Харьковский физико-технический институт / ИФТТМиТ /

ОТДЕЛ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ, МЕТАЛЛОФИЗИКИ И ТЕХНОЛОГИИ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

 И ТЕХНИЧЕСКИХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ  

1. Разработаны  технологические процессы   изготовления реакторных сталей, модифицированных наночастицами термостабильных оксидов (ДУО- или ODS- сталей).   В диапазоне температур 20-700ºС прочностные характеристики  разработанной  аустенитной ДУО-стали в 2-3,5 раза выше,   а распухание в 5 раз ниже, чем у базовой стали Х18Н10Т [4]. Такие  стали перспективны для изготовления внутрикорпусных устройств ядерных реакторов новых поколений.

2. Разработаны и исследованы нанокристаллические   цирконий и титан   различной чистоты, а также наноструктурированные сплавы на их основе [5-12]. Впервые [7-10,12] использована комбинация двух методов экстремального воздействия на металлы  - интенсивная пластическая деформация   плюс последующая криогенная деформация (совместно с Отделом физики твердого тела и конденсированного состояния).  В результате такого воздействия   в  титане и цирконии реализована зеренная структура с размером зерна менее 100 нм. При этом существенно выросли прочностные характеристики металлов при сохранении удовлетворительной пластичности. Так, в йодидном титане при среднем размере зерен 75 нм предел прочности   равен 930 МПа, а удлинение до разрушения ≈12%. В техническом титане ВТ1-0 при размере зерен 65 нм эти характеристики составляют 1220 МПа и 8%, соответственно, что находится на уровне характеристик среднелегированных титановых сплавов. Указанные материалы, благодаря отсутствию в них токсичных элементов и лучшему остеосинтезу, перспективны для создания медицинских имплантатов.

3. Разработаны новые методы и оптимизированы режимы механико-термической обработки деформируемых сверхпроводников на основе ниобий- титановых сплавов. Изучены процессы распада в метастабильных  Nb-Ti-сплавах и влияние различных  технологических и структурных факторов на   их электрофизические характеристики. В итоге  созданы сверхпроводники   с высокой токонесущей способностью, в том числе с рекордным до сегодняшнего дня значением    плотности критического тока J_c (5 Tл, 4,2 K)= 4´10⁵ А/см² [3,13-15].

4. Впервые,  благодаря использованию   разработанного в лаборатории уникального метода высокоградиентной направленной кристаллизации (ВГНК), была получена деформируемая бронза с    высокой концентрацией олова [2] (16-18 % по массе), а также деформируемая высокооловянная бронза, легированная третьим элементом ( Ti,  Ge и др.). На основе такой бронзы в промышленных условиях   изготовлены многожильные (14640 жил)   Nb₃Sn –сверхпроводники c повышенной токонесущей способностью в   сильных магнитных полях.   ВГНК  сплавов Cu-Nb-Sn,   последующая их деформация   и термообработка позволили также получить «естественные» (in situ)  микрокомпозитные Nb₃Sn –сверхпроводники, обладающие высокими значениями   плотности критического тока в средних полях (до 8 Тл), высокой прочностью и большим значением деформации без деградации свойств [2].

5. Выполнен комплекс работ в области получения и исследования сильноточных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) оксидного типа (иттриевые и висмутовые керамики). Основными методами получения таких сверхпроводников были направленная кристаллизация и различные методы механико-термической обработки. Полученные сверхпроводники    обладали высокой токонесущей способностью.  

6. Разработана технология получения «естественных» (in situ) микро- и нанокомпозитных   материалов   на основе двухфазных медных сплавов, второй элемент   в которых имеет низкую растворимость в меди и не образует с ней интерметаллидов (Nb, Cr, Ta).  Технология включает    выплавку слитков и их глубокую деформацию. Для сплавов    медь –ниобий всесторонне исследовано влияние различных факторов   (состав сплава, наличие примесей, степень и температура деформации, режимы термообработки) на структуру и свойства композитов. Разработанные нанокомпозиты    имеют лучшее среди известных сплавов   сочетание прочности и электропроводности (прочность достигает 2300 МПа при электропроводности 35- 40% от электропроводности чистой меди), которое можно варьировать в широких пределах [2, 16-17].  Нанокомпозиты могут использоваться   в различных электротехнических и электронных устройствах (импульсные криогенные высокополевые магниты, упрочнение сверхпроводников на основе интерметаллидов, сильнонагруженные элементы электрических машин и линий электропередач, токоподводы интегральных схем   и др.).

7. Постоянные магниты и системы на их основе

8. Разработанная технология высокоградиентной направленной кристаллизации используется для получения монокристаллических сплавов, в особенности. жаропрочных никелевых сплавов для лопаток газотурбинных двигателей [18-21].  Совместно с лабораторией  полупроводниковых материалов организован участок по производству монокристаллических затравок для литья монокристаллических лопаток. Изготовлено более 120  000  высококачественных затравок из сплава никель - вольфрам для предприятий Украины (ОАО «Мотор Сич», г. Запорожье; ГП «Научно-производственный комплекс газотурбостроения «Зоря»-«Машпроект», г. Николаев).

9. Новым направлением исследований являются высокоэнтропийные сплавы (ВЭСы). Получены и исследованы   ВЭСы  на основе систем AlCoCrCuFeNi и   CoCrFeNi(Mn,V). Установлена высокая пластичность с плавов определенных составов. Проводятся исследования влияние различных обработок на их структуру и свойства. Сплавы представляют интерес в связи с их ожидаемой высокой радиационной стойкостью.

10.  Разработаны улучшенные конструкции и освоено изготовление высокотемпературных (с рабочей температурой до 300-350 ºС) датчиков вибрации и акустической эмиссии [22]. Датчики используются для контроля работы  различных агрегатов и систем на Запорожской атомной станции, а также на нефте- и газоперекачивающих станциях.