Les chercheurs de Skoltech et leurs collègues de l'Université polytechnique de Tomsk ont ​​proposé un moyen efficace et peu coûteux de synthétiser du borure de tungstène extra-dur, utilisé dans le forage et d'autres technologies industrielles. La recherche décrivant la nouvelle technique a été publiée dans la revue Inorganic Chemistry et a fait la couverture du numéro de mai.

Lors de leur découverte, les borures de tungstène ont captivé l'imagination des scientifiques en raison de leur dureté, de leur résistance thermique, de leur faible conductivité thermique et d'autres propriétés mécaniques fascinantes supérieures à celles d'autres matériaux restés inégalés pendant près d'un siècle. Cependant, les procédés existants de synthèse de borure de tungstène nécessitent soit un vide, soit une atmosphère inerte sous haute pression. Cela augmente les coûts de production et limite l'évolutivité et le volume de production.

"Nous recherchions une approche efficace pour la synthèse à grande échelle de WB5–x, une variété particulière de borure de tungstène qui présente une résistance à l'usure extrêmement élevée", explique le chercheur principal de l'étude, le professeur adjoint Alexander Kvashnin du Project Center for Energy Transition de Skoltech. et ESG. "Cela nous a pris beaucoup de temps et d'énergie, et l'identification des phases distinctes dans les échantillons synthétisés s'est avérée être un défi. Mais les méthodes informatiques sont venues à la rescousse, et après avoir étudié en profondeur les conditions de synthèse et la structure du matériau obtenu, nous avons constaté que nous avions réussi à synthétiser un échantillon à deux phases contenant WB2 et WB5–x."

L'auteur principal de l'article, le chercheur scientifique Alexander Pak du centre de recherche Ecoenergy 4.0 de l'Université polytechnique de Tomsk, commente :« Les phases cristallines du borure de tungstène prédites par nos collègues de Skoltech ont été obtenues avec succès en utilisant la technique originale de synthèse de plasma à arc atmosphérique sans vide dans l'arc DC. réacteur à plasma développé à l'Université polytechnique de Tomsk. En simplifiant la méthode et la conception du réacteur, nous avons réussi à éliminer un certain nombre de composants de haute technologie coûteux. Par rapport aux analogues immédiats, nous estimons que notre méthode consomme jusqu'à 90 % d'énergie en moins, du moins lorsque synthétisant le matériel dans les quantités typiques pour les expériences de laboratoire."

La configuration expérimentale spécialement construite utilisée dans l'étude consistait en une cathode en graphite sous la forme d'un creuset et une anode en forme de tige pouvant s'adapter à l'intérieur, également en graphite. Le mélange initial de poudre de tungstène et de bore a été compacté et placé au fond du creuset. Ensuite, une décharge d'arc électrique a été initiée entre l'anode et la cathode dans l'air normal. En conséquence, l'oxygène atmosphérique a réagi avec le carbone dans le graphite, produisant un environnement gazeux autonome dans le creuset. Au fur et à mesure que l'arc électrique augmentait la température, une synthèse s'est produite, produisant différents borures de tungstène dans une proportion déterminée par le rapport des matériaux source et les paramètres de traitement au plasma. Il est important de noter que l'ensemble de ce processus ne nécessite pas d'environnement sous vide, ce qui rend la méthode applicable à la production industrielle à grande échelle.

"Nous avons également amélioré la méthode pour permettre un réglage fin des paramètres expérimentaux afin de contrôler la composition du produit", ajoute Kvashnin. "Cela a permis d'augmenter la proportion de la phase WB5–x souhaitable dans l'échantillon à 61,5 % en volume."

La nouvelle technique sans vide est la première étape vers une synthèse à grande échelle contrôlable et peu coûteuse de borure de tungstène extra-dur avec des propriétés mécaniques exceptionnelles pour une large gamme d'applications industrielles. Selon les chercheurs, le matériau sera même apte à éliminer le dioxyde de carbone des émissions des usines et à produire de l'hydrogène bleu. Le principal avantage de l'utilisation de WB5–x comme catalyseur dans ce processus est sa capacité à être réutilisé. + Explorer plus loin

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