Коллектив ученых лаборатории новых металлургических процессов Томского научного центра СО РАН под руководством Константина Болгару получил доступный способ производства дорогостоящего сиалона. Этот стойкий и огнеупорный материал для нужд промышленности предложено производить из такого дешевого сырья, как отходы производства ферросплавов. Полученные результаты представлены в высокорейтинговом журнале Ceramics International.
В среднем цена одного килограмма сиалона сейчас составляет несколько десятков тысяч рублей. Высокая стоимость этого материала обусловлена дороговизной сырья и сложностью технологий его получения. Но даже это не влияет на его востребованность в мире. Исследователи из ТНЦ СО РАН предлагают новый подход, позволяющий снизить стоимость сиалона в несколько раз. Добиться этого можно за счет использования дешевого сырья и применения энергоэффективного способа получения. Кратко суть технологии можно описать так: сначала проазотировали в режиме горения, потом очистили от лишнего.
– Прежде всего в качестве сырья выступают недорогие отходы производства ферросплавов, которые содержат железо и нитридообразующие элементы, необходимые для получения сиалона, – рассказывает младший научный сотрудник Антон Регер. – Затем выполняется реакция СВС (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза), который является одним из самых энергоэффективных и экономически выгодных способов получения различных материалов. Для ее проведения был выполнен ряд работ, включающий в себя тщательную подготовку сырья и подбор оптимальных условий синтеза.
Для того чтобы найти их, понадобились сотни экспериментов, ведь при подготовке такой реакции необходимо учесть множество параметров – давление, температуру, диаметр, структуру сырья и многое другое.
– Сложность еще заключалась и в том, что процесс СВС невозможно контролировать из-за его скоротечности: продолжительность такой химической реакции горения составляет всего лишь несколько секунд, – поясняет Константин Болгару, зав. лабораторией новых металлургических процессов ТНЦ СО РАН. – После завершения СВС необходимо очистить – «отмыть» получившийся материал от побочного продукта – примесей железа. В результате получается ценный дорогостоящий продукт – чистый наноразмерный порошок.
Перспективную тему ученые планируют развивать по двум направлениям: совершенствовать технологию и увеличивать объемы получаемого материала для его дальнейшего промышленного внедрения, а также вести фундаментальные исследования по внедрению различных добавок, в том числе редкоземельных элементов, в структуру сиалона, что позволит получать материалы с новыми свойствами.