Харківський фізико-технічний інститут / ІФТТМіТ /

ВІДДІЛ ЧИСТИХ МЕТАЛІВ, МЕТАЛОФІЗИКИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ НОВИХ МАТЕРІАЛІВ  

НАУКОВО-ДОСЛІДНА ЛАБОРАТОРІЯ ЕЛЕКТРОФІЗИЧНИХ МАТЕРІАЛІВ ТА ТЕХНІЧНИХ НАДПРОВІДНИКІВ

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ  

1. Розроблено технологічні процеси виготовлення реакторних сталей, модифікованих наночастинками термостабільних оксидів (дисперсійно зміцнених оксидних (ДЗО-) або ODS- сталей). У діапазоні температур 20-700 ⁰С характеристики міцності розробленої аустенитной ДЗО-сталі в 2-3,5 рази вище, а розпухання в 5 разів нижче, ніж у базової сталі Х18Н10Т [4]. Такі сталі перспективні для виготовлення внутрішньокорпусних пристроїв ядерних реакторів нових поколінь.

2. Розроблено та досліджено нанокристалічні цирконій і титан різної чистоти, а також наноструктуровані сплави на їх основі [5-12]. Вперше [7-10,12] використана комбінація двох методів екстремального впливу на метали - інтенсивна пластична деформація плюс подальша кріогенна деформація (спільно з Відділом фізики твердого тіла і конденсованого стану). В результаті такого впливу в титані та цирконії реалізована зеренна структура з розміром зерна менше 100 нм. При цьому істотно зросли характеристики міцності металів при збереженні задовільної пластичності. Так, в йодидному титані при середньому розмірі зерен 75 нм границя міцності дорівнює 930 МПа, а подовження до руйнування ≈12%. У технічному титані ВТ1-0 при розмірі зерен 65 нм ці характеристики становлять 1220 МПа і 8%, відповідно, що знаходиться на рівні характеристик середньолегованих титанових сплавів. Зазначені матеріали, завдяки відсутності в них токсичних елементів і кращому остеосинтезу, перспективні для створення медичних імплантатів.

3. Розроблено нові методи й оптимізовані режими механіко-термічної обробки надпровідників, що деформуються, на основі ніобій-титанових сплавів. Вивчено процеси розпаду в метастабільних Nb-Ti-сплавах і вплив різних технологічних і структурних факторів на їх електрофізичні характеристики. У підсумку створені надпровідники з високою струмонесучо ю здатністю, в тому числі з рекордним до сьогоднішнього дня значенням густини критичного струму J _c (5 Tл, 4,2 K)= 4´10⁵ А/см² [3,13-15].

4. Вперше, завдяки використанню розробленого в лабораторії унікального методу високоградієнтної спрямованої кристалізації (ВГСК), була отримана бронза, що деформується, з високою концентрацією олова [2] (16-18% по масі), а також  високоолов`яна бронза, що деформується, легована третім елементом (Ti, Ge і ін.). На основі такої бронзи в промислових умовах виготовлені багатожильні (14640 жил) Nb3Sn -надпровідникі c підвищеною струмонесучою здатністю в сильних магнітних полях. ВГСК сплавів Cu-Nb-Sn, подальша їх деформація і термообробка дозволили також отримати «природні» (in situ) мікрокомпозитні Nb3Sn-надпровідники, що мають високі значення густини критичного струму в середніх полях (до 8 Тл), високою міцністю і великим значенням деформації без деградації властивостей [2].

5. Виконано комплекс робіт в області отримання та дослідження потужнострумових високотемпературних надпровідників (ВТНП) оксидного типу (ітрієві і вісмутові кераміки). Основними методами отримання таких надпровідників були спрямована кристалізація і різні методи механіко-термічної обробки. Отримані надпровідники мали високу струмонесучу здатність.

6. Розроблено технологію отримання «природних» (in situ) мікро- і нанокомпозитних матеріалів на основі двофазних мідних сплавів, другий елемент в яких має низьку розчинність в міді і не утворює з нею інтерметалідів (Nb, Cr, Ta). Технологія включає виплавку злитків і їх глибоку деформацію. Для сплавів мідь-ніобій всебічно досліджено вплив різних факторів (склад сплаву, наявність домішок, ступінь і температура деформації, режими термообробки) на структуру і властивості композитів. Розроблені нанокомпозити мають краще серед відомих сплавів поєднання міцності і електропровідності (міцність досягає 2300 МПа при електропровідності 35- 40% від електропровідності чистої міді), яке можна варіювати в широких межах [2, 16-17].  Нанокомпозити можуть використовуватися в різних електротехнічних і електронних пристроях (імпульсні кріогенні високопольові магніти, зміцнення надпровідників на основі інтерметалідів, сильнонавантажені елементи електричних машин і ліній електропередач, струмопідведення інтегральних схем та ін.).

7. Постійні магніти та системи на їх основі

8. Розроблена технологія високоградієнтної спрямованої кристалізації використовується для отримання монокристалічних сплавів, особливо, жароміцних нікелевих сплавів для лопаток газотурбінних двигунів [18-21].  Спільно з лабораторією напівпровідникових матеріалів організовано ділянку з виробництва монокристалічних затравок для лиття монокристалічних лопаток. Виготовлено більше 120 тисяч високоякісних затравок зі сплаву нікель - вольфрам для підприємств України (ВАТ «Мотор Січ», м Запоріжжя; ДП «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування « Зоря » -  "Машпроект", м. Миколаїв).

9. Новим напрямком досліджень є високоентропійні сплави (ВЕСи). Отримані і досліджені ВЕСи на основі систем AlCoCrCuFeNi і CoCrFeNi (Mn, V). Встановлено високу пластичність сплавів певних складів. Проводяться дослідження впливу різних обробок на їх структуру і властивості. Сплави представляють інтерес у зв`язку з їх очікуваною високою радіаційною стійкістю.

10. Розроблені поліпшені конструкції і освоєно виготовлення високотемпературних (з робочою температурою до 300-350 ⁰С) датчиків вібрації та акустичної емісії [22]. Датчики використовуються для контролю роботи різних агрегатів і систем на Запорізькій атомній станції, а також на нафто- і газоперекачувальних станціях.