«Уникальные свойства карбида – тугоплавкость, высокая стойкость к коррозии – известны давно, в основном его используют при изготовлении оборудования для ядерных реакторов. Но получить монолитные изделия из этого материала очень сложно. Температура плавления карбида гафния – 3953 ºС, а максимально возможная температура в печи – примерно 500 ºС. Это значит, что полностью расплавить карбид не получится никогда», – сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.
Традиционная технология получения карбида гафния дорога, энергозатратна и заключается в многочасовом спекании в печи. Специалисты ИЯФ СО РАН и ИХТТМ СО РАН нашли более эффективный и дешевый трехэтапный способ:
1. Порошки углерода и гафния путем механоактивации (прокручивания в шаровой мельнице) превращают в заготовку для будущего карбида (микропорошок).
2. Микропорошок исследуют на экспериментальной станции синхротронного излучения «Дифрактометрия в жестком рентгеновском диапазоне.
3. Нагревание смеси и запуск химических реакций направленным пучком электронов на установке для электронно-лучевой сварки. Карбид плавится «сам в себе»: жидкий материал находится «в кольце» порошкообразного. В дальнейшем используется метод послойного добавления сырья.
4. Контрольное просвечивание синхротронным излучением.
В противовес классическому многочасовому спеканию новый метод позволяет получать готовые детали за несколько минут. Метод применим и для получения других, более дешевых (стоимость гафния – более 50 тыс. руб./кг) материалов с подобными свойствами. Например, карбидов и боридов тугоплавких металлов – тантала, вольфрама, молибдена.
Помимо ракетостроения (в качестве внешнего покрытия для теплозащитных оболочек возвращаемых космических аппаратов типа «Буран») карбид гафния – идеальный материал для катодов ускорителей. Как в исследовательских коллайдерах, так и в промышленных ускорителях, которые применяются, например, для очистки выбросов электростанций и промышленных сточных вод, а также для электронно-лучевой стерилизации в медицине, фармакологии и пищевой промышленности.