Cientistas de materiais da NUST MISIS e do Instituto Merzhanov de Macroquinética Estrutural e Ciência de Materiais desenvolveram um novo método para a produção de fases MAX em massa - materiais em camadas que combinam as propriedades de metais e cerâmicas. Por meio de métodos de síntese de auto-propagação de alta temperatura e deformação por cisalhamento de alta temperatura, foi possível obter amostras suficientemente grandes de titânio misturado e carboneto de alumínio, que no futuro podem ser usados ​​como elementos de aquecimento de alta temperatura, de acordo com o artigo de pesquisa publicado em Ceramics International .

Apesar do fato de que as pessoas vêm fazendo e trabalhando com materiais cerâmicos há cerca de 30, 000 anos, os cientistas ainda estão desenvolvendo novos métodos para sua produção. As fases MAX são materiais cerâmicos em camadas que contêm três elementos em sua composição:M-metal (na maioria das vezes esses são elementos de metais de transição), A — metal / não metal (como regra, estes são elementos do 13º e 14º grupos, ou seja, 3A ou 4A - em uma versão de curto período da tabela periódica), e X - nitrogênio ou carbono. Os nitretos ou carbonetos resultantes têm a fórmula comum Mn + 1AXn (n sendo de um a três), e têm uma estrutura hexagonal em camadas, adquirindo assim uma combinação bastante incomum de propriedades físicas.

Essas substâncias têm propriedades tanto de metais quanto de cerâmicas. Em particular, eles têm alta condutividade elétrica e térmica, mas resistência a mudanças repentinas de temperatura e cargas mecânicas significativas. Os materiais desta família foram obtidos pela primeira vez na década de 1960, mas os cientistas apenas começaram a estudá-los na última década. Recentemente, métodos foram desenvolvidos para obter esses materiais, os mais populares dos quais são a deposição de vapor químico ou físico, sinterização de plasma de centelha, e prensagem isostática a quente. Os materiais são frequentemente sintetizados na forma de pequenas amostras, portanto, uma tarefa tecnológica separada com base na fase MAX é necessária para obter o material a granel. Para este propósito, várias opções para materiais em pó de sinterização são usadas, mas todos os métodos existentes são muito complexos tecnologicamente e, portanto, caros, ou requerem vários estágios longos para aumentar a densidade dos materiais inicialmente porosos, o que não permite que os cientistas alcancem uma parcela suficiente da fase MAX no material final.

A equipe de pesquisa da NUST MISIS liderada por Denis Kuznetsov, um candidato a doutorado em ciências técnicas, propôs um novo método de síntese de fase MAX de estágio único com uma composição de Ti ₃ AlC ₂ —Um material promissor para uso como elemento de aquecimento de alta temperatura. Para obtê-lo, os cientistas usaram uma combinação de síntese de alta temperatura autopropagada e deformação por cisalhamento sob pressão. Os pesquisadores também compararam dois métodos de prensagem:prensagem de extrusão, durante o qual o pó foi espremido em uma forma especial, criando elementos em forma de bastão, e compressão uniaxial, em que o pó prensado era simplesmente espremido quando aquecido, transformando-o em pratos. A temperatura era de cerca de 1700 graus Celsius durante a prensagem, e todo o processo durou cerca de 20 a 25 segundos.

Como resultado desta abordagem proposta, os cientistas obtiveram dois tipos de amostras com características bastante semelhantes. Tanto em placas quanto em hastes, a densidade excedeu 95 por cento, em relação ao material em pó, e o Ti ₃ AlC ₂ o conteúdo variou de 67 a 82 por cento.

Ao mesmo tempo, os parâmetros mecânicos e físicos deste método superam ligeiramente as amostras obtidas por extrusão:a resistência à compressão desses materiais foi de 720 megapascais, enquanto as amostras obtidas por compressão registraram apenas uma resistência à compressão de 641 megapascais. Adicionalmente, as amostras 'registraram um módulo de Young melhor - 221 gigapascais a 198, e condutividade térmica - 22,9 watts por metro quando aquecido em um grau a 22,1 do que as amostras de compressão.

De acordo com os pesquisadores, a principal vantagem do método proposto é a obtenção rápida de um material relativamente volumoso em apenas um estágio - não requer altas temperaturas e longas horas de sinterização. A participação da fase MAX na substância final é bastante alta, então no futuro, esses materiais podem ser usados ​​em dispositivos que operam em altas temperaturas (cerca de 1500 graus Celsius), como elementos de aquecimento ou revestimento para contatos elétricos.