Оно позволит увеличить срок эксплуатации установок в экстремальных условиях.
Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) разработали новую многослойную структуру покрытий, которые могут быть применены для различных элементов термоядерных реакторов. Используемый материал демонстрирует отличную термостойкость и способен «самозаживать» при воздействии экстремальных условий.
В ядерной отрасли широко используются многослойные материалы, которые устойчивы к воздействию радиации, высоким температурам, коррозии и механическим нагрузкам. Тем не менее, оптимально совместить все эти характеристики не удается, и ученые ищут такую структуру, которая позволит наилучшим образом объединить все преимущества защитного материала.
Такую архитектуру предложили в ТПУ. Исследователи разработали функционально-градиентный материал (ФГМ), который состоит из нескольких слоев: защитное покрытие из ниобия толщиной 3 мкм, устойчивые к радиации чередующиеся наноразмерные слои ниобия и циркония толщиной 1 мкм, адгезионный слой циркония толщиной 10 мкм и подложка из сплава циркония с 1% ниобия толщиной 0,7 мм.
Установлено, что такое сочетание и чередование материалов увеличивает термическую устойчивость покрытия, а главное — обеспечивает эффективное управление развитием дефектов, поскольку они локализуются на определенных уровнях. Перенаправление их в активные зоны приводит к самовосстановлению.
В ходе экспериментов при температурах до 900 градусов Цельсия ученые изучали структуру материала с использованием современных методов рентгеновских исследований, спектроскопии и электронной микроскопии, а также контролировали термическую устойчивость. Такой подход позволил наблюдать за всей эволюцией дефектов и изменениями в кристаллической решетке материалов. При высоких температурах покрытие сохраняло многослойность и плотность, а фазовые переходы оставались обратимыми, что обеспечивало стабильность характеристик.
Именно обратимость фаз позволяет покрытию оставаться устойчивым и обладать свойством самовосстановления. Оно успешно справляется с циклами охлаждения и нагревания, не теряя своих свойств.
Фото: hi-tech.mail.ru