Сталь больше не спасает: как усилили материал для реакторов
Можно ли создать материал, который не боится ни давления, ни жара? Учёные НИТУ "МИСиС" уверены — да. Им удалось разработать уникальный композит, который не только втрое прочнее, чем его компоненты по отдельности, но и устойчив к экстремальным температурам до 700°С.
Почему сталь больше не справляется
Традиционные материалы уже не отвечают требованиям новых реакторов на быстрых нейтронах. Сталь, которая раньше использовалась для оболочек тепловыделяющих элементов, не выдерживает нагрева до 550-700°С — критических температур для таких установок.
Рождение прочности в экстремальных условиях
Один из инновационных путей усиления механических свойств — интенсивная пластическая деформация. Это обработка под высоким давлением, при которой создаются нанокристаллические структуры. Они обеспечивают высокую прочность, но есть нюанс — термическая нестабильность. При нагреве такие структуры склонны к укрупнению зёрен, теряя жёсткость.
Новая идея: слоистый "сэндвич"
Выход из этой ситуации нашёлся в лаборатории "Гибридные наноструктурные материалы" МИСиС. Учёные использовали метод кручения под высоким давлением и собрали многослойную структуру — как сэндвич: сталь (0,5 и 0,3 мм) с прослойкой ванадиевого сплава (0,2 мм) в центре. Общая толщина — всего 1 мм.
Диск помещается между двумя бойками. Под воздействием нескольких гигапаскалей давления и вращения нижнего бойка образец деформируется сдвигом, формируя прочную, устойчивую к температуре многослойную структуру.
"В результате мы получили тонкую многослойную структуру", — отмечает старший научный сотрудник Станислав Рогачев, руководитель исследования.
В три раза прочнее — и не боится жара
Итоги впечатляют: прочность такого "сэндвича" втрое выше, чем у любого его слоя по отдельности. Но главное — материал сохраняет свои свойства даже при 700°С. Это первый композит такого рода, способный выдерживать подобные нагрузки и температуру.
Что дальше
Исследования продолжаются. Команда уже работает над новыми комбинациями: сталь-цирконий, сталь-медь, сталь-алюминий. Цель — расширить границы возможного для ядерной, аэрокосмической и других высокотехнологичных сфер.
Уточнения
Термостойкость термическая стойкость - свойство материалов противостоять, не разрушаясь, напряжениям, вызванным изменением температуры.