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

  • 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.
    1125
  • 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.
    425
  • 12/11/2018

    Промышленные отходы согреют Сибирь

    Химики из Томского политехнического института предложили использовать промышленные отходы, понемногу добавляя их к водоугольному топливу. Такие добавки помогут не только избавиться от отходов, но и улучшить характеристики топлива.
    266
  • 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.
    426
  • 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.
    3071
  • 09/11/2017

    В Томске предложили новый метод переработки ядерного топлива

    ​Ученые кафедры технической физики Томского политехнического университета (ТПУ) предложили новый метод переработки отработавшего ядерного топлива, который позволит не только снизить энергозатраты, но и поможет извлекать из отходов ценные и благородные металлы - палладий, родий и рутений.
    763
  • 23/03/2017

    Ученые ТПУ создают покрытия для предотвращения аварий на ядерных реакторах

    Научный коллектив кафедры общей физики Томского политехнического университета создает защитные покрытия на основе нитрида титана для оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов. Такие оболочки способны значительно снизить наводораживание «контейнеров», в которых находится ядерное топливо, продлить срок их службы и предохранить реактор от взрыва при возможных авариях.
    940
  • 02/12/2016

    В Томске разрабатывают компактный плазменно-иммерсионный спектрометр

    ​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают прибор для контроля зарядового и элементного состава многокомпонентной плазмы, который не имеет аналогов в мире. Ионно-плазменная обработка материалов для улучшения их прочности и других свойств применяется во многих высокотехнологичных отраслях: авиа- и машиностроении, медицине, электронике.
    1075
  • 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".
    1586
  • 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.
    1665