Коллектив молодых ученых Инженерной школы информационных технологий и робототехники Томского политехнического университета разработал установку для получения сверхтвердых материалов  на основе карбидов титана. Это безвакуумный метод, и в этом его основное преимущество по сравнению с аналогами. Потому что в таком случае процесс получения карбидов не требует специальных условий инертной газовой среды, а значит и дорогостоящего оборудования, — он протекает на открытом воздухе. Таким способом политехники уже получили помимо карбида титана также и образцы карбида кремния и карбида бора. Эти тугоплавкие и сверхтвердые материалы используются для создания компонентов силовой электроники, изделий ядерной промышленности, керамических бронепластин и других изделий. Способу получения карбида титана посвящена последняя статья, опубликованная в журнале Technical Physics Letters.  

 

Фото: дизайн-проект установки

«Такие материалы получают различными методами, один из них — электродуговой. Он основан на действии электродугового разряда, который создает нужные условия для синтеза материала. В промышленность этот метод пока не внедрен, так как считается относительно дорогостоящим. Однако наши решения в перспективе могут приблизить внедрение», — говорит руководитель проекта, доцент отделения автоматизации и робототехники ТПУ Александр Пак.

По его словам, большинство научных коллективов, получающих карбиды электродуговым методом на постоянном токе, организуют этот процесс в вакууме, в защитных инертных атмосферах, например, из аргона, водорода или гелия.

«Это влечет за собой необходимость ряда технических средств и, соответственно, затрат. И, как показывает анализ мировых публикаций, лишь около 6 % статей в мире описывают успешный синтез неоксидных материалов "на открытом воздухе", предлагая свои подходы. Наша группа входит в этот небольшой процент, кроме того, описания синтеза в атмосферной плазме дугового разряда постоянного тока именно карбидов кремния, бора и титана нам в литературе не встречались», — отмечает исследователь.

Установка, разработанная в Томском политехе, может быть размещена на обычном письменном столе, по площади она занимает менее одного квадратного метра. Она состоит из простых элементов: силового источника питания, источника постоянного тока, электродов и системы управления. А сам процесс синтеза карбидов занимает буквально несколько секунд.

«Проблема защитной атмосферы возникает потому, что если воздействовать разрядом на какой-то материал на открытом воздухе, то он просто сгорит, то есть окислится, и мы получим оксид. Но несколько лет назад ученые установили, что при определенных условиях сам электродуговой разряд может генерировать защитную газо-плазменную область, экранирующую продукты синтеза от кислорода воздуха. Этим эффектом мы и воспользовались, развивая группу электродуговых методов», — говорит ученый.  

Между электродами, на которые подается напряжение, образуется разрядный промежуток, инициируется дуговой разряд, и, соответственно, плазма. Процесс сопровождается выделением энергии дугового разряда и повышением температуры. Исходная смесь — порошки углерода и, например, титана — нагревается до нескольких тысяч градусов, структура вещества меняется, и происходит синтез карбида.

«Наше новшество, позволившее существенно упростить установку, — это особая геометрия электродной системы и режимы работы разрядного контура. Один из электродов сделан из графита в форме стакана, а второй опускается в полость этого стакана. Внутри "стакана" и проходит весь процесс, защищенный от внешней среды самим разрядом от кислорода воздуха», — поясняет Александр Пак.

Еще одно важное новшество — система управления установкой. Она позволяет работать в автоматизированном режиме.

«Экспериментальное исследование, посвященное синтезу того или иного материала, требует обеспечения повторяемости экспериментов, иначе невозможно добиться стабильности параметров разряда и параметров выходного продукта. За это в нашем случае отвечает система управления. Мы уже получили два авторских свидетельства к программе для системы управления электродуговым реактором и продолжаем совершенствовать программную часть, а сама установка и способ получения карбида титана находятся в процессе патентования», — говорит руководитель проекта.

По его словам, в дальнейшем коллектив будет совершенствовать технологию для минимизации примесей в конечном продукте и повышения его выхода.

Добавим, что материально-техническое оснащение лаборатории сформировано при грантовой поддержке компании British Petroleum.

Справка:

Карбид титана — соединение углерода и металлического титана. Отличается особой прочностью, устойчивостью к высоким температурам. Его используют для нанесения износостойких покрытий, для изготовления тиглей и чехлов термопар, стойких к расплавлению металлам.

Источники

В Томске создали дешевый метод получения сверхтвердых материалов
Tomsk.4geo.ru, 07/03/2019
В Томске создали дешевый метод получения сверхтвердых материалов
The world news (theworldnews.net), 07/03/2019
В Томске создали дешевый метод получения сверхтвердых материалов
Новости@Rambler.ru, 07/03/2019
В Томске создали дешевый метод получения сверхтвердых материалов
Российская газета (rg.ru), 07/03/2019
Российские ученые научились получать сверхтвердые материалы на открытом воздухе
ТАСС, 07/03/2019
Российские ученые научились получать сверхтвердые материалы на открытом воздухе
Новости@Rambler.ru, 07/03/2019
Российские ученые научились получать сверхтвердые материалы на открытом воздухе
TmBW.Ru, 07/03/2019
Российские ученые научились получать сверхтвердые материалы на открытом воздухе
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 07/03/2019
Томские ученые разработали новый метод получения сверхтвердых материалов
Новости всемирной сети (news-w.com), 10/03/2019
Томские ученые разработали новый метод получения сверхтвердых материалов
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 10/03/2019
Создан дешевый метод получения сверхтвердых материалов
Physcareer.ru, 09/03/2019
Российские ученые научились получать сверхтвердые материалы на открытом воздухе
Зеленоград info (зеленоград-инфо.рф), 07/03/2019
Ученые ТПУ упростили способ получения сверхтвердых материалов
РИА Томск (riatomsk.ru), 11/03/2019
Российские ученые научились получать сверхтвердые материалы на открытом воздухе
GisProfi (gisprofi.com), 11/03/2019
Установку для получения сверхтвердых материалов "на открытом воздухе" разработали ученые ТПУ
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 11/03/2019
Томские ученые научились производить сверхтвердые материалы
Sibnet.ru, 11/03/2019
В ТПУ создали установку для получения сверхтвердых материалов безвакуумным методом
1k.com.ua, 19/03/2019
В ТПУ создали установку для получения сверхтвердых материалов безвакуумным методом
Научная Россия (scientificrussia.ru), 18/03/2019
В ТПУ создали установку для получения сверхтвердых материалов безвакуумным методом
Nanonewsnet.ru, 22/03/2019
В ТПУ создали установку для получения сверхтвердых материалов безвакуумным методом
SMIonline (so-l.ru), 22/03/2019

Похожие новости

  • 25/10/2016

    Томские ученые создадут первый в РФ томограф для изучения сложнейших объектов

    ​Ученые Томского политехнического университета выиграли конкурс Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы".
    1744
  • 25/09/2019

    Ученые ТГУ нашли новые пульсации в пламени «горелки» для тяжелого топлива

    Исследования нового устройства, созданного в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук и предназначенного для бессажевого сжигания тяжёлого углеводородного топлива с паровой газификацией, провели на механико-математическом факультете.
    304
  • 21/06/2019

    Томские ученые создали новый сплав с памятью формы, который превзошел никелид титана

    ​Ученые лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ в рамках совместного гранта РНФ и Немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG) разработали новый сплав с памятью формы. По функциональным характеристикам он превосходит никелид титана – лидера среди материалов, способных восстанавливать свою форму при нагреве после высоких внешних нагрузок.
    341
  • 29/06/2018

    Как ученые ТПУ помогают искать жизнь во Вселенной

    ​Исследование межзвездной среды, поиск экзопланет, изучение Солнечной системы - все это происходит в основном в лабораториях, где обрабатываются данные с межпланетных космических станций или мощных телескопов.
    645
  • 31/05/2016

    До конца 2018 года ТПУ завершит создание Научного парка

    ​Первая очередь Научного парка, открытая к 120-летнему юбилею Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) стала, вероятно, самым весомым и ценным подарком вуза университетской элите, студентам, аспирантам и всем тем, кто не мыслит себя сегодня вне науки.
    1889
  • 24/10/2016

    Лазер томских ученых может служить медикам и «оборонщикам»

    Ученые ФИТ ТГУ создали лазерную систему генератор-усилительна парах стронция с большим набором длин волн и возможностью их селективного выделения. Благодаря этому установка может найти применение в разных областях – от медицины до оборонно-промышленного комплекса.
    1276
  • 27/04/2018

    Томские ученые нашли способ обработки циркониевой керамики

    ​Ученые из Томского политехнического университета нашли способ обработки циркониевой керамики, который сохраняет ее прочность. Об этом рассказал ведущий научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Сергей Гынгазов.
    615
  • 16/09/2019

    Томские ученые намерены доставить на МКС безотходную теплицу

    ​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) планируют до конца 2022 года отправить на международную космическую станцию свои разработки - 3D-принтер для печати инструмента космонавтов, безотходную теплицу и устройства для защиты иллюминаторов от метеоритов - для их испытания в космических условиях, сообщил ТАСС директор Института физики высоких технологий ТПУ Алексей Яковлев.
    157
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    3457
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    258