Российские и китайские ученые-химики спрогнозировали появление нового материала с исключительной твердостью, который может найти применение в буровых работах, машиностроении и смежных отраслях.
Предсказанный исследователями новый борид вольфрама по своим свойствам превосходит применяемый ныне в этой области материал — победит. Результаты исследования опубликованы в научном журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.
Высокотвердые материалы востребованы в различных отраслях: бурении, машиностроении, металлообработке, оборонной промышленности, хирургии и других сферах. Несмотря на то, что алмаз является самым твердым известным веществом, его применение в некоторых случаях экономически нецелесообразно. Буровые головки для буровых установок уже много лет делают из материала победита (данный материал представляет собой композит карбида вольфрама с кобальтом, включающий в себя вкрапления синтетических алмазов.
Победит был разработан в 1930-х годах и получил свое название во время Великой Отечественной войны, поскольку из него делали наконечники противотанковых снарядов. За прошедшие 80 лет не было найдено материала, способного конкурировать с победитом. Более твердые соединения либо требуют высокого давления при синтезе, либо характеризуются значительно меньшей устойчивостью к образованию трещин.
Ученые из Сколтеха во главе с профессором Артемом Огановым использовали разработанный им эволюционный алгоритм USPEX предсказали новый материал, который можно синтезировать при нормальном давлении и который может успешно конкурировать с победитом по двум самым важным параметрам — твердости и трещиностойкости.
Несмотря на то, что по второму пункту новый материал уступает победителю, проигрывая ему на 20%, его твердость на 50% выше. Новым материалом оказался WB 5, ранее неизвестное вещество. WB5 можно легко получить в нормальных условиях. Исследование выполнено в рамках масштабного проекта компании «Газпром нефть», направленного на создание новых материалов для буровых технологий.
«Перед тем, как найти этот материал, мы провели компьютерное исследование множества систем, прогнозируя образование стабильных химических соединений и определяя их характеристики. Полученные вещества оказались любопытными, однако они не могли сравниться с побегитом. В определенный момент даже возникла мысль, что нам не удастся превзойти побегит, и не случайно этот материал сохранял свои позиции на рынке почти столетие. И вдруг забрезжил свет на горизонте. и мы нашли уникальное соединение — WB 5 », — поясняет глава исследовательской группы Артем Оганов.
«Александр Квашнин, первый автор исследования, отмечает, что соединение вольфрам-бор было подвергнуто обширным экспериментальным и теоретическим исследованиям, и удивительно, что оно не было идентифицировано ранее.