Ученые физико-технического факультета Томского государственного университета разрабатывают принципиально новые композиционные материалы на основе высокоэнтропийных боридов – класса сверхвысокотемпературной керамики. Эти материалы способны работать в экстремальных условиях без традиционных смазочных масел и самостоятельно «залечивать» поверхностные повреждения в процессе эксплуатации.
В аэрокосмических двигателях, гиперзвуковых аппаратах и высокопроизводительном оборудовании узлы трения часто работают при температурах, превышающих 900°C. При таких условиях традиционные масла и смазки разлагаются, что приводит к ускоренному износу и отказам дорогостоящего оборудования. Томские исследователи предлагают решение этой проблемы с помощью новых твердых материалов.
«Сформированный тонкий многослойный «трибослой» из многокомпонентных оксидов в роли смазки будет снижать коэффициент трения и одновременно, подобно жидкому стеклу, «затекать» в микродефекты и трещины – и обеспечит процесс самозалечивания», – объясняет руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии ФТФ ТГУ Николай Савченко.
По его словам, трибохимический синтез будет управляемым, с обратимым откликом на стимул в реальном времени, что является ключевой чертой «интеллектуальных» материалов.
Особенность проекта ТГУ заключается в целенаправленном изучении поведения материалов при экстремально высоких скоростях скольжения – до 37 м/с. В таких условиях из-за трения поверхность мгновенно раскаляется до температур выше 1000°C. Подобные исследования являются редкостью в мировой практике, так как большинство научных групп сосредоточены на механических или низкоскоростных испытаниях.
В течение двух лет команда будет изучать композиты на основе шестикомпонентного высокоэнтропийного диборида (Ti-Zr-Nb-Hf-Ta-W)B2 с добавлением карбида кремния. Высокоэнтропийный диборид обеспечивает исключительную твердость и термостабильность, а карбид кремния улучшает спекаемость, повышает вязкость разрушения и служит источником оксида кремния для формирования защитного слоя.
Разрабатываемые композиты могут использоваться для создания высокоскоростных подшипников в комбинированной паре трения – гибридных подшипников, где сочетаются стальные обоймы и шарики из высокоэнтропийной боридной керамики. Такая конструкция обеспечит уникальные преимущества для высокоскоростных режимов работы.
В настоящее время подобные композиты уже применяются в качестве покрытий для корпуса и внешних деталей спускаемых космических аппаратов, где они защищают от гиперзвукового потока и колоссального теплового воздействия.
Проект «Композиты на основе высокоэнтропийных боридов для эксплуатации в условиях высокоскоростного трения» получил поддержку Российского научного фонда на 2026–2027 годы как победитель конкурса малых отдельных научных групп.