Materiaalwetenschappers van NUST MISIS en het Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics &Materials Science hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het produceren van bulk MAX-fasen - gelaagde materialen die de eigenschappen van metalen en keramiek combineren. Via methoden voor zelfvoortplantende synthese bij hoge temperatuur en afschuifvervorming bij hoge temperatuur, het was mogelijk om voldoende grote monsters van gemengd titanium en aluminiumcarbide te verkrijgen, die in de toekomst kunnen worden gebruikt als verwarmingselementen voor hoge temperaturen, volgens de onderzoekspaper gepubliceerd in Keramiek Internationaal .

Ondanks het feit dat men al zo'n 30 jaar bezig is met het maken en bewerken van keramische materialen, 000 jaar, wetenschappers ontwikkelen nog steeds nieuwe methoden voor de productie ervan. MAX-fasen zijn gelaagde keramische materialen die drie elementen in hun samenstelling bevatten:M-metaal (meestal zijn dit elementen van overgangsmetalen), A—metaal/niet-metaal (in de regel dit zijn elementen uit de 13e en 14e groep, d.w.z. 3A of 4A—in een kortetermijnversie uit het periodiek systeem), en X-stikstof of koolstof. De resulterende nitriden of carbiden hebben de algemene formule Mn+1AXn (n is van één tot drie), en hebben een zeshoekige gelaagde structuur, waardoor een nogal ongebruikelijke combinatie van fysieke eigenschappen wordt verkregen.

Deze stoffen hebben eigenschappen van zowel metalen als keramiek. Vooral, ze hebben een hoge elektrische en thermische geleidbaarheid, maar weerstand tegen plotselinge temperatuurveranderingen en aanzienlijke mechanische belastingen. Materialen uit deze familie werden voor het eerst verkregen in de jaren 60, maar wetenschappers zijn pas de afgelopen tien jaar begonnen ze te bestuderen. Onlangs, methoden zijn ontwikkeld om deze materialen te verkrijgen, de meest populaire daarvan zijn chemische of fysische dampafzetting, vonk plasma sinteren, en heet isostatisch persen. De materialen worden vaak gesynthetiseerd in de vorm van kleine monsters, dus een aparte technologische taak op basis van de MAX-fase is nodig om het materiaal in bulk te verkrijgen. Voor dit doeleinde, verschillende opties voor het sinteren van poedermaterialen worden gebruikt, maar alle bestaande methoden zijn ofwel te technologisch complex en daarom duur, of meerdere lange fasen nodig hebben om de dichtheid van de aanvankelijk poreuze materialen te verhogen, waardoor wetenschappers niet een voldoende aandeel van de MAX-fase in het uiteindelijke materiaal kunnen bereiken.

Het onderzoeksteam van NUST MISIS onder leiding van Denis Kuznetsov, een promovendus in de technische wetenschappen, heeft een nieuwe methode voorgesteld voor eentraps MAX-fasesynthese met een samenstelling van Ti ₃ AlC ₂ -een veelbelovend materiaal voor gebruik als verwarmingselement voor hoge temperaturen. Om het te verkrijgen, wetenschappers gebruikten een combinatie van zichzelf voortplantende synthese bij hoge temperatuur en afschuifvervorming onder druk. De onderzoekers vergeleken ook twee persmethoden:extrusiepersen, waarbij het poeder in een speciale vorm werd geperst, het creëren van staafachtige elementen, en uniaxiale compressie, waarin het geperste poeder eenvoudig werd geperst bij verhitting, het in platen veranderen. De temperatuur was ongeveer 1700 graden Celsius tijdens het persen, en het hele proces duurde ongeveer 20 tot 25 seconden.

Als gevolg van deze voorgestelde aanpak, de wetenschappers verkregen twee soorten monsters met redelijk vergelijkbare kenmerken. Zowel in platen als staven, de dichtheid overschreed 95 procent, opzichte van het poedervormige materiaal, en de Ti ₃ AlC ₂ inhoud varieerde van 67 tot 82 procent.

Tegelijkertijd, de mechanische en fysieke parameters van deze methode overtreffen de door extrusie verkregen monsters enigszins:de druksterkte van die materialen was 720 megapascal, terwijl monsters verkregen door compressie slechts een druksterkte van 641 megapascal registreerden. Aanvullend, de samples registreerden een betere Young's modulus - 221 gigapascal tot 198, en thermische geleidbaarheid - 22,9 watt per meter bij verwarming met één graad tot 22,1 dan de compressiemonsters.

Volgens de onderzoekers is het belangrijkste voordeel van hun voorgestelde methode is het snel verkrijgen van een relatief bulkmateriaal in slechts één fase - het vereist geen hoge temperaturen en lange uren sinteren. Het aandeel MAX-fase in de uiteindelijke stof is vrij hoog, dus in de toekomst deze materialen kunnen worden gebruikt in apparaten die werken bij hoge temperaturen (ongeveer 1500 graden Celsius), zoals verwarmingselementen of coating voor elektrische contacten.