Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая предложили новый способ синтеза металлических композитов на основе меди, армированных твердыми карбидами. Технология политехников позволяет контролировать форму, размер и распределение карбидов внутри меди. Это улучшает теплопроводность и механические свойства материала. В будущем метод может лечь в основу систем нового поколения устройств теплоотвода в электронной технике.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№24-79-10113). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Composites Communications (Q1, IF: 7,7).
Сплавы меди благодаря хорошей тепло- и электропроводности и износостойкости широко применяются в электронике и устройствах теплоотвода. Для улучшения свойств материалов на основе меди к ней добавляют твердые карбиды (например, карбид вольфрама, бора или титана). Они повышают механические свойства материала без существенного снижения электропроводности. Однако у существующих методов синтеза таких композитов есть ряд недостатков, ограничивающих их промышленное применение.
Ученые Томского политеха совместно с коллегами из Китая предложили новый способ синтеза композитов из меди с вкраплениями твердых карбидов. Он основан на двух подходах плазмодинамического метода – ex site и in situ. В первом случае осуществляется раздельный синтез компонентов композита в виде медной матрицы и карбида. Во втором случае происходит совместное получение матрицы и карбида в едином процессе плазменной обработки. Вне зависимости от подхода, готовый продукт пригоден для получения объемных изделий методом искрового плазменного спекания.
«Главная проблема аналогичных методов получения металломатричных композитов на основе меди — высокая пористость, которая снижает свойства готовых изделий. Предложенная технология с возможностью in situ "совмещения" компонентов непосредственно в зоне дугового разряда позволяет обеспечить более надежное, плотное и однородное соединение карбида с медной матрицей, что позволяет улучшить механические и тепловые характеристики готовых металломатричных композитов», — отмечает один из авторов исследования, доцент отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Дмитрий Никитин.
Политехники провели анализ полученных новым способом материалов: с помощью сканирующего и просвечивающего электронных микроскопов они анализировали размер распределения частиц твердых карбидов в композите, твердость, теплопроводность и другие характеристики.
Результаты исследования показали, что металлические композиты, созданные благодаря новому методу, в сравнении с аналогами и чистой медью обладают улучшенными характеристиками. Так, плотность материала достигает 95 %, твердость – до 130 HV, а теплопроводность – до 152 Вт/м∙К.
«Главное преимущество новой технологии заключается в способе формирования микроструктуры будущего композита: карбид формируется как высокодисперсный компонент, а медь преимущественно представлена в виде крупноразмерных частиц. Из-за этого плотность заполнения объема между крупными и мелкими частицами очень высокая. В будущем мы планируем оптимизировать режимы плазменной обработки, чтобы достичь максимального контроля синтеза и свойств металломатричных композитов для конкретных задач электроники», — добавляет Дмитрий Никитин.
В исследовании приняли участие ученые Инженерной школы энергетики Томского политеха, Цзилиньского университета (Китай) и Чанчуньского университета (Китай).
Источник: пресс-служба Томского политехнического университета
