Les scientifiques des matériaux de NUST MISIS et de l'Institut Merzhanov de macrocinétique structurelle et de science des matériaux ont développé une nouvelle méthode de production de phases MAX en vrac, des matériaux en couches qui combinent les propriétés des métaux et de la céramique. Via des méthodes d'auto-propagation de synthèse à haute température et de déformation par cisaillement à haute température, il a été possible d'obtenir des échantillons suffisamment grands de mélange de titane et de carbure d'aluminium, qui à l'avenir peuvent être utilisés comme éléments chauffants à haute température, selon le document de recherche publié dans Céramique Internationale .

Malgré le fait que les gens fabriquent et travaillent avec des matériaux céramiques depuis environ 30, 000 ans, les scientifiques développent encore de nouvelles méthodes pour sa production. Les phases MAX sont des matériaux céramiques stratifiés qui contiennent trois éléments dans leur composition :M-métal (le plus souvent les thèses sont des éléments de métaux de transition), A—métal/non-métal (en règle générale, ce sont des éléments des 13e et 14e groupes, c'est-à-dire 3A ou 4A - dans une version courte période du tableau périodique), et X-azote ou carbone. Les nitrures ou carbures résultants ont pour formule commune Mn+1AXn (n étant de un à trois), et ont une structure stratifiée hexagonale, acquérant ainsi une combinaison assez inhabituelle de propriétés physiques.

Ces substances ont des propriétés à la fois des métaux et des céramiques. En particulier, ils ont une conductivité électrique et thermique élevée, mais résistance aux changements brusques de température et aux charges mécaniques importantes. Les matériaux de cette famille ont été obtenus pour la première fois dans les années 1960, mais les scientifiques n'ont commencé à les étudier qu'au cours de la dernière décennie. Récemment, des méthodes ont été développées pour obtenir ces matériaux, dont les plus populaires sont les dépôts chimiques ou physiques en phase vapeur, frittage de plasma d'étincelle, et pressage isostatique à chaud. Les matériaux sont souvent synthétisés sous forme de petits échantillons, une tâche technologique distincte basée sur la phase MAX est donc nécessaire pour obtenir le matériau en vrac. Dans ce but, diverses options pour le frittage des matériaux en poudre sont utilisées, mais toutes les méthodes existantes sont soit trop complexes technologiquement et donc coûteuses, ou nécessitent plusieurs étapes longues pour augmenter la densité des matériaux initialement poreux, ce qui ne permet pas aux scientifiques d'atteindre une part suffisante de la phase MAX dans le matériau final.

L'équipe de recherche de NUST MISIS dirigée par Denis Kuznetsov, un doctorant en sciences techniques, a proposé une nouvelle méthode de synthèse en phase MAX en une seule étape avec une composition de Ti 3 AlC 2 —un matériau prometteur pour une utilisation comme élément chauffant à haute température. Pour l'obtenir, les scientifiques ont utilisé une combinaison de synthèse auto-propageante à haute température et de déformation par cisaillement sous pression. Les chercheurs ont également comparé deux méthodes de pressage :le pressage par extrusion, au cours de laquelle la poudre a été pressée sous une forme spéciale, créer des éléments en forme de tige, et compression uniaxiale, dans lequel la poudre pressée était simplement pressée lorsqu'elle était chauffée, le transformer en assiettes. La température était d'environ 1700 degrés Celsius pendant le pressage, et l'ensemble du processus a duré environ 20 à 25 secondes.

À la suite de cette approche proposée, les scientifiques ont obtenu deux types d'échantillons aux caractéristiques assez similaires. Aussi bien en plaques qu'en tiges, la densité dépassait 95 pour cent, par rapport au matériau en poudre, et le Ti 3 AlC 2 le contenu variait de 67 à 82 pour cent.

À la fois, les paramètres mécaniques et physiques de cette méthode dépassaient légèrement les échantillons obtenus par extrusion :la résistance à la compression de ces matériaux était de 720 mégapascals, tandis que les échantillons obtenus par compression n'ont enregistré qu'une résistance à la compression de 641 mégapascals. En outre, les échantillons ont enregistré un meilleur module de Young - 221 gigapascals à 198, et conductivité thermique - 22,9 watts par mètre lorsqu'il est chauffé d'un degré à 22,1 que les échantillons de compression.

Selon les chercheurs, le principal avantage de leur méthode proposée est d'obtenir rapidement un matériau relativement volumineux en une seule étape - il ne nécessite pas de températures élevées et de longues heures de frittage. La part de phase MAX dans la substance finale est assez élevée, donc à l'avenir, ces matériaux peuvent être utilisés dans des appareils fonctionnant à des températures élevées (autour de 1500 degrés Celsius), tels que des éléments chauffants ou un revêtement pour les contacts électriques.