Подведены итоги ежегодного конкурса на соискание премии Правительства Москвы молодым ученым. Среди победителей в номинации технические и инженерные науки — директор Научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС Дмитрий Московских и научные сотрудники центра Вероника Суворова и Андрей Непапушев.
Премия Правительства Москвы каждый год вручается молодым ученым столицы за выдающиеся результаты фундаментальных и прикладных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук, а также разработку и внедрение новых технологий, техники, приборов, оборудования, материалов и веществ, содействующих повышению эффективности деятельности в реальном секторе экономики и социальной сфере города Москвы. Исследователи Университета МИСИС, начиная с 2016 года, ежегодно становятся лауреатами премии.
По итогам 2022 года, победителями конкурса в номинации «Технические и инженерные науки» стали: директор научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» Дмитрий Московских, старший научный сотрудник Андрей Непапушев и научный сотрудник Вероника Суворова за решение фундаментальной проблемы создания новых тугоплавких многокомпонентных керамических материалов, способов их получения, а также установления взаимосвязи между составом материалов и свойствами.
Тугоплавкие керамические материалы используются при изготовлении различных теплонагруженных элементов и конструкций в качестве теплоизоляции и тепловыделяющих элементов. Они обладают высокой эрозионной, окислительной стойкостью и высокими механическими свойствами и способны выдерживать высокоинтенсивные тепловые нагрузки при температурах выше 2000 °С. Интерес к данным материалам и композитам на их основе растёт ежегодно, поэтому ученые активно занимаются вопросом создания новых типов керамик и способов их получения.
Дмитрий Московских пояснил, что такое многокомпонентные или, как их еще называют, высокоэнтропийные керамические материалы: «Такие материалы обычно состоят из 5 и более элементов эквимолярной или почти эквимолярной концентрации каждого из элементов (от 5 % до 35 %). В наших работах мы исследовали такие системы как (TaTiNbZrHf)C и (TaTiNbZrHf)N. Было обнаружено, что данные соединения отличаются более высоким модулем упругости, повышенной твердостью, прочностью, жаростойкостью, низкой теплопроводностью и хорошей радиационной стойкостью при облучении частицами высоких энергий относительно простых карбидов, таких как HfC и ZrC. Из этого становятся очевидными перспективы их дальнейшего практического применения, например, создание сверхизносостойких материалов, режущих инструментов нового поколения, горячих трактов ракетных двигателей, защитных покрытий и изделий, работающих в присутствии радиации или при воздействии высокоэнтальпийных потоков и так далее.»
Научным коллективом были получены и исследованы два класса материалов: карбонитриды HfCN, HfZrCN, HfTaCN и высокоэнтропийные соединения (TaTiNbZrHf)C и (TaTiNbZrHf)N. Как отмечают исследователи, их работу можно разделить на два основных направления: фундаментальные исследования механизмов фазо- и структурообразования в процессе синтеза порошковых материалов и получение компактных высокоплотных изделий тугоплавких керамик и комплексное исследование свойств новых керамик.
«Для получения тугоплавких керамик мы применяли синергетический подход, который включает в себя предварительное активирование порошковых смесей в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, а также искровое плазменное спекание. В основе процесса синтеза лежит протекание самоподдерживающейся экзотермической реакции между реагентами, поэтому синтез материалов осуществляется за считанные секунды с минимальными энергозатратами, что является несомненным преимуществом предлагаемой технологии», — отметила Вероника Суворова.
«Наша работа неразрывно связана с принципами умной инженерии: мы имеем возможность „настраивать“ свойства материалов, изменяя их состав и структуру. Например, внедрение атомов азота в карбидную подрешётку HfC и (Ta,Hf)C повышает окислительную стойкость на 40 %, твёрдость на 30 %. Кроме того, мы показали, что температура плавления Hf(C,N) превосходит температуру плавления HfC на 100 °С. Твердость и прочность полученных высокоэнтропийных материалов более чем на 50 % превосходят значения для аналогичных материалов», — рассказал Андрей Непапушев.
По результатам фундаментальных исследований научным коллективом получен патент и зарегистрирован ноу-хау. По словам ученых, следующим шагом исследованийях станет переход от экспериментальных образцов к изделиям.
Исследования проводились в рамках грантов РНФ
и
