Sviluppato un metodo per sintetizzare il titanio

Gli scienziati dell'Università Federale degli Urali (UrFU) e dell'Istituto di elettrofisica della filiale degli Urali dell'Accademia russa delle scienze hanno sviluppato un metodo per sintetizzare rivestimenti nanocompositi a quattro componenti. Viene utilizzato per proteggere i motori a turbina a gas, nella costruzione di aerei e macchine, nella lavorazione dei metalli e nella biomedicina. Il nuovo approccio non richiede alte temperature, attrezzature o materiali aggiuntivi e consente di ottenere rivestimenti con le caratteristiche richieste.I risultati sperimentali e la descrizione del metodosono stati pubblicati sulla rivista Membranes.

I rivestimenti nanocompositi a base di titanio, silicio, carbonio e azoto sono promettenti per l'uso come rivestimenti protettivi resistenti all'usura grazie al loro insieme unico di proprietà. Oggi tali rivestimenti a quattro componenti vengono sintetizzati utilizzando numerosi metodi fisici e chimici, ma presentano degli svantaggi. E gli scienziati hanno proposto il metodo della decomposizione chimica del plasma, che mostra i migliori risultati nell'ottenimento dei rivestimenti finali.

"Rispetto al metodo dell'arco sotto vuoto, il vantaggio è l'assenza di microgocce che degradano la qualità dei rivestimenti. A differenza dello sputtering con magnetron, il nostro metodo fornisce tassi di deposizione più elevati, un'elevata densità di flusso ionico necessaria per formare rivestimenti densi e di alta qualità. Se Se lo confrontiamo con il metodo chimico, il vantaggio è l'uso di componenti rispettosi dell'ambiente e della salute, convenienti ed economici. Il vantaggio principale del metodo, a nostro avviso, è la possibilità di controllare in modo indipendente e in un ampio intervallo quasi tutti condizioni di sintesi e, di conseguenza, la composizione e le proprietà dei rivestimenti ottenuti, che consentono di ottenere film con le caratteristiche richieste", afferma Andrey Menshakov, ricercatore presso l'UrFU e la filiale degli Urali della RAS.

Il nuovo metodo è relativamente semplice da implementare: per creare un mezzo attivo multicomponente viene utilizzato solo un dispositivo a scarica di gas con un catodo cavo e un anodo attivo. Questo metodo di deposizione non richiede strutture separate e sistemi di ionizzazione e filtraggio perché il flusso del metallo evaporato non contiene goccioline che disturbano la struttura del rivestimento.

"La struttura nanocomposita di un tale rivestimento è generalmente una matrice amorfa con nanocristalli incorporati al suo interno. Per ottenere rivestimenti nanocompositi multicomponente, utilizziamo precursori di organosilicio: liquidi volatili a bassa tossicità contenenti legami silicio-carbonio e silicio-azoto che partecipano a reazioni che portano a la formazione della struttura finale. Per sintetizzare una fase nanocristallina costituita da cristalli titanio-azoto, titanio-carbonio o titanio-carbonio-azoto, aggiungiamo titanio all'ambiente del gas precursore mediante la sua evaporazione mediante flusso di elettroni dal plasma. Pertanto, creiamo un ambiente attivo di vapore e gas costituito dai prodotti della decomposizione delle molecole di organosilicio e del vapore di titanio, e i componenti di questa miscela formano un rivestimento sulla superficie trattata", spiega Menshakov.

I ricercatori sottolineano che le aziende che dispongono della necessaria tecnologia di produzione stanno ora creando impianti per l'applicazione di tali rivestimenti protettivi per diverse imprese. L'utilizzo del nuovo metodo può migliorare l'efficienza energetica degli impianti esistenti, nonché la qualità dei film risultanti. Quando si determinano i requisiti specifici per ottenere rivestimenti, ad esempio, su prodotti medici o utensili da taglio, è necessario selezionare individualmente le condizioni di sintesi che aiuteranno a ottenere rivestimenti con le caratteristiche necessarie. Ora gli scienziati stanno lavorando proprio su questo compito, ovvero sintetizzare rivestimenti con le proprietà meccaniche e fisico-chimiche richieste.

- Questo comunicato stampa è stato originariamente pubblicato sul sito web dell'Università Federale degli Urali