Самарские ученые создали новый термостойкий наноструктурированный материал

Междисциплинарный научный коллектив исследователей из Самарского политеха (СамГТУ) и Самарского государственного медицинского университета (СамГМУ) смоделировал и синтезировал новый неорганический медь-замещенный материал на основе МАХ-фазы карбосилицида титана.

МАХ-фазы — это относительно новый класс керамических материалов с некоторыми свойствами металлов. Они характеризуются уникальными комбинациями химических, физических, электрических и механических характеристик, а также особым многослойным строением, что позволяет их одновременно отнести к металлам и керамике. В частности, MAX-фазы обладают высокой эластичностью и прочностью, стойкостью к коррозии, имеют хорошие показатели теплопроводности и электропроводимости, низкий коэффициент температурного расширения, отличную термостойкость и жаропрочность. Кроме того, эти материалы хорошо показывают себя в условиях трения, достаточно пластичны. Некоторые виды MAX-фаз также обладают повышенной сопротивляемостью усталости материала и окислению.

Сегодня МАХ-фазы рассматривают как перспективные огнеупорные или конструкционные материалы. Так, их можно использовать в качестве высокотемпературных нагревательных элементов, покрытий для электрических контактов. Также они эффективны при производстве медицинских имплантатов костной ткани организмов и в триботехнике.

При помощи высокопроизводительных вычислений в рамках теории функционала плотности авторы показали, что в нанослоистую структуру одного из представителей МАХ-фазы — карбосилицида титана (Ti₃SiC₂) — можно внедрить атомы меди, частично заместив кремний. Полученные соединения оказались стабильным. Исследователи смогли оценить их основные физико-механические свойства и приступить к экспериментальному синтезированию.

«Мы использовали экологичный и эффективный метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для получения чистой МАХ-фазы, а затем в печи провели ее модификацию, получив медь-замещенную структуру. В итоге нам удалось создать и экспериментально подтвердить фазу медьсодержащего карбосилицида титана (Ti₃Si_0.93Cu_0.07C₂)», — рассказал руководитель исследования, ведущий научный сотрудник кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы» СамГТУ Эмиль Умеров.

Ученые планируют провести дальнейшие исследования по внедрению в структуру МАХ-фазы большего количества меди, а также нескольких атомов одновременно.

Работа поддержана грантом Российского научного фонда.