Статья посвящена памяти выдающегося российского ученого – академика В.Н. Анциферова, внесшего значительный вклад в науку о материалах. Рассказывается об этапах становления ученого, истории создания крупнейшего в России Научного центра порошкового материаловедения как «школы Анциферова», о деятельности В.Н. Анциферова как директора этого Центра, профессора, заведующего кафедрой технического университета, академика РАН. Освещены важнейшие научные разработки ученого и руководимого им коллектива в области порошковой металлургии и материаловедения для авиакосмического комплекса, машино- и приборостроения, нефтедобычи и других отраслей промышленности.

Исследованы нанопорошки систем ZrO₂–Y₂O₃–CeO₂ и ZrO₂–Y₂O₃–CeO₂–Al₂O₃ с целью изучения влияния pH дисперсионной среды на растворимость частиц нанопорошков сложного состава в водной среде после мембранной фильтрации и центрифугации для получения в дальнейшем стабильных дисперсий, необходимых для токсикологических исследований наночастиц. Методом оптической эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой измерены концентрации элементов, оставшихся в супернатанте после пробоподготовки, включающей в себя мембранную фильтрацию и центрифугацию. Установлено, что наибольшей агрегативной устойчивости дисперсии нанопорошка без добавки Al₂O₃ соответствует оптимальный диапазон pH = 5,5÷9,5, а с добавкой Al₂O₃ – область pH = 7,0. Полученные результаты свидетельствуют, что при диспергировании данных порошков происходит образование гидрозоля оксогидроксида иттрия, который растворяется при pH < 6,0. При растворении в воде порошка с добавкой Al₂O₃ в нейтральной среде образуется гидроксид алюминия, в кислой (pH < 6) – его заменяют основные растворимые соли алюминия, а в щелочной (pH > 7) – амфотерный гидроксид алюминия растворяется из-за образования алюминатов.

Дан обзор результатов применения порошковой технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) для получения разнообразных наноматериалов, которые могут быть использованы по триботехническому назначению. Во-первых, это недорогие нанопорошки сульфидов, оксидов, нитридов, карбидов, боридов и металлов, которые пригодны в качестве твердых смазок и модификаторов трения для жидких и пластичных смазочных материалов. Во-вторых, это твердые компактные наноструктурные керамические и композиционные материалы для изготовления триботехнических конструкций. Данный вид наноматериалов может быть получен как ex situ из СВС-нанопорошков спеканием или введением в расплав, так и in situ в одну стадию из исходных порошковых реагентов методами газостатной СВС-технологии, силового СВС-компактирования, СВС-литья, СВС в расплаве, что значительно упрощает и удешевляет производство таких материалов. В-третьих, это материалы СВС для нанесения наноструктурных покрытий различной толщины с высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения: наноструктурные материалы для наплавки и напыления, электроды для электроискрового легирования, многокомпонентные мишени для магнетронного распыления и катоды для вакуумно-дугового испарения, нанодисперсные наполнители электрохимических и химических покрытий.

Представлены результаты исследования механизма азотирования комплексного сплава – ферросиликоалюминия – в изотермических и неизотермических условиях. Показано, что процесс азотирования ферросиликоалюминия является сложным и многостадийным. Установлено, что при азотировании ферросплава первичным продуктом является AlN, затем синтезируется Si3N4 и образуются твердые растворы на основе Si₃N₄. Изучено влияние основных параметров самораспространяющегося высокотемпературного синтеза на скорость и степень азотирования ферросиликоалюминия. Выявлены критические параметры процесса горения.

В приближении модели регулярных растворов проведено моделирование поверхности ликвидус в квазитройных эвтектических системах SiC–B₄C–Me^dB₂ (где Me^dB₂ – CrB₂, VB₂, NbB₂, TaB₂, TiB₂, ZrB₂, HfB₂, W₂B₅) на основании экспериментальных данных о граничных системах и индивидуальных соединениях. Выполнено сравнение расчетных данных с экспериментальными. Проанализированы закономерности строения диаграмм состояния систем SiC–B₄C–Me^dB₂. Отмечено закономерное снижение концентрации диборида в тройной эвтектике с ростом его температуры плавления. Построены корреляционные зависимости между температурой эвтектики и температурой плавления: t_эвт = f(t_пл ^MedB2), энтальпией образования диборида: t_эвт = f(ΔH_f ^MedB2). Характер зависимостей близок к наблюдавшимся ранее аналогичным зависимостям в граничных квазибинарных системах SiC–Me^dB₂ и B₄C–Me^dB₂. На основании анализа строения и параметров анализируемых систем сделан вывод о перспективности разработки на основе рассмотренных систем широкого спектра конструкционных и функциональных керамических материалов и покрытий, получаемых «свободным» спеканием, а также импульсными методами нагрева и консолидации.

.

Проведены термодинамические расчеты структурно-фазового равновесия в системе Ti–Si–C при температурах 1100– 1400 °C CALPHAD-методом. Представлены расчетные фазовые диаграммы данной системы. Установлено, что 100 % фазы Ti3SiC2 образуется при стехиометрическом соотношении компонентов. При отклонении содержания углерода или кремния в системе появляются карбид титана, дисилицид титана или карбид кремния. В исследованном температурном диапазоне температура практически не влияет на фазовый состав. Проведено сравнение расчетных данных с экспериментальным определением фазового состава образцов указанной системы после плазменно-искрового спекания механоактивированной порошковой композиции. На практике температура процесса и продолжительность высокотемпературной выдержки значительно влияют на фазовый состав конечного продукта, что связано с ограниченной скоростью твердофазных реакций при синтезе соединений. Полученные образцы имеют размер зерна 1–5 мкм и твердость 4–15 ГПа в зависимости от фазового состава.

Методами электронной микроскопии, рентгенофазового и энергодисперсионного анализов исследовано формирование структуры и свойств при инфильтрации, свободном и плазменно-искровом спеканиях в порошковых материалах «Cu – (12,5÷37,5 об.%) Ti₃SiC₂». Установлена независимость фазового состава композиционных материалов (КМ) от метода спекания и температуры в интервале 900–1200 °С. Особенностями формирования структуры КМ при спекании являются деинтеркалирование кремния из карбосилицида титана, образование твердого раствора углерода на базе силицида титана Ti₅Si₃(С), небольших количеств карбида титана, карбида кремния и силицида TiSi₂. Увеличение концентрации Ti₃SiС₂ в КМ приводит к некоторому снижению электропроводящих свойств, но значительному повышению твердости, прочности и электроэрозионной износостойкости электродов из КМ для электроэрозионной прошивки.

Методом дублирования полимерной матрицы получены высокопористые проницаемые материалы из нанопорошков диоксида циркония, стабилизированного 2, 3 и 7 мол.% оксида иттрия. Показано, что поверхность образцов имеет сложный рельеф, образованный спеченными агломератами порошков, полученными в результате агломерационной обработки. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния установлено, что фазовый состав поверхности материалов идентичен фазовому составу исходных нанопорошков и во всех исследованных случаях представлен только тетрагональной модификацией. Показано, что при нанесении никеля (активного каталитического компонента) из растворов нитрата никеля или осаждением металлического никеля на поверхностях ZrO₂, стабилизированного 3 мол.% Y₂O₃, появляется моноклинная модификация. На поверхности высокопористых образцов из ZrO₂, стабилизированного 2 и 7 мол.% Y₂O₃, идентифицируется только тетрагональная модификация. С помощью операции разложения пиков зафиксирован сдвиг интегральной интенсивности пиков в сторону линий, характерных для моноклинной модификации.

Изучены особенности процесса получения, структуры и свойств пористых проницаемых материалов, изготовленных из волокна и проволоки марки ВТ1-0. Показана их перспективность для медицины, в частности для замещения костных дефектов. Эти материалы позволяют в широких пределах варьировать пористость и связанные с ней физико-механические свойства, максимально приближаясь к характеристикам костной ткани, обеспечивают условия для ее прорастания в поровое пространство, пластичны и не склонны к выкрашиванию.

Проведена оценка термической стабильности многослойных наноструктурных покрытий путем анализа диффузионной подвижности компонентов слоев. Подробно изучена возможность повышения термической стабильности многослойных покрытий на основе взаиморастворимых слоев Ti–Al–N и Cr–N за счет введения в многослойную наноструктуру дополнительного барьерного слоя на основе Zr–N. Рассчитанные значения коэффициентов диффузии основных металлических элементов покрытия в соответствующие нитридные слои при нагреве в интервале температур 800–1000 °С свидетельствуют об отсутствии заметного диффузионного размытия границ слоев при наличии барьерного слоя на основе Zr–N. Так, при его введении их значения снижаются (при t = 1000 °С получено, см²/с: D_Cr/TiN = 5·10^–17, D_Cr/ZrN = 2·10^–18, D_Ti/Cr2N = 9·10^–18, D_Ti/ZrN = 3·10^–18). Физико-механические свойства покрытий не изменяются при их отжиге в вакууме при t < < 900 °С, при дальнейшем повышении температуры отжига свойства покрытий заметно снижаются, что обусловлено деградацией многослойной структуры покрытий в процессе их отжига.

Методом магнетронного распыления получены наноструктурированные многокомпонентные покрытия TiCaPCON–B c содержанием бора 7,4–15,0 ат.%. Показано, что все элементы равномерно распределены по толщине покрытий. Покрытия TiCaPCON–B имеют плотную колонную структуру с поперечным размером колонн менее 80 нм. Установлено, что введение бора приводит к изменению фазового состава покрытий, однако не оказывает существенного влияния на их морфологию. Основу покрытий TiCaPCON–B составляют фазы Ti(C, N), TiB₂, BN и свободный углерод. Исследование механических свойств показало, что покрытия обладают относительно высокой твердостью (20–24 ГПа) и низким модулем упругости (213–231 ГПа). Они характеризуются гидрофильными свойствами, которые сохраняются в течение 24 ч выдержки на воздухе. В зависимости от содержания бора в покрытии, скорость его выхода в физиологический раствор составляет 17–24 мкг/(л·см²·сут). В экспериментах in vitro наблюдалось улучшение остеогенных характеристик покрытий с содержанием бора 12,7–15,0 ат.% на 30–40 % по сравнению с титаном.