Композит для экстремальных условий

Команда Института физики прочности и материаловедения СО РАН смогла получить уникальные слоисто-градиентные керамические композитные материалы. Их основой стали оксид алюминия и карбид циркония, имеющие разные коэффициенты теплового расширения. Результаты работы были опубликованы в журнале Materials Characterization.

Уникальная керамика очень стойка к высоким температурам — она выдерживает нагрев свыше 3 тыс. градусов. Благодаря этому ее можно использовать для защиты оборудования, работающего в экстремальных условиях, например, для сохранения тепла или предотвращения перегрева.

"Главной особенностью таких керамических композитов является их градиентная структура, которая обеспечивает плавное изменение свойств от одного слоя к другому. Материалы в этом случае наносятся послойно методом горячего прессования в вакууме: от чистого оксида алюминия постепенно переходя к чистому карбиду циркония, а между этими слоями располагаются промежуточные слои, состоящие из смеси обоих материалов в различных пропорциях", – рассказал научный сотрудник лаборатории физической мезомеханики и неразрушающих методов контроля ИФПМ СО РАН, кандидат физико-математических наук Алесь Буяков.

Оксид алюминия и карбид циркония по-разному реагируют на нагрев и охлаждение, что влияет на то, как в них появляются и распространяются трещины. Карбид циркония как бы «сжимает» материал, замедляя трещины, а оксид алюминия, наоборот, «растягивает», ускоряя их рост. Если же правильно подобрать соотношение этих материалов, можно добиться прочности, объединив их разные свойства.

В создании материалов используется принцип палитры. Со сменой состава слоев они становятся более устойчивыми к разрушению. Это и позволяет избежать в том числе трещин. Оптимальное количество слоев для керамических композитов — от пяти до шести.

Из таких керамических композитных материалов с постепенно меняющимся составом можно изготавливать детали с необычными характеристиками. Можно настроить их так, чтобы детали хорошо или, наоборот, плохо проводили электричество и тепло, а также чтобы они были устойчивы к воздействию агрессивных веществ. Благодаря подобным характеристикам такие материалы очень ценны в производстве электроники, оборудования для энергетики и в авиакосмической промышленности.

Фото - Пресс-служба Томского научного центра СО РАН