В Томском научном центре СО РАН разрабатываются новые эффективные способы получения карбидов, нитридов и боридов титана и циркония. Материалы на их основе применяются для теплозащиты в аэрокосмической отрасли, используются в атомной энергетике, а также при создании высокотемпературной техники. 

Проект выполняется в рамках трехгодичного гранта РФФИ под руководством заведующего лабораторией новых металлургических процессов ТНЦ СО РАН профессора, доктора технических наук Юрия Михайловича Максимова.

«Получить такие соединения — задача весьма непростая, необходимым условием является высокая температура (более 1500 °C). Использование высокотемпературных печей для нагрева сопряжено с большими затратами электроэнергии, неэффективным использованием тепловой энергии, так как нагревать приходится не только сам материал, но и камеру, внутрь которой он помещен. Поэтому большой интерес вызывают энергосберегающие технологии получения такого класса материалов, как, например, синтез в режиме горения. С помощью горения термитных систем из относительно недорого сырья — оксидов — можно получать различные металлы, сплавы и их соединения, — рассказывает научный сотрудник лаборатории новых металлургических процессов ТНЦ СО РАН Александр Николаевич Аврамчик.

В ходе реализации проекта исследуются фундаментальные основы применения металлотермических методов, которые предполагают применение металлов-восстановителей. Они вытесняют из соединений менее активные металлы, а также служат источником нагрева. Традиционно одним из самых сильных и часто применяемых восстановителей является кальций. Однако в некоторых случаях (при восстановлении урана или редкоземельных металлов) тепла, выделяющегося в ходе горения, оказывается недостаточно для получения необходимого соединения в волне горения. 

Как поясняет Александр Аврамчик, новый путь решения этой проблемы, не предполагающий применения внешнего источника нагрева, — введение экзотермических добавок. Одной из таких эффективных добавок, открывающих качественно новые возможности при получении тугоплавких соединений, является смесь иодата кальция с металлическим кальцием. 

«Иодат кальция существует в природе в виде минерала — лаутарита, это принципиально важно, так как показывает устойчивость соединения в условиях окружающей среды в течение длительного времени», — говорит ученый.

При высоких температурах иодат кальция разлагается с выделением газообразного йода и кислорода, благодаря чему происходит активация процессов восстановления оксидов в режиме горения. В России исследования, изучающие возможности применения таких экзотермических добавок, ранее не проводились.

Ученые ТНЦ СО РАН уже осуществили термодинамическое моделирование и экспериментальное исследование свойств иодата кальция и процессов синтеза тугоплавких соединений с его участием. В ходе работ удалось изучить и описать превращения иодата кальция при его нагреве, рассчитать температуры горения, а также изучить закономерности горения соединений и состав получаемых в ходе реакций продуктов. 

Специалистам удалось провести процесс восстановления металлов в режиме горения при температуре ниже 1000 °C, хотя, как правило, такие процессы могут протекать при показателе не ниже 1500 °C. Возможность синтеза тугоплавких соединений при температуре ниже 1000 °C открывает новые перспективы: в частности, проведение технологического процесса в более мягких условиях, что влечет за собой получение порошков с иными свойствами и размерами (более мелкими), а также позволяет снизить температурную нагрузку на материал технологического оборудования. 

Пресс-центр ТНЦ СО РАН

Похожие новости

  • 30/04/2020

    Синтез горения: как детские мечты о космосе приводят к пионерным разработкам в Томском научном центре СО РАН

    ​После полета Юрия Гагарина многие мальчишки в Советском Союзе просто жаждали покорения космического пространства. А юный Саша Аврамчик мечтал не о самой профессии космонавта, а о том, как будет запускать эти волшебные ракеты.
    964
  • 28/02/2019

    СКИФ обретает очертания

    В Новосибирске полным ходом идет проектирование уникального синхротрона четвертого поколения, который должны построить в рамках реализации проекта «Академгородок 2.0» к 2024 году. Ученые разработали эскиз первых шести пользовательских станций СКИФаНапомним, центр коллективного пользования СКИФ будет включать в себя, помимо собственно источника фотонов, пользовательское оборудование экспериментальных станций и лабораторного комплекса.
    832
  • 19/05/2020

    Мнение: Актуальные научные вызовы эпохи коронавируса

    Обрушившаяся на человеческое сообщество пандемия коронавируса и произошедшие в первые три месяца 2020 года глобальные изменения сложившегося образа жизни в ближайшее время станут (и уже стали) центром мировых дискуссий: философских, политических, исторических, экономических и гуманитарных.
    300
  • 01/04/2017

    Сформирован КПНИ «Ресурсо- и энергоэффективные катализаторы и процессы»

    Федеральное агентство научных организаций организовало разработку и формирование Комплексного плана научных исследований (КПНИ) «Ресурсо- и энергоэффективные катализаторы и процессы». КПНИ строятся по проектному принципу.
    2382
  • 18/10/2019

    В Новосибирске разрабатывают «начинку» для портативных энергоустройств

    В Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН изготавливаются топливные элементы, которые позволяют существенно сократить потери, возникающие при превращении различных видов энергии в электрическую.
    672
  • 27/11/2019

    Сибирские ученые разрабатывают новые технологии для очистки воды

    ​Сотрудники лаборатории инженерной экологии Байкальского института природопользования СО РАН (Улан-Удэ) создают комбинированные методы для очистки сточных и других вод. Эти методы основаны на применении окислительных реакций с использованием физически стимулированных процессов.
    486
  • 21/02/2020

    Ученые РФ и Китая создадут решающие проблему парникового эффекта материалы до 2022 года

    ​Ученые из Новосибирска и Кемерово совместно с китайскими исследователями создадут более надежные и дешевые в сравнении с аналогами материалы, нейтрализующие выбросы парникового газа. Композитные порошковые сорбенты позволят собирать углекислый газ, а специальные катализаторы - преобразовывать его в пригодные для использования в энергетике вещества, сообщила ТАСС старший научный сотрудник новосибирского Института катализа Сибирского отделения (ИК СО) РАН Екатерина Матус.
    665
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    1492
  • 23/01/2018

    Сибирские радиофизики выяснили, от чего зависят свойства композитных материалов

    Радиофизики экспериментально доказали, что  конструкция и   технология изготовления  нанотрубок влияют на характеристики композитного материала. Ученые описали электрофизические свойства композитов, в которых можно получать заданные свойства, меняя состав.
    1393
  • 14/03/2019

    Как реализовать возможности российского рынка многокомпонентных материалов

    ​Недавняя новость о том, что из-за международных санкций российские авиастроители не смогут получать из США компоненты, необходимые для выпуска отечественного лайнера МС-21, вызвала бурное обсуждение, так или иначе связанное с проблемой преодоления зависимости от импорта.
    920