Лаборатория синтеза новых сверхтвердых материалов

Заведующий лабораторией - к.т.н. Поздняков А. А.

Направления работ

  • Развитие и усовершенствование аппаратуры высокого давления.
  • Совершенствование методов HPHT синтеза сверхтвердых и ультратвердых материалов с заданными характеристиками и исследование их свойств.
  • Разработка методов и технологий получения новых наноструктурированных функциональных и конструкционных материалов с улучшенными свойствами.
  
P, T – области условий синтеза
фаз фуллерита C60		 Структура метастабильной фазы Sb2Te3
В середине элементарной ячейки видны
сближенные слои Те1-Те2.


Полученные результаты

Сотрудники лаборатории совместно с другими подразделениями ФГБНУ ТИСНУМ выполнили пионерскую работу по получению и исследованию структуры и свойств сверхтвердых и ультратвердых фаз из фуллеритов С60 и С70.

Синтезированы при быстром охлаждении после воздействия высоких давлений (4 ГПа) и температур (600-700 °С) новые метастабильные фазы теллуридов сурьмы и висмута, являющиеся наиболее важными термоэлектриками вблизи комнатной температуры. Методами рентгеновской порошковой дифракции определена кристаллическая структура полученных фаз, в которой сохраняется слоистая структура, но изменяется чередование слоев. Под влиянием высокого давления атомные слои сближаются и между слоями Те-Те образуется металлическая связь. Новые фазы обладают сверхпроводящими свойствами.

Получен сверхтвердый композиционный материал (патент РФ №2491987, приоритет 17.11.2011, опубликовано 10.09.2013) на основе углерода и бора, который может применяться в качестве аппаратов высокого давления, режущих инструментов с высокой износостойкостью и элементов инструментов для бурения.

Получен углерод-азотный материал (патент РФ №2485947, приоритет от 03.11.2011, опубликовано 20.06.2013), который может быть использован для изготовления демпфирующих элементов, амортизаторов, пар трения и износостойких деталей микромеханизмов.


Поданы заявки

№ 2012152827/05 от 07.12.2012 на способ получения сверхтвердого композиционного материала на основе фуллерена, который может быть использован для изготовления инструментов для горнодобывающей, камнеобрабатывающей и металлообрабатывающей промышленности.

№ 2013143992 от 01.10.2013 на способ получения сверхтвердого материала на основе углерода и бора, который может быть использован для изготовления режущих инструментов, инструментов для бурения, а также других применений, где необходима высокая износостойкость.


Исследования физико-механических свойств


  • объемных углеродных материалов на основе фуллеренов с высокими механическими свойствами;
  • материалов на основе нанотрубок, синтезированных в различных условиях;
  • композитов металл-углерод, полученных в результате термобарической обработки;
  • порошков сверхтвердых материалов с различными характеристиками.

Сотрудники лаборатории проводят эксперименты по получению опытных образцов порошков сверхтвердых материалов с требуемыми морфологическими характеристиками, магнитными и немагнитными свойствами, повышенной термостойкостью.


Производится проверка порошков сверхтвердых материалов на соответствие действующим отечественным и зарубежным стандартам посредством следующих методов:

  • определение зернового состава порошков;
  • определение морфологической характеристики порошков;
  • определение показателя статической прочности порошков;
  • определение показателя динамической прочности порошков;
  • проверка термостойкости порошков после отжига в инертной атмосфере;
  • определение содержания несгораемых примесей в порошках;
  • определение содержания влаги в порошках;
  • определение абразивной способности микропорошков.


В лаборатории проводятся исследования физико-механических свойств объемных образцов, включающие:

  • измерение плотности;
  • микротвердости;
  • трещиностойкости;
  • пробоподготовку образцов;
  • металлографические исследования;
  • разработку уникальных методик подготовки поверхности образцов в широком диапазоне значений твердости (0,4-50 ГПа) для материалографических исследований;
  • разработку методик выполнения измерений параметров поверхности и механических свойств материалов для сканирующих зондовых микроскопов и нанотвердомеров.

Проводится аттестация сверхтвердых материалов: шлиф- и микропорошков алмазов (природных и синтетических) и кубического нитрида бора в соответствии с существующими стандартами.



Микропорошок из синтетических алмазов марки АСМ зернистостью 63/53

Микроструктура кубического нитрида бора




Микроструктура меди с нанотрубками

Микроструктура стали с наноалмазами


ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

  • Установка DiaTest-S компании Vollstadt Diamant для измерения прочности порошков сверхтвердых материалов от 150 мкм при статическом нагружении.
          Номинальный ряд нагрузок: 0…2000 N;
          Максимальнаая нагрузка: 2300 N.
  • Установка DiaHeat с программируемым контроллером для термообработки материалов в инертной атмосфере (аргон).
          Максимальная температура 1150 °С.
  • Электромагнитный валковый сепаратор ЭВС-10/5 для сухого разделения слабомагнитных материалов на магнитные и немагнитные компоненты.
  • Установка ДДА-33 (Friability Tester)для измерения статической прочности порошков сверхтвердых материалов зернистостью от 40 мкм до 150 мкм.
  • Установка Re.TEK.s.a.s. (Diamond Comparative Friability Tester) для определения показателя динамической прочности алмазных шлифпорошков.
  • Сепараторы просеивающие Retch, СПЭ. Набор сит для рассева и ситового анализа порошков сверхтвердых материалов в соответствии с ГОСТ 9206-80, ISO 565, FEPA.
  • Сепаратор вибрационный модернизированный лабораторный СВЛМ (вибростол) для разделения частиц сверхтвердых материалов на фракции в зависимости от их формы.
  • Установка УАС2М для определения абразивной способности микропорошков сверхтвердых материалов согласно ГОСТ 9206-80.
  • Электронные лабораторные весы «KERN-770-60» (Германия) и приставка фирмы «Sartorius YDK 01 LP» (Германия) используются для определения плотности методом гидростатического взвешивания.
          Дискретность отсчета 0,01 мг, пределы допускаемой погрешности 0,1 мг,
          класс точности по ГОСТ 24104-88 – первый.
  • Оптический микроскоп «Olympus» BX51, максимальный диапазон общего увеличения 3000х, доступные методы исследования: темное поле, светлое поле, дифференциальный интерференционный контраст (DIC). Предназначен для проведения исследований как в проходящем, так и в отраженном свете;
  • Микротвердомер ПМТ-3М;
  • Микротвердомер DuraScan , EMCO-TEST, Австрия;
  • Автоматическое устройство для электролитической полировки и травления Lectro Pol-5, Struers, Дания;
  • Шлифовально-полировальное оборудовании Tegra Pol-11, Stuers, Дания.




Установка DiaTest-S
компании Vollstadt Diamant

Микроструктура кубического нитрида бора