Ученые ТПУ и Сколтеха разработали эффективный метод синтеза пентаборида вольфрама

Томск, 11 мая - ИА Neftegaz.RU. Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) и Сколтеха предложили эффективный и экономичный метод синтеза сверхтвердого материала - пентаборида вольфрама, который может применяться в т. ч. в технологиях бурения.
Об этом сообщает пресс-служба ТПУ.

В вузе отмечают, что известные сегодня методы синтеза борида вольфрама требуют использования вакуума или инертной атмосферы и высокого давления.
Это повышает производственные затраты и ограничивает возможности по масштабированию метода и организации производства.

Тезисы одного из авторов исследования, старшего преподавателя проектного центра по энергопереходу и ESG Сколтеха А. Квашнина:

• высший борид вольфрама WB_5−x обладает чрезвычайно высокой износостойкостью;
• мы пытались найти эффективный метод, позволяющий синтезировать этот материал в больших объемах;
• мы не только потратили на эту работу много времени и сил, но и столкнулись с немалыми трудностями при определении отдельных фаз вещества в синтезированных образцах;
• большой подмогой для нас стали вычислительные методы, используя которые, мы смогли досконально исследовать условия синтеза и структуру полученного материала;
• в результате нам удалось получить двухфазный образец, содержащий соединения WB₂ и WB_5−x.

Для синтезирования кристаллических фаз боридов вольфрама ученые ТПУ применяли безвакуумный электродуговой метод на плазменном реакторе, разработанном в вузе.
Собственно отсутствие необходимости в использовании вакуумного оборудования стало главным преимуществом разработанного метода.

Тезисы одного из авторов исследования, научного сотрудника Научно-исследовательского центра Экоэнергетика 4.0 ТПУ А. Пака:

• главные особенности этого метода - простота конструкции и используемой методики, отсутствие необходимости использования высокотехнологичных дорогостоящих узлов и деталей;
• по нашим оценкам, эта методика позволяет экономить до 90 % электрической энергии при работе в сравнении с прямыми аналогами, по крайней мере на уровне лабораторных объемов синтеза.

Исследование проводилось следующим образом:

1. исходную смесь вольфрама и бора уплотняли и помещали на дно катода;
2. между анодом и катодом поджигали электродуговой разряд в открытой воздушной среде;
3. кислород воздуха окислял углерод, образуя автономную газовую среду в полости тигля; температура за счет горения дуги поднималась, и происходил синтез различных фаз боридов вольфрама — в зависимости от соотношения исходных компонентов и режимов плазменной обработки.

Также ученые дополнительно доработали метод, что позволило производить тонкую настройку параметров эксперимента для контроля состава материала.
Благодаря этому содержание борида вольфрама в образце увеличилось до 61,5 % по объему.

По словам ученых, синтезированный борид вольфрама может использоваться для отбора углекислого газа из промышленных выбросов и производства «голубого» водорода.