Молодым учёным из НИТУ «МИСиС» впервые удалось синтезировать новую MAX-фазу с добавкой ванадия и железа.
Новый состав придаст MAX-фазе дополнительные магнитные характеристики.
Полученный материал будет применяться в передовых областях спинтроники и микроэлектроники.
MAX-фаза — новый искусственный класс тугоплавких материалов, предсказанный и исследуемый с 2013 года. Материал обладает необычным сочетанием химических, физических, электрических и механических свойств, особенной слоистой структурой и уникальным сочетанием свойств металла и керамики. Общая формула MAX-фазы — Mn+1AXn, где М — переходный металл, А — элемент IIIA или IVA подгруппы периодической системы, Х — углерод или азот.
Уникальное атомно-слоистое строение кристаллической решетки определяет специфический набор свойств этих материалов. MAX-фазы обладают удивительными свойствами, сочетающими достоинства металлов и керамики: эластичную жесткость, устойчивость к химическим воздействиям, тепло- и электрическую проводимость, низкий удельный вес, высокий модуль упругости, низкий коэффициент теплового расширения, высокую тепло- и жаростойкость.
Материалы относительно мягкие и легко поддаются обработке. Материал устойчив к термическому удару и повреждениям. Некоторые представители МАХ-фаз устойчивы к усталостному разрушению и окислению. При комнатной температуре их можно сжимать до 1 ГПа, после снятия нагрузки материал полностью восстанавливается, рассеивая примерно 25 % механической энергии по принципу сжатия карточной колоды. При более высоких температурах для этих материалов характерен переход от хрупкого к пластическому поведению.
Исследования МАХ-фаз находятся на начальном этапе, полное понимание общих магнитных свойств этих атомно-слоистых материалов пока отсутствует. Известно, что магнитные свойства материалам придают поздние переходные металлы. Синтез МАХ-фаз с включением таких элементов — сложная научно-экспериментальная задача, так как они не являются основополагающими для структуры данных материалов.
Коллективу удалось впервые в мире получить магнитную МАХ-фазу с железом как поздним d-элементом. Растворимость железа составила 10%, ранее в литературе сообщалось о возможности растворения только 0,3-0,5%, что было в пределах погрешности эксперимента и не внушало доверия. Найдены параметры синтеза, позволяющие получить достаточно стабильные магнитные МАХ-фазы.
Благодаря многократным синтезам материала при разных температурах и времени плазменно-искровым способом с изучением фазового состава, структуры и предела растворимости, а также детальному анализу экспериментальных результатов и выявлению кинетики процессов спекания в сложных карбидных системах стало возможным получение МАХ-фаз с железом в структуре.
Возможные сферы использования магнитных МАХ-фаз сейчас простираются от магнитного охлаждения до современных спинэлектронных приборов и устройств.
Свойства этих уникальных материалов позволяют создавать принципиально новые направления использования, например, в технологиях высокоэффективных двигателей, устойчивых к повреждениям тепловых систем, повышающих усталостную стойкость и удержание жесткости при высоких температурах. Материалы могут использоваться для производства особо жестких и термостойких огнеупоров, высокотемпературных нагревательных элементов (спирали печей), покрытий для электрических контактов, устройств и механизмов ядерной промышленности, устойчивых к жесткой радиации.
