Коллектив ученых Державинского под руководством д.ф.-м.н, доцента Александра Дмитриевского работает над улучшением свойств композиционной циркониевой керамики и импортозамещением этого материала в ряде изделий, в том числе медицинского назначения. Исследователи доказали, что добавление диоксида кремния обеспечивает керамике пластичность при комнатной температуре. Более того, после деформации свойства материала можно восстановить с помощью термической обработки.
Циркониевая керамика и композиты на её основе обладают уникальным сочетанием превосходных механических свойств с термической, химической и радиационной стойкостью, а также биоинертностью. Благодаря этим свойствам материал имеет широчайшую область практических приложений от жаропрочных тиглей до твердотельных топливных элементов и от имплантатов до бронеэлементов.
– Традиционная циркониевая керамика и большинство её композитов по своей природе хрупки, что накладывает соответствующие ограничения на их применение, – поясняет руководитель научной группы, д.ф.-м.н., профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики Державинского Александр Дмитриевский. – Наше решение заключается в управлении соотношением «состав-структура-свойства». Важно, что введение в керамику специальных добавок, в частности SiO₂ в строго ограниченных концентрациях, не только обеспечивает проявление пластичности при комнатной температуре, но и повышает ее прочность.
Разработка и создание новых материалов с уникальными физико-механическими свойствами, способствующими увеличению ресурса и устойчивости к внешним нагрузкам изделий из них, наиболее актуальная проблема современного материаловедения. Ученые Державинского решают эту проблему путем комбинирования материалов и создания композиционных структур, проявляющих наиболее значимые качества компонентов. На эту работу научная группа получила Державинский грант для поддержки научных коллективов.
В исследовании участвуют и молодые ученые. Один из них – инженер Центра коллективного пользования научным оборудованием ТГУ имени Г.Р. Державина (ЦКП), участник университетской программы кадрового резерва «Будущие преподаватели и исследователи» Петр Овчинников.
– Мы уже подтвердили, что путем отжига можно частично восстановить пластически деформированный образец из кремнийсодержащей циркониевой керамики, т.е. вернуть ему исходные размеры, фазовый состав и структуру, – говорит инженер Центра коллективного пользования научным оборудованием ТГУ Петр Овчинников. – Сейчас ищем оптимальный режим отжига, который позволит полностью или в большей степени восстановить керамику.
В школе Петру было интересно изучать законы, по которым «работает» мир, и он участвовал в школьных научных конференциях. В университете полностью посвятил себя науке и под руководством д.ф.-м.н., доцента Александра Дмитриевского пишет диссертацию, посвященную созданию композиционной циркониевой керамики, которая по совокупности механических свойств будет превосходить аналоги.
В целом работа ученых Державинского направлена на решение проблемы хрупкости керамик и повышения их прочности. В будущем такие керамики могут применяться в изделиях, подверженных высоким механическим и термическим нагрузкам.