектив молодых
ученых Инженерной школы информационных технологий и робототехники ТПУ.
Open air
Созданная томичами установка предназначена для получения
сверхтвердых материалов на основе карбидов титана. Это соединение углерода и
металлического титана, отличающееся особой прочностью, устойчивостью к высоким
температурам. Его используют для нанесения износостойких покрытий.
Основное преимущество установки политехников – использование
безвакуумного метода. "В таком случае процесс получения карбидов не
требует специальных условий инертной газовой среды, а значит и дорогостоящего
оборудования, – он протекает на открытом воздухе", – говорится в сообщении
вуза.
На своем оборудовании политехники уже получили помимо
карбида титана и образцы других веществ – карбида кремния и карбида бора. Эти
тугоплавкие и сверхтвердые материалы используются для создания компонентов
силовой электроники, изделий ядерной промышленности, керамических бронепластин
и так далее. Способу получения карбида титана посвящена последняя статья,
опубликованная в журнале Technical Physics Letters.
"Такие материалы получают различными методами, один из
них – электродуговой. Он основан на действии электродугового разряда, который
создает нужные условия для синтеза материала. В промышленность этот метод пока
не внедрен, так как считается относительно дорогостоящим. Однако наши решения в
перспективе могут приблизить внедрение", – цитируется в сообщении руководитель
проекта Александр Пак.
По словам ученого, большинство научных коллективов,
получающих карбиды электродуговым методом на постоянном токе, организуют этот
процесс в вакууме, в защитных инертных атмосферах, например, из аргона,
водорода или гелия. А для этого требуется дорогостоящая техника.
© РИА Томск. Александра Астафьева
Работа на "открытом воздухе" дешевле. Но, как
показывает анализ мировых публикаций, лишь около 6% статей в мире описывают
успешный синтез неоксидных материалов в формате open air.
"Наша группа входит в этот небольшой процент. Кроме
того, описание синтеза в атмосферной плазме дугового разряда постоянного тока
именно карбидов кремния, бора и титана нам в литературе не встречались", – отмечает исследователь.
Как это работает
Установка, разработанная в ТПУ, может быть размещена на
обычном письменном столе, по площади она занимает менее одного квадратного метра.
Она состоит из простых элементов: силового источника питания, источника
постоянного тока, электродов и системы управления. А сам процесс синтеза
карбидов занимает буквально несколько секунд.
"Проблема защитной атмосферы возникает потому, что если
воздействовать разрядом на какой-то материал на открытом воздухе, то он просто
сгорит, то есть окислится, и мы получим оксид. Но несколько лет назад ученые
установили, что при определенных условиях сам электродуговой разряд может
генерировать защитную газо-плазменную область, экранирующую продукты синтеза от
кислорода воздуха", – говорит Пак.
Этим эффектом политехники воспользовались, развивая группу
электродуговых методов. Как объясняет пресс-служба, между электродами, на
которые подается напряжение, образуется разрядный промежуток, инициируется
дуговой разряд, и, соответственно, плазма. Процесс сопровождается выделением
энергии дугового разряда и повышением температуры.
Исходная смесь – порошки углерода и, например, титана – нагревается до нескольких тысяч градусов, структура вещества меняется, и
происходит синтез карбида.
"Наше новшество, позволившее существенно упростить
установку, – это особая геометрия электродной системы и режимы работы
разрядного контура. Один из электродов сделан из графита в форме стакана, а
второй опускается в полость этого стакана. Внутри "стакана" и
проходит весь процесс, защищенный от внешней среды самим разрядом от кислорода
воздуха", – комментирует Пак.
Он добавляет, что установка может работать в
автоматизированном режиме: "Мы уже получили два авторских свидетельства к
программе для системы управления электродуговым реактором и продолжаем
совершенствовать программную часть, а сама установка и способ получения карбида
титана находятся в процессе патентования".
В дальнейшем коллектив планирует совершенствовать технологию
для минимизации примесей в конечном продукте и повышения его выхода.