Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) создали новую многослойную структуру покрытий, которые можно использовать для различных компонентов термоядерных реакторов. Используемый материал обладает хорошей термостойкостью, а при воздействии экстремальной среды может «самозалечиваться».
В ядерной промышленности распространены многослойные материалы, которые обладают устойчивостью к воздействию облучения, высоких температур, коррозии и механических сил. Однако оптимальное сочетать все эти характеристики не удается, и ученые ищут такую структуру, которая позволяла бы наилучшим образом объединять все достоинства защитного материала.
Такую архитектуру предложили в ТПУ. Ученые разработали функционально-градиентный материал (ФГМ), который включает в себя несколько 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 подложку из сплава циркония с 1% ниобия толщиной 0,7 мм.
Установлено, что такое сочетание и чередование материалов повышает термическую устойчивость покрытия, а главное — дает эффективное управление развитием дефектов, поскольку они локализуются на конкретных уровнях. Перенаправление их в активные зоны приводит к самовосстановлению.
Во время экспериментов при температурах до 900 градусов Цельсия ученые анализировали структуру материала, используя передовые методы рентгеновских исследований, спектроскопии и электронной микроскопии, а также следили за термической устойчивостью. При таком подходе удалось наблюдать всю эволюцию дефектов, а также изменения в кристаллической решетке материалов. При высоких температурах покрытие сохраняло многослойность и плотность, а фазовые переходы оказывались обратимыми, что обеспечивало стабильность характеристик.
Именно обратимость фаз позволяет покрытию быть устойчивым и иметь свойство самовосстановления. Оно благополучно справляется с циклами охлаждения и нагревания, не теряя свойств.
Ранее мы рассказывали, что Росатом запустил в эксплуатацию роботов-пауков.
