Ученые смогли синтезировать чистый диборид титана для создания ядерных реакторов
Что такое диборид титана
Диборид титана (TiB2) - сверхвысокотемпературная керамика, обладающая высокой твердостью, упругостью, трещиностойкостью и электропроводимостью. Характеристики материала позволяют эксплуатировать его в самых разных условиях, в том числе в экстремальных — при высоких температурных режимах и сильном давлении. Такая сверхтвердая керамика все чаще используется для изготовления электролизеров по получению алюминия, режущих инструментов, частей ядерных реакторов, теплозащиты аэрокосмических аппаратов, электропроводящих деталей. Соединение также входит в состав некоторых композитных материалов, улучшая их свойства, и служит упрочнителем для различных покрытий.
Исследователи рассматривают диборид титана как потенциально полезный и надежный материал с широким спектром применения. Однако перед тем, как задействовать субстанцию непосредственно в производстве, ученым предстоит детально изучить ее свойства и найти оптимальные методы синтеза.
Принцип электродугового метода
В лабораториях электродуговой метод при синтезировании керамических материалов применяется довольно часто. Он подразумевает воздействие высоких температур (1600-1700°C), которые достигаются с помощью вакуумных высокотемпературных печей. Обычно синтез выполняется в атмосфере инертного газа: например, синтезировать вещество подобным образом удавалось в герметичной камере с аргоном. Однако, несмотря на все преимущества технологии, процесс нельзя назвать экономичным. Он заметно увеличивает стоимость получаемого на выходе образца.
Чтобы сделать производство современного материала более легким и доступным, коллектив юных исследователей ТПУ описал и впервые протестировал новый метод безвакуумного электродугового синтеза из порошков металлического титана и аморфного бора. Синтез осуществляется на открытом воздухе и задействует более простую и мощную конструкцию дугового реактора. Производство реализуется под воздействием высоких температур электродуговой плазмы, что позволяет получить сверхчистый материал, не требующий последующего удаления примесей.
«Наша методика позволяет получить чистый порошок диборида титана за один цикл синтеза. Порошки, получаемые другими методами, требуют очистки от примесей. Этот процесс может занять от нескольких часов до нескольких суток», — отмечает автор исследования, младший научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли Арина Свинухова.
Представленный политехниками способ получения порошка диборида титана уже запатентован. Результаты научной работы опубликованы в журнале Materials Chemistry and Physics.