Сибирские ученые научились получать изделия из карбида гафния - самого тугоплавкого материала

Ученые Института ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН разработали новую технологию получения изделий из карбида гафния - материала с самой высокой температурой плавления.

Этот минерал настолько термоустойчив, что сможет выдержать тепловые нагрузки, возникающие при движении гиперзвуковых летательных аппаратов в плотных слоях атмосферы, а кроме того, обеспечит ускорители мощными и долговечными катодами. При классической технологии производства на получение карбида уходит несколько часов, в то время как предложенный учеными метод электронно-лучевой сварки позволяет получить тот же результат за несколько минут.

Уникальные свойства карбида гафния (соединения гафния с углеродом, химическая формула HFC) - тугоплавкость, высокая стойкость к коррозии - известны давно, в основном его используют при изготовлении оборудования для ядерных реакторов. Но получить монолитные изделия из этого материала очень сложно. Температура плавления карбида гафния - 3953 ?С, а максимально возможная температура в печи – примерно 2500 ?С. Это значит, что полностью расплавить карбид гафния не получится никогда.

Поэтому при традиционной технологии, сначала получают карбид гафния нагревом смеси порошков гафния и углерода, затем его размалывают, как можно мельче, прессуют и спекают, как керамику, десятки часов, при максимально возможной температуре. Такое производство выходит энергозатратным и совсем не дешевым, при этом сам материал получается пористым, что плохо сказывается на его свойствах. Специалисты институтов ядерной физики и химии твердого тела и механохимии СО РАН нашли более эффективный и дешевый способ его получения.

Технология получения. На первом этапе порошки углерода и гафния подвергают процессу механоактивации путем прокручивания в шаровой мельнице - специальном устройстве для смешивания и измельчения твердых веществ до микроразмеров. В результате получается порошок из мельчайших частиц, в которых чередуются слои углерода и гафния, так называемый механокомпозит - заготовка для будущего карбида. В таком состоянии повышается реакционная способность материала.

Получившийся "микропорошок" исследуют на экспериментальной станции синхротронного излучения «Дифрактометрия в жестком рентгеновском диапазоне», на ускорителе ВЭПП-3 Сибирского центра синхротронного излучения Института ядерной физики СО РАН.

Синхротронным называется любое излучение, которое возникает в результате поворота пучка заряженных частиц высоких энергий в пространстве. Здесь используется коротковолновое излучение с большой проникающей способностью, за счет чего возможно исследовать структуру всего образца целиком, а не только его поверхности.