08.12.2016

Специалисты Новосибирского государственного университета и институтов СО РАН создают керамометаллические композитные матрицы на основе порошка алюминия, его оксида и сплавов. Эти уже успешно испытанные материалы обладают уникальными характеристиками, в частности, высокой теплопроводностью, и используются для структурированных катализаторов процессов сжигания и трансформации топлив. Одна из последних публикаций сибирских учёных посвящена синтезу и свойствам материалов на основе сплава кобальта и алюминия.

Распределение фаз в керметах по данным растровой электронной спектроскопии и энергодисперсионного анализа

Совместная работа специалистов Новосибирского государственного университета и Института катализа (ИК) СО РАН в области создания материалов для керамических (керметных) композитных матриц Ceramic matrix composites prepared from CoAl powders вышла в декабрьском номере журнала Journal of Materials Science.

В своей работе учёные сравнивают структуру, микроструктуру, прочность и теплопроводность композитных материалов, полученных путём обработки сплава кобальта и алюминия (CoAlO/CoAl) или его смеси с гидроксидом алюминия (Al2O3/CoAlO/CoAl).

Планетарная мельница
Планетарная мельница

Сплав учёные изготавливали следующим путём: порошки металлов были механически активированы в энергонапряженной планетарной мельнице до получения максимально дисперсного сплава; затем сплавы были помещены в форму, подвергнуты гидротермальной обработке, в результате чего часть алюминия в сплаве трансформировалась в гидроксид алюминия, и прокалены на воздухе.

Метод, разработанный совместно со специалистами Института химии твёрдого тела и механохимии СО РАН, позволяет придавать керметам уникальные свойства — высокую прочность и теплопроводность, которые обеспечиваются металлической матрицей в сочетании с большой пористостью и развитой поверхностью за счёт введения гидроксида алюминия AlOOH в исходную смесь. Еще одна особенность керметных блочных структур — микроканалы, которые создаются за счёт помещения в форму легко выгорающих элементов, например, ткани и тонких деревянных стержней.


При обработке сплава парами воды или кипячением с последующей прокалкой на воздухе металл окисляется не полностью, что необходимо для сохранения высокой теплопроводности и механической прочности керметов. Мы получаем блочные теплопроводные катализаторы, имеющие низкое газодинамическое сопротивление потоку — это важно для проведения энергонапряжённых процессов, требующих эффективной передачи тепла в проточных реакторах, — рассказывает заведующий лабораториями новых технологий синтеза функциональных наноструктурированных материалов НГУ и катализаторов глубокого окисления ИК СО РАН, эксперт САЕ НГУ «Низкоразмерные гибридные материалы» Владислав Садыков.

Учёные из Института катализа и Новосибирского государственного университета также синтезируют и исследуют керметы на основе сплавов порошка алюминия с другими металлами, в том числе никелем и железом.

Результаты исследования показали, что свойства разработанных на основе сплава керметов (прочность, теплопроводность и удельной поверхность) делают эти материалы перспективными для практического применения.

Катализаторы на основе керметов с введённым оксидом железа в реакции дегидрирования гексана в гексен показали активность и селективность, существенно превышающие таковые для традиционного катализатора Fe2O3/Al2O3, что объясняется эффективным поглощением микроволнового излучения.

Керамические композитные матрицы на основе структурированных сплавов порошка алюминия и переходных металлов были успешно испытаны в процессах сжигания как газовых, так и твёрдых топлив (канско-ачинского угля) в котельных Новосибирской области. Также материалы перспективны для широкомасштабных промышленных процессов трансформации топлив в синтез-газ и паровой конверсии углекислого газа.

Исследование выполнено при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Российской академии наук и Федерального агентства научных организаций.

Анастасия Аникина
Фото (2): gidropress.com

Последняя редакция: 08.12.2016 13:52