Ученые Томского политехнического университета синтезировали высокоэнтропийный карбид, состоящий из пяти различных металлов, с помощью безвакуумного электродугового метода. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Engineering Physics and Thermophysics.

Высокоэнтропийные карбиды — это новый класс материалов, в состав которых входят одновременно четыре-пять и более различных металлов и углерод. Их главная особенность заключается в способности выдерживать высокие температуры и плотности потоков энергии. Комбинируя в составе разные элементы, можно добиться необходимого сочетания свойств (температура плавления, температура окисления, удельный вес и другие).

«Высокоэнтропийные материалы называются так из-за относительно высокой степени беспорядка в кристаллической решетке, поскольку атом каждого химического элемента в них имеет определенный размер. Это вызывает структурные искажения, и это может положительно сказаться на свойствах материала», — поясняет научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Экоэнергетика 4.0» ТПУ Александр Пак.

Ученым ТПУ удалось синтезировать высокоэнтропийный карбид, состоящий из титана, циркония, ниобия, гафния, тантала, а также углерода. Получить карбид удалось с помощью безвакуумного электродугового метода синтеза. Для реакции синтеза нужны высокие температуры, чтобы каждый исходный компонент, взаимодействуя с углеродом, соединялся в единую кубическую решетку и образовывал ультратугоплавкий карбид. Для этого ученые используют электродуговую атмосферную плазму.

«Мы стали первыми, кто смог получить высокоэнтропийный карбид методом безвакуумного электродугового синтеза. Это большая редкость и удача для нас — синтезировать материал, который был открыт совсем недавно, и сделать это собственным методом, на создаваемых в нашей научной группе дуговых реакторах. Мы планируем оптимизировать процесс синтеза для получения более чистого материала без примесей, снизить энергоемкость, а также исследовать свойства материала и синтезировать высокоэнтропийные карбиды другого химического состава», — добавляет Александр Пак.

Исследования проходят совместно со специалистами Института тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси. Ученые подали заявку на патент (способ получения высокоэнтропийного карбида TiZrNbHfTaC₅).