Где нужна "скользкая" керамика: ученый ТГУ о фундаментальном проекте

ТОМСК, 4 фев – РИА Томск. Ученые Томского государственного университета (ТГУ) завершат к 2022 году изучение свойств так называемой "скользкой" керамики, для производства которой они создали технологию синтеза. О перспективах и значимости этого материала – в обзоре РИА Томск.

Ранее сообщалось, что сотрудники лаборатории высокоэнергетических и специальных материалов ТГУ первыми в России разработали технологию синтеза AlMgB14 (сплав алюминий-магний-бор). У материала есть уникальное свойство – он самосмазывающийся, а потому имеет аномально низкий коэффициент трения. Ученые называют его "скользкой" керамикой.

Инициатором проекта является заведующий лабораторей нанотехнологий металлургии ТГУ Илья Жуков. Исследования поддержаны грантами Российского научного фонда (РНФ) в рамках президентской программы исследовательских проектов на 2019-2022 годы.

Перспективы и проблемы

Как рассказал РИА Томск Жуков, AlMgB14 обладает интересным набором свойств и такая керамика могла бы применяться по многим направлениям. Например, малая плотность и высокая прочность делают ее одним из идеальных материалов для бронежилетов.

В научных кругах и бизнес-сообществах, по словам Жукова, обсуждают "скользкую" керамику в контексте применения для лезвий для бритья, небьющихся стекол для смартфонов, продукции для авиа- и судостроения и так далее.

AlMgB14 позволит различным подшипникам работать без смазки: уменьшится трение, а, соответственно, энергопотребление и шум устройств – от холодильников до крупных заводских приборов.

Летом 2020 года, по словам Жукова, ученые задумались о применении такой керамики в производстве аппаратов искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Поводом послужили чрезвычайные происшествия в больницах Москвы и Санкт-Петербурга, где произошли возгорания аппаратов ИВЛ в палатах для пациентов с коронавирусной инфекцией. В результате инцидентов погибли люди.

"В тех ЧП, по одной из версий, была виновата конструкция подшипников: в них применяют смазку и, когда перекачивают кислород, происходит воспламенение. Производители аппаратов после этого искали материалы для подшипников, которые выдерживают нагрузки, при этом работают без смазки. Как раз AlMgB14 был бы идеальным", – рассказал собеседник агентства.

Однако сегодня невозможно использовать "скользкую" керамику для этих и других целей, потому что работы по ней ведутся в основном в фундаментальной плоскости – ученые изучают свойства и создают доступные технологии получения. Пока же внедрение существующих способов производства, в том числе томского, обойдется в миллионы долларов.

Кроме того, как объяснил Жуков, в научном мире нет достаточного количества данных по AlMgB14. На это и направлен проект ТГУ – изучить, описать, предложить научному и производственному миру свои варианты.

История проекта: 2019 и 2020 годы

Как ранее сообщало РИА Томск, работа по проекту ТГУ поделена на несколько этапов. Во время первого ученые получили образцы материала, в составе которых 97% соединения AlMgB14 и 3% примесей. По свойствам они соотносились с зарубежными аналогами – высокая твердость – 32 гигапаскаля (ГПа) и низкий коэффициент трения – менее 0,07.

Далее ученые предложили новый метод получения композиционных материалов на основе AlMgB14 (алюминий-магний-бор). "Исходники" – порошки, необходимые для синтеза AlMgB14 – создаются методом сплавления слитков и при помощи самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, а потом с использованием искрового плазменного спекания ученые получают "скользкую" керамику.

Полученный материал обладает сверхтвердостью до 46 ГПа (больше половины твердости алмаза), при этом коэффициент трения остается низким (в два раза ниже, чем у смазанной полированной стали).

После этого этапа томские ученые выпустили статьи в престижных научных журналах Materials today communication, Ceramics International, Journal of Materials Research and Technology.

Проект в 2021 и 2022 годах

"Если за два предыдущих года мы с помощником-аспирантом разработали подходы к получению AlMgB14, то сейчас наша команда выросла до восьми человек, и мы занимаемся всесторонними систематическими исследованиями "скользкой" керамики – физико-механических свойств, структуры и так далее", – объясняет Жуков.

Он добавляет, что эта работа может ответить на многие вопросы о AlMgB14, открыть новые перспективы его использования.

"Об интересных свойствах AlMgB14 и его перспективах заговорили совсем недавно – в 2002-2003 годах. Американские и европейские ученые опубликовали серию статей, но совсем небольшую. Поэтому наш проект фактически дает новые знания по материалу. Но фундаментальный характер при наличии промышленного партнера может стать прикладным", – поясняет собеседник агентства.

Жуков отметил, что проект завершится в 2022 году, после чего ученые планируют выпустить научные статьи в тематических мировых журналах и, тем самым, актуализировать вопрос внедрения AlMgB14. Кроме того, на 2022 год запланированы эксперименты по нанесению различных покрытий на керамику и изучение свойств полученного в итоге материала.