Актуальность Кальциетермическая технология позволяет в одном производственном цикле из оксидов сразу получать порошки требуемых материалов. Спектр изготавливаемых сплавов весьма широк: начиная от РЗМ-магнитов для электротехники, переходя к тугоплавким твёрдым карбидам для режущего инструмента, заканчивая медицинскими сплавами на титановой основе. Очевидно, чтобы вывести кальциетермический синтез на качественно новый уровень необходимо тщательное и методичное изучение каждого технологического этапа технологии в цепочке: подготовка шихты → термическая обработка → гидрометаллургическая обработка. Это обеспечит рост качества порошковой продукции и, самое главное, появление новой номенклатуры сплавов, например, высокоэнтропийных. На данный момент кальциетермический метод промышленно реализован для производства быстрорежущих сталей, нераспыляемых газопоглотителей на основе бинарных сплавов титана, титановой губки и порошков хрома. Однако вопросы изготовления гомогенных порошков перспективных магнитных материалов (Nd2Fe17, MnAl, SmCo5 и др.), высокопрочной керамики (HfC, ZrC, (TiZrHfNbTa)C, HfCxNy и др.), жаропрочных интерметаллидов (Nb3Al, Cr2Ta, Nb5Si3 и др.) до сих пор не решены. В свою очередь, настоящий проект позволит наметить основные точки роста технологичности и наукоёмкости процесса. Это станет возможным благодаря разработке нового подхода: всё реакционные смеси будут разделены на нерастворимые, ограниченно растворимые и растворимые по отношению к жидкому кальцию. Проблема В рамках кальциетермического синтеза веществ из оксидного сырья можно выделить три группы реакционных смесей: 1) все компоненты сплава растворяются в жидком кальции; 2) никто не растворяется в жидком кальции; 3) один элемент демонстрирует заметную растворимость, другой – нет. Очевидно, что в зависимости от группы реакционной смеси будет свой уникальный механизм сплавообразования, своя морфология и размер синтезированных продуктов. Однако на данный момент нет стройной теории, объясняющей физикохимию синтеза. Соответственно, нет чёткого способа направленного воздействия на свойства получаемых порошковых материалов. Изучение механизма и кинетики кальциетермического синтеза позволит установить статистически значимое влияние различных технологических параметров процесса (температура и время термической обработки-восстановления, длительность смешивания и способ уплотнения шихты, и др.). В свою очередь, такое исследование обозначит пути модернизации технологии с точки зрения повышения качества и однородности изготовляемого порошка. Таким образом, фундаментальной проблемой проекта является определение механизма кальциетермического получения различных сплавов и фаз в зависимости от характера взаимодействия реакционных смесей (шихты) с жидким кальцием. Решение этой проблемы обеспечит создание научно-технических основ кальциетермического синтеза порошковых материалов конструкционного и функционального назначений. Цель Повышение конкурентоспособности кальциетермической технологии синтеза порошковых материалов конструкционного и функционального назначений среди прочих методов и способов порошковой металлургии. Задачи 1. Изучить технологическую схему кальциетермического синтеза порошков металлов и сплавов; 2. Определить восстановительную способность чистого кальция и гидрида CaH2 по отношению к оксидам промышленно важных металлов (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr и др.); 3. Освоить процедуру шихтования количества оксидного сырья и восстановителя для получения сплава заданного химического состава; 4. Выполнить режимы кальциетермического синтеза различных соединений, исходя из концепции разного характера взаимодействия компонентов с жидким кальцием: 4.1. Модельная система, где всё элементы нерастворимы в жидком кальции (например, Cr2Ta); 4.2. Модельная система, где всё элементы растворимы в жидком кальции (например, LaNi5); 4.3. Модельная система, где всё один элемент растворяется в жидком кальции, другой – нет (например, Nb3Al); 5. Изучить кинетику кальциетермического синтеза каждой группы модельных сплавов; 6. Составить механизм сплавообразования различных веществ в условиях кальциетермического синтеза. Результат 1. Будут получены новые знания о теории и технологии кальциетермического синтеза; 2. Будет изучен механизм кальциетермического синтеза разнообразных реакционных смесей с различным характером взаимодействия с жидким кальцием; 3. Будут охарактеризованы технологические параметры кальциетермического синтеза порошков металлов, сплавов, интерметаллидов и тугоплавких фаз с точки зрения фазового и химического составов; 4. Будет разработана методика кальциетермического синтеза веществ, компоненты которых растворимы, ограничено растворимы или нерастворимы в жидком кальции; 5. Будут получены порошки газопоглотителей и сорбентов водорода, медицинских титановых сплавов и жаропрочных интерметаллидов и карбидов. Партнёры проекта Московский Политех ***
