Выдающееся достижение в области материаловедения продемонстрировали специалисты НИТУ МИСИС совместно с АО «НИИЭФА», создав инновационный биметаллический материал с применением передовых аддитивных технологий. Разработанные композиты, сочетающие вольфрам и медь, обладают улучшенными характеристиками и предназначены для использования в компонентах термоядерных установок, контактирующих с плазмой (КОП). Исследования подтвердили, что новый материал не только соответствует характеристикам традиционных аналогов, но и превосходит их по эффективности теплоотвода и термоциклической стойкости благодаря инновационному дизайну структуры.
Алевтина Черникова, возглавляющая Университет МИСИС, подчеркнула выдающиеся достижения вуза: «Наш университет заслуженно занимает лидирующие позиции в сфере материаловедения, входя в сотню ведущих мировых вузов по данному направлению согласно рейтингу QS. Талантливая команда под руководством перспективного ученого Станислава Чернышихина успешно разработала уникальный композиционный материал для отечественных термоядерных реакторов».
Вольфрам зарекомендовал себя как незаменимый материал для элементов, взаимодействующих с плазмой, благодаря исключительным свойствам: сверхвысокой температуре плавления, устойчивости к физическому распылению и минимальному удержанию водородных изотопов. Традиционная обработка вольфрама затруднена его высокой твердостью и хрупкостью. Стандартные методы порошковой металлургии ограничены в создании сложных форм, что приводит к простым многослойным конструкциям КОП. Инновационное решение найдено в аддитивном производстве, позволяющем создавать изделия любой сложности, включая пористые структуры с настраиваемыми характеристиками.
Станислав Чернышихин, руководитель лаборатории, отмечает: «Разработка передовых методов производства вольфрамовых компонентов имеет колоссальное практическое значение. Технология селективного лазерного плавления открывает широкие возможности для создания высокоточных деталей сложной конфигурации. Несмотря на технологические вызовы, связанные с экстремальной температурой плавления и риском образования дефектов, нам удалось достичь впечатляющих результатов».
Благодаря углубленному изучению процессов лазерного синтеза вольфрама исследователи достигли выдающегося показателя плотности образцов — 96,7%. Инновационный подход включал создание биометаллического материала через формирование волнообразных гироидных структур вольфрама с последующей инфильтрацией меди при температуре 1350°C под постоянным контролем. Тщательное исследование процессов смачивания и пропитки позволило определить идеальные параметры инфильтрации.
Результаты механических испытаний превзошли ожидания — композит продемонстрировал исключительную пластичность, выдерживая деформацию до 35% без разрушения. Совместные исследования температуропроводности при температурах до 800°C выявили оптимальный баланс между размером структурных элементов, теплопроводностью и прочностными характеристиками.
«Следующий этап нашей работы — создание полномасштабных прототипов КОП и проведение циклических испытаний под тепловой нагрузкой в условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации в термоядерных установках», — поделился планами Станислав Чернышихин.
Полное описание инновационной разработки представлено в престижном научном издании International Journal of Refractory Metals and Hard Materials (Q1).
