Gli scienziati dei materiali di NUST MISIS e l'Istituto Merzhanov di macrocinetica strutturale e scienza dei materiali hanno sviluppato un nuovo metodo per la produzione di materiali a strati MAX sfusi che combinano le proprietà dei metalli e della ceramica. Attraverso metodi di sintesi ad alta temperatura autopropagante e deformazione di taglio ad alta temperatura, è stato possibile ottenere campioni sufficientemente grandi di carburo di titanio e alluminio misti, che in futuro potranno essere utilizzati come elementi riscaldanti ad alta temperatura, secondo il documento di ricerca pubblicato in Ceramica Internazionale .

Nonostante il fatto che le persone producano e lavorino con materiali ceramici da circa 30, 000 anni, gli scienziati stanno ancora sviluppando nuovi metodi per la sua produzione. Le fasi MAX sono materiali ceramici stratificati che contengono tre elementi nella loro composizione:M-metallo (il più delle volte le tesi sono elementi di metalli di transizione), A—metallo/non metallo (di regola, questi sono elementi del 13° e 14° gruppo, cioè 3A o 4A, in una versione a breve termine della tavola periodica), e X—azoto o carbonio. I nitruri o carburi risultanti hanno la formula comune Mn+1AXn (n essendo da uno a tre), e hanno una struttura a strati esagonali, acquisendo così una combinazione piuttosto insolita di proprietà fisiche.

Queste sostanze hanno proprietà sia dei metalli che della ceramica. In particolare, hanno un'elevata conducibilità elettrica e termica, ma resistenza agli sbalzi di temperatura e ai carichi meccanici significativi. I materiali di questa famiglia sono stati ottenuti per la prima volta negli anni '60, ma gli scienziati hanno iniziato a studiarli solo nell'ultimo decennio. Recentemente, sono stati sviluppati metodi per ottenere questi materiali, i più popolari dei quali sono la deposizione chimica o fisica da vapore, sinterizzazione al plasma a scintilla, e pressatura isostatica a caldo. I materiali sono spesso sintetizzati sotto forma di piccoli campioni, quindi è necessario un compito tecnologico separato basato sulla fase MAX per ottenere il materiale alla rinfusa. Per questo scopo, vengono utilizzate varie opzioni per la sinterizzazione dei materiali in polvere, ma tutti i metodi esistenti o sono tecnologicamente troppo complessi e quindi costosi, o richiedono diverse fasi lunghe per aumentare la densità dei materiali inizialmente porosi, che non consente agli scienziati di ottenere una quota sufficiente della fase MAX nel materiale finale.

Il team di ricerca di NUST MISIS guidato da Denis Kuznetsov, un dottorando in scienze tecniche, ha proposto un nuovo metodo di sintesi di fase MAX a stadio singolo con una composizione di Ti ₃ AlC ₂ —un materiale promettente per l'uso come elemento riscaldante ad alta temperatura. Per ottenerlo, gli scienziati hanno utilizzato una combinazione di sintesi ad alta temperatura autopropagante e deformazione di taglio sotto pressione. I ricercatori hanno anche confrontato due metodi di pressatura:pressatura per estrusione, durante il quale la polvere è stata spremuta in una forma speciale, creando elementi a bastoncino, e compressione uniassiale, in cui la polvere pressata veniva semplicemente spremuta quando riscaldata, trasformandolo in piatti. La temperatura era di circa 1700 gradi Celsius durante la pressatura, e l'intero processo è durato dai 20 ai 25 secondi.

Come risultato di questo approccio proposto, gli scienziati hanno ottenuto due tipi di campioni con caratteristiche abbastanza simili. Sia in piastre che in aste, la densità ha superato il 95 per cento, rispetto al materiale in polvere, e il Ti ₃ AlC ₂ contenuto variava dal 67 all'82 percento.

Allo stesso tempo, i parametri meccanici e fisici di questo metodo superano leggermente i campioni ottenuti per estrusione:la resistenza alla compressione di tali materiali era di 720 megapascal, mentre i campioni ottenuti per compressione hanno registrato solo una resistenza alla compressione di 641 megapascal. Inoltre, i campioni hanno registrato un modulo di Young migliore:221 gigapascal a 198, e conducibilità termica:22,9 watt per metro quando riscaldato di un grado a 22,1 rispetto ai campioni di compressione.

Secondo i ricercatori, il vantaggio principale del metodo proposto è ottenere rapidamente un materiale relativamente voluminoso in una sola fase:non richiede alte temperature e lunghe ore di sinterizzazione. La quota della fase MAX nella sostanza finale è piuttosto elevata, quindi in futuro, questi materiali possono essere utilizzati in dispositivi funzionanti ad alte temperature (circa 1500 gradi Celsius), come elementi riscaldanti o rivestimenti per contatti elettrici.