Получена керамика с рекордной высокотемпературной прочностью

Коллектив учёных Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН) и Института химии Федерального исследовательского центра «Коми научный центр УрО РАН» впервые в мире синтезировали керамику на основе MAX фазы Ti₃SiC₂, легированную цирконием, с существенно повышенными механическими характеристиками при высоких температурах.

Впервые получены и исследованы твёрдые растворы (Ti₁₋ₓZrₓ)₃SiC₂ с содержанием циркония x = 0,10 и 0,15 методом вакуумного карбосиликотермического восстановления и последующего горячего прессования.

По результатам механических испытаний установлено, что легирование цирконием приводит к значительному росту как твёрдости от 3,9 ГПа у чистого Ti₃SiC₂ до 6,8 ГПа при x = 0,15, так и изгибной прочности от 314 до 487 МПа при комнатной температуре. Особенно важно, что при увеличении содержания циркония наблюдается смещение порога перехода от хрупкого к пластичному разрушению в область более высоких температур — до 1600 °C. Образец с x = 0,15 сохраняет 311 МПа (64 % от начальной прочности) даже при 1600 °C, демонстрируя выдающуюся термомеханическую стабильность.

Данные образцы демонстрируют высокую термомеханическую стабильность и превосходят классические MAX фазы Ti₃SiC₂ по всему комплексу механических характеристик при температурах свыше 1200 °C.

Применение новых материалов открывает возможности для их использования в качестве конструкционных элементов газотурбинных двигателей (огнеупорные облицовки камер сгорания, лопатки, направляющие аппараты и т. д.), где требуется сочетание жаропрочности, термостойкости и долговечности.

Впервые показано, что легирование MAX фаз Ti₃SiC₂ цирконием позволяет принципиально повысить предел рабочих температур и сохранить механические свойства в экстремальных условиях. Это открывает путь к созданию новых поколений высокотемпературных керамических материалов для энергетики, транспорта, аэрокосмической и оборонной промышленности.

Источник: Официальный сайт РАН