Ученые НИТУ "МИСиС" разработали способ производства композитных деталей для аэрокосмической промышленности, который за счет сочетания лазерных технологий и изостатического прессования на 15% повысил прочность готовых изделий. Результаты проекта опубликованы в международном научном журнале The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.

Композитный титаново-кремниевый материал обладает уникальными механическими свойствами, необходимыми для создания воздушного и наземного транспорта - высокой прочностью на растяжение и жесткостью. Детали из таких композитов востребованы аэрокосмической промышленностью, и особенно они актуальны для ее отечественной отрасли в современных экономических условиях.

Свойства этого волокнистого композита сильно зависят от довольно сложной технологии изготовления, которая предполагает ряд существенных ограничений. Высокая химическая активность титана сводит на "нет" методы производства в жидком, расплавленном состоянии.

Научный коллектив лаборатории гибридных аддитивных технологий НИТУ "МИСиС" предложил оригинальное решение задачи - гибридный подход, сочетающий лазерные технологии и горячее прессование.

"Композитные детали, состоящие из матрицы титанового сплава с армирующими волокнами карбида кремния, впервые были успешно изготовлены с использованием нового подхода, сочетающего лазерную плавку в порошковом слое и горячее изостатическое прессование, - рассказал соавтор разработки, ведущий эксперт лаборатории гибридных аддитивных технологий НИТУ "МИСиС" Андрей Травянов, -
Способ предполагает, что волокна могут быть помещены в матрицу после изготовления единичного элемента. После этого из отдельных элементов можно собрать деталь с окончательной формой. Консолидация конечной детали может быть выполнена методом горячего изостатического прессования. Высокое давление и температура при этом будут вызывать усадку зазоров между матрицей и волокном и способствовать диффузионному соединению элементов матрицы. Дальнейшая вставка волокон и сборка нескольких одиночных элементов позволяет получить заготовку с равномерным распределением волокон в объеме".

По словам разработчиков, в ходе экспериментов была подтверждена возможность реализации предложенного подхода в промышленных условиях. В результате были успешно изготовлены детали из армированного титанового сплава с объемной долей волокон 17 %. Рентгеновская томография выявила отсутствие дефектов в полученной детали и хороший контакт между матрицей и волокнами.

Испытания на трехточечный изгиб показали, что созданная по новой технологии композитная деталь имеет значительно более высокие - до 15% - показатели прочности и жесткости, чем деталь, изготовленная из массивного титанового сплава.

В настоящее время коллектив разработчиков работает над оптимизацией технологии и расширением диапазона изготовляемые деталей.

НИТУ "МИСиС" - динамично развивающийся научно-образовательный центр мирового уровня. В основе целевой модели вуза - стремление внести максимальный вклад в экономику России за счет повышения интенсивности исследовательской деятельности.

Университет входит в топ-500 лучших вузов мира по версии QS WUR и в группу 151+ предметного рейтинга QS Materials Science, являясь лидером в области материаловедения среди российских вузов.

В университете действует более 40 научно-исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. В основе образовательной модели вуза лежит интеграция образования и науки. НИТУ "МИСиС" сотрудничает более чем с 1600 крупнейшими компаниями России и мира. Благодаря комплексной программе профессиональной навигации средний балл ЕГЭ поступающих в университет вырос с 67,3 в 2012 году до 88,8 баллов в 2021 году.

В состав НИТУ "МИСиС" входит 10 институтов и 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В университете около 22 000 обучающихся, 25% студентов - граждане из 84 стран мира....