Российские учёные получили уникальные металлокерамические материалы
Отечественные специалисты создали новые разновидности керамики. Это сверхтвёрдые ультрамелкозернистые вещества, состоящие из чистого карбида вольфрама и сверхнизкокобальтовых твёрдых сплавов. Такие материалы можно использовать в производстве станков, в частности – для изготовления металлорежущих инструментов. Работа была проведена специалистами из Нижегородского университета и Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (г. Москва).
Упомянутые разновидности керамики были получены с помощью высокоскоростного электроимпульсного плазменного спекания, с использованием специальных нанопорошков карбида вольфрама. Эти порошки были также получены с помощью инновационной технологии – плазмохимического синтеза. Полученные вещества должны были отвечать таким требованиям, как повышенная твёрдость и устойчивость к образованию трещин.
Специалисты отмечают, что важную роль при изготовлении новых керамик сыграл новый способ введения кобальта в порошки. Дело в том, что интересующие учёных сплавы должны производиться так, чтобы каждая частица карбида вольфрама была окружена вязкой фазой кобальта; если это не предусмотреть, то материал начнёт образовывать трещины, отслаиваться и разрушаться. Традиционный способ введения кобальта в карбид вольфрама заключается в том, что компоненты перемешиваются в особых мельницах, а потом спекаются при экстремально высоких температурах (обычная лабораторная сушильная камера такую температуру обеспечить не способна), превосходящих температуру плавления кобальта.
Однако в случае с нанопорошками, образующими агломераты (плотные скопления частиц), и небольших концентраций кобальта упомянутый традиционный способ не подходит, поскольку равномерно распределить его по всей структуре вещества не получится. Мало того – жидкостное спекание привело бы к непредсказуемому росту частиц карбида вольфрама, что создало бы в веществе хрупкие фазы, которые снижали бы качество керамики.
Поэтому исследователи воспользовались другим подходом. На нанопорошок карбида вольфрама они наносили очень тонкую плёнку кобальта, а затем полученную структуру спекали при очень высокой скорости нагревания и пониженной температуре. В результате получился особо прочный сплав, который обладает очень малым размером зерна и рекордно низким содержанием кобальта – до 1 процента. При традиционных способах спекания достичь таких показателей просто невозможно.
Керамикой человечество интересуется с самой глубокой древности. В сущности, это один из самых первых материалов, освоенных человеком. Однако в наше время благодаря развитию высочайших технологий в химии и металлургии удаётся достичь ранее невиданных свойств этих относительно простых соединений.
