Исследователи Университета МИСИС представили более простой и экономичный метод синтеза нанокарбидов — химических соединений, состоящих из углерода и металлов. Эти нанокарбыды используются для повышения износостойкости элементов нефтегазовых установок, лопаток газовых турбин и режущих инструментов для обработки трудных материалов. Кроме того, ультрамелкодисперсный порошок карбида гафния может применяться в фототермической терапии рака в качестве фотоактивного вещества, создающего тепловой эффект, который приводит к гибели раковых клеток.
Нанокарбиды переходных металлов, таких как тантал, гафний, цирконий, ниобий, и титан, обладают высокой твердостью, прочностью и термической стабильностью. Однако существующие методы синтеза нанопорошков характеризуются низкой производительностью и высокими энергозатратами, что затрудняет промышленное масштабирование. Чтобы решить эту проблему, исследователи НИТУ МИСИС предложили более простой и экономичный метод создания таких карбидов. Метод основан на реакции дешевого оксидного сырья с кальцием и углеродом при относительно низких температурах (1100-1300°C).
«Современные исследования показали, что разработанная технология кальциетермического восстановления смеси оксидов в присутствии углерода является наиболее подходящим и простым методом для получения различных моно- и многокомпонентных карбидных порошков тугоплавких металлов. Эта технология также позволяет варьировать размер частиц от 50 до 1500 нм», — рассказал к.т.н. Сергей Володько, ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
.jpg)
Использование нано- и ультрамелкодисперсных порошков позволяет создавать компактную керамику с субмикрокристаллической структурой методом искрового плазменного спекания, который сочетает одновременный нагрев и давление прессования. Полученная таким образом керамика демонстрировала высокую твердость и устойчивость к развитию трещин при высоких нагрузках и термических воздействиях. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Ceramics International (Q1).
«Разработанные нанокарбиды могут также использоваться в качестве катализаторов, армирующих элементов для режущих инструментов и абразивных материалов, где размер частиц имеет существенное значение для целевых свойств. Величина размера частиц тугоплавких карбидов также может существенно влиять на радиационную стойкость, что является важным аспектом при создании конструкционных элементов ядерных реакторов. В отношении стоимости, обычно нанокарбиды переходных металлов стоят значительно дороже, чем обычные дисперсные аналоги, иногда более чем в 10 раз, что делает разработанную технологию коммерчески привлекательной», — поделился к.т.н. Дмитрий Московских, директор НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-79-10217).
Источник : Пресс-служба НИТУ МИСИС
