Разработан новый медный сплав без токсичных компонентов

Разработан новый медный сплав без токсичных компонентов

Ученые НИТУ "МИСиС" совместно с коллегами из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН разработали технологию, которая позволит отказаться от использования токсичного порошка бериллия в производстве бронзы для применения в устройствах микроэлектроники и высокоточной сенсорики, таких как датчики движения и вибрации. Статья опубликована в журнале Journal of Alloys and Compounds.

На сегодняшний день для изготовления проводящих контактов в микроэлектронике и высокоточной сенсорике широко применяется бериллиевая бронза (сплав медь-бериллий). Медь обладает отличной электропроводностью, а добавка бериллия повышает пластичность материала, он становится более ковким и устойчивым к износу. Однако порошок бериллия токсичен в производстве - при вдыхании он может вызывать отравление и хронические болезни. В качестве альтернативы используют титановую бронзу (сплав медь-титан) - этот сплав не токсичен, также износоустойчив, но имеет низкую электропроводность.

Коллектив ученых НИТУ "МИСиС" совместно с коллегами из Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН предложили способ повышения электропроводности титановой бронзы при сохранении ее высоких механических свойств.

"Медно-титановые бронзы даже прочнее бериллиевых. Эта прочность обусловлена старением пересыщенного твердого раствора титана в меди. Но остаточный титан, растворенный в медной матрице, существенно снижает электрическую проводимость материала. Поэтому нашей задачей было исключить титан из медной матрицы, сохранив при этом механические свойства материала. Мы знали, что многие научные коллективы пытались добиться такого эффекта, обжигая сплав в атмосфере водорода. Однако проводимость была все равно недостаточно высокой", - рассказывает автор работы, инженер научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза НИТУ "МИСиС" Степан Воротыло.

На этот раз ученые пошли другим путем: они добавляли водород сразу, а не в процессе отжига. В планетарной мельнице вводили в порошок меди частицы гидрида титана TiH2. Далее проводилось горячее прессование смеси, при котором происходило разложение TiH2 на титан и водород с образованием упрочняющих керамических наночастиц медно-титанового оксида Cu3Ti3O. В результате получился материал с довольно высоким уровнем прочности (920 МПа; в два раза выше, чем у нержавеющей стали; в 1,5 раза выше, чем у алюминиевой бронзы) и электропроводности (42% от электропроводности чистой меди). Для сравнения, в работах других коллективов результат не превышал 30%.

Кроме того, благодаря низкой теплопроводности разработанный материал особенно перспективен для использования в термоэлектрических приборах и установках, таких как холодильные элементы и высокотемпературные солнечные концентраторы (солнечные башни).

Справка о НИТУ "МИСиС"

НИТУ "МИСиС" - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ "МИСиС" также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по 13 направлениям, входя в топ-100 в категориях "Инжиниринг-Горное дело" (рейтинг QS) и "Инжиниринг-Металлургия" (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ "МИСиС" в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ "МИСиС" к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации: материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нанотехнологий и ИТ. В состав университета входит 10 институтов, 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В НИТУ "МИСиС" учится более 22 000 обучающихся из 81 страны мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. НИТУ "МИСиС" успешно реализует совместные проекты с крупнейшими высокотехнологичными компаниями России и мира.