Исследовательский коллектив Самарского технического университета (кафедра «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы») ведет планомерную работу по адаптации конструкционных материалов к требованиям высокотехнологичных отраслей. Приоритетное направление их деятельности — внедрение экономичных методов получения металлокерамических композитов (керметов), сочетающих в себе высокую прочность и пластичность.
Группа ученых в составе профессора Александра Амосова, доцента Евгения Латухина, исследователя Эмиля Умерова и аспиранта Егора Каракича предложила инновационный подход, базирующийся на гибридизации процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и металлотермии. Результатом этой работы стал патент РФ № 2864432.
Существующие на сегодняшний день методики производства композитов отличаются высокой трудоемкостью, значительным энергопотреблением и необходимостью применения дорогостоящего оснащения (реакторы, центрифуги, специальные тигли). Разработка политеховцев лишена этих недостатков. Она представляет собой энергонезависимую схему, в которой органично объединены две высокотемпературные стадии. Ключевая особенность — самопроизвольная инфильтрация: жидкий металл проникает в тугоплавкую керамическую матрицу исключительно под действием капиллярных сил и гравитации, без внешнего давления, сложного оборудования и подогрева.
Процесс организован предельно просто. На первом этапе готовится прессованная заготовка из СВС-шихты, которую размещают в углублении, выполненном в графитовой или керамической подложке. Поверх этой заготовки засыпается металлотермический состав, инициирующий реакцию. Воспламенение термитной смеси ведет к образованию расплава, который, стекая на СВС-шихту, служит катализатором для запуска экзотермической реакции горения. В результате формируется пористая керамика, а внешний жидкий металл мгновенно заполняет ее поры. В течение 30–40 секунд система остывает, и металлическая фаза кристаллизуется, давая на выходе готовый кермет.
Как поясняет Евгений Латухин, новизна метода кроется в отказе от замкнутых реакторов и принудительного нагнетания расплава. Расположение термитной смеси непосредственно над СВС-шихтой позволяет инициировать горение за счет тепловой и массовой передачи проникающего металла, исключая раздельный предварительный нагрев компонентов. Инфильтрация идет открыто, самотеком, что кардинально упрощает цепочку операций. Вместо промышленных установок используется обычный речной песок, в котором формируется форма-ложе для шихты и термитной смеси — весь процесс безопасно протекает на открытом воздухе.
Данный подход открывает возможности для создания изделий с варьируемым содержанием керамической фазы (от 40 до 80%) без привлечения внешних источников энергии. Это не только многократно удешевляет продукцию и сокращает производственный цикл с часов до считанных секунд, но и заметно улучшает эксплуатационные характеристики керметов: повышает твердость, ударную вязкость, износостойкость, а также придает материалу высокую электропроводность.