На физико-техническом факультете Томского госуниверситета ученые занимаются необычным материалом. Они исследуют композиты на основе сверхвысокотемпературной керамики — так называемых высокоэнтропийных боридов. Это соединения нескольких металлов с бором. Они очень твердые, выдерживают экстремальный нагрев и, что самое интересное, умеют «залечивать» повреждения прямо во время работы.
Зачем это нужно? В аэрокосмических двигателях, гиперзвуковых аппаратах и мощном энергооборудовании есть детали, которые трутся друг о друга на огромных скоростях. Из-за трения они нагреваются до 900–1500°C. Обычная смазка (масла) при таких температурах просто разлагается уже при 300°C. Выход — сделать так, чтобы смазку заменял сам материал.
Томские физики предлагают использовать керамику, которая при трении вступает в химическую реакцию с кислородом воздуха. На поверхности детали образуется тончайший защитный слой — он работает как смазка и одновременно заделывает микротрещины.
«Сформированный тонкий (в несколько микрон) 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. Так что полученные композиты с комбинированными функциями самосмазывания и самовосстановления могут демонстрировать элементы «интеллектуального» поведения», — объясняет руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии ФТФ ТГУ Николай Савченко.
Томский проект уникален тем, что ученые испытывают материалы в условиях, максимально приближенных к реальным. Они разгоняют стальной диск до скорости 37 м/с и прижимают к нему образец керамики. Из-за трения поверхность мгновенно нагревается выше 1000°C. Большинство научных лабораторий мира так не делают — они изучают керамику в статике или при низких скоростях.
Исследователи работают со сложным составом: шестикомпонентный диборид (титан, цирконий, ниобий, гафний, тантал, вольфрам) плюс карбид кремния. Раньше на факультете уже экспериментировали с более простой керамикой и доказали, что механизм работает: при трении появлялся стекловидный слой, который снижал трение в разы и закрывал трещины.
Проект рассчитан на 2026–2027 годы и получил грант Российского научного фонда. Если все получится, такие композиты можно будет использовать в гибридных подшипниках — со стальными обоймами и керамическими шариками. Они смогут работать без смазки там, где обычные механизмы быстро выходят из строя.
