Высокоэнтропийные сплавы и соединения, первые исследования которых были опубликованы в 2004 г., представляют новый класс материалов, перспективных для использования во многих технологиях и производствах. В настоящее время они включают в себя металлические сплавы на основе разупорядоченных твердых растворов, керамические материалы на основе многокомпонентных оксидов, боридов, карбидов, силицидов, нитридов и их комбинаций, а также керамико-металлические композиты. Среди методов получения высокоэнтропийных материалов, таких как кристаллизация многокомпонентных расплавов, механическое сплавление в шаровых мельницах и др., особое место занимает самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС). В обзоре представлено современное состояние исследований и разработок высокотемпературных материалов, получаемых с использованием метода СВС. Показано, что синтез металлических высокоэнтропийных сплавов методом СВС возможен только при использовании термически сопряженных реакций. Это реализуется в процессах металлотермического типа, а также в синтезе керамико-металлических композитов из элементов. Осуществление СВС тугоплавких высокоэнтропийных карбидов, нитридов, боридов и других соединений возможно и по классической схеме синтеза из элементов. При этом эффективным оказывается сочетание СВС с предварительным механическим сплавлением металлических компонентов. Для консолидации порошковых продуктов СВС чаще всего используется электроискровое плазменное спекание. Рассмотрен также метод синтеза горением растворов для получения высокоэнтропийной керамики на основе оксидов. Показано, что технология СВС в сочетании с механическим активированием, механосплавлением, электроискровым плазменным спеканием и горячим прессованием позволяет решать многие практические задачи получения разнообразных керамических, керамико-металлических и металлических материалов на основе высокоэнтропийных фаз.

Природная опока Таскалинского месторождения Республики Казахстан использована как носитель Co–Mn-катализаторов глубокого окисления СО и углеводородов. После предварительной подготовки ее образцов путем промывки водой (опока I), прокалки при температуре 500 °С (опока II), обработки HCl (опока III) или обработки HCl и прокалки при 500 °С (опока IV) на них в процессе низкотемпературного горения смеси нитратов металлов и мочевины была нанесена активная фаза (АФ) состава 5 мас. % Co + 5 мас. % Mn в пересчете на металлы. Образцы носителя и катализатора исследовались методами РФА и SEM/EDS, измерена удельная поверхность по БЭТ. Показано, что основными фазами в составе носителей и катализаторов являются различные модификации SiO₂, а также Na-, Ca- и Mg-алюмосиликаты. Компоненты АФ вследствие их низкого содержания в виде оксогидроксида кобальта и манганита калия были обнаружены только на двух образцах катализаторов. Согласно данным SEM/EDS в ходе обработки опоки и после нанесения АФ исходные наноразмерные сотовые структуры на поверхности практически полностью разрушаются. Имеет место неравномерность элементного состава на поверхности разных гранул как носителя, так и катализатора, связанная, по-видимо­му, с неоднородностью природной структуры опоки. Установлено, что по мере усложнения обработки опоки ее удельная поверхность монотонно возрастает в 3 раза – с 21,0 до 64,1 м²/г. С другой стороны, удельная поверхность катализаторов на основе этих образцов опоки изменяется нерегулярно. Испытания полученных катализаторов в процессе глубокого окисления СО и пропана в интервале температур от 150 до 540 °С выявили их достаточно высокую активность, причем наилучшие характеристики показал катализатор на основе промытой водой опоки без последующей обработки. На этом образце 100 %-ная конверсия СО была получена уже при T = 500 °С, а конверсия пропана при 540 °С достигла 97 %. Таким образом, природная опока с минимальной обработкой может служить эффективным носителем катализаторов глубокого окисления СО и угле­водородов.

Композиционная керамика из нитрида алюминия с карбидом кремния (AlN–SiC) является перспективной для применения как в металлургии и машиностроении в качестве огнеупорного и конструкционного материала с повышенными свойствами, так и в электронике и фотонике в качестве нового материала для создания соответствующих разнообразных высокоэффективных устройств. Для изготовления из нее изделий с наилучшими свойствами необходимо использовать композиции (смеси) высокодисперсных порошков AlN и SiC с размером частиц менее 1 мкм. Настоящая работа посвящена усовершенствованию простого энергосберегающего метода азидного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) композиций таких порошков из смесей порошка азида натрия (NaN₃) и элементных порошков алюминия, кремния и углерода за счет применения активирующей и карбидизирующей добавки порошкового политетрафторэтилена (ПТФЭ). При сжигании этих смесей в насыпном или прессованном виде в реакторе с давлением газообразного азота 3 МПа оценивались температура и давление, а также выход твердых продуктов горения. С применением сканирующей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа определялись микроструктура и фазовый состав продуктов горения. Применение добавки ПТФЭ позволило устранить в большинстве случаев недостатки традиционного подхода азидного СВС с использованием галоидных солей (NH₄)₂SiF₆, AlF₃ и NH₄F. При сохранении высокой дисперсности синтезированных композиций порошков AlN–SiC их фазовый состав, особенно в случае прессованных шихт, стал значительно ближе к задаваемому теоретическому составу, также существенно выросло содержание фазы SiC, исчезли нежелательные побочные фазы нитрида кремния и водонерастворимой соли криолита Na₃AlF₆.

Исследованы основные свойства композиции Si₃N₄–TiC, которые показывают перспективы использования нитридно-карбидных композиционных материалов в различных отраслях промышленности. Применен in-situ процесс получения композиционной керамики путем проведения химического синтеза нитридных и карбидных наночастиц в объеме композита, так как известно, что полученные заранее очень мелкие частицы различных фаз не могут быть равномерно распределены в объеме композита путем механического смешивания порошков (ex-situ процесс). Представлены результаты развития технологии получения композиции Si₃N₄–TiC методом азидного СВС при сжигании смесей порошков Ti, C, NaN₃ с активирующей и карбидизирующей добавкой политетрафторэтилена (C₂F₄)_n (ПТФЭ). Результаты термодинамических расчетов этих реакций показали, что адиабатические температуры достаточно высоки для реализации самоподдерживающегося режима горения. Представлены экспериментальные исследования микроструктуры и фазового состава продуктов горения. Синтезированные композиции состоят из высокодисперсных частиц равноосной формы, представляющих собой смесь наноразмерных (менее 100 нм) и субмикронных (от 100 до 500 нм) частиц карбида и нитрида титана, а также волокон нитрида кремния диаметром от 50–200 нм и длиной до 5 мкм. Применение ПТФЭ с частичной заменой углерода в составе смесей в азидном СВС позволило устранить в большинстве случаев недостатки традиционного подхода для различных соотношений целевых фаз Si₃N₄ и TiC и синтезировать высокодисперсные порошковые композиции Si₃N₄–TiC с фазовым составом, значительно более близким к рассчитанному теоретическому составу. Таким образом, рассмотренное применение метода азидного СВС позволило получить высокодисперсные композиции керамических порошков Si₃N₄–TiC и Si₃N₄–TiN–TiC.

В работе исследованы структура, пористость и проницаемость высокопористых материалов на основе нанопорошков никеля, полученных с использованием карбоната аммония в качестве порообразователя. Процесс изготовления образцов включает три технологические операции: приготовление исходных смесей нанопорошка металла с порообразователем, прессование заготовок и их спекание. Средний размер частиц порошка никеля составлял менее 100 нм. Для исследований выбраны порошки карбоната аммония с частицами размером 40–63, 100–160, 200–250 и 315–400 мкм, полученные методом ситового просева.  Объемная доля порообразователя в исходных смесях с нанопорошком никеля составляла 60, 80, 85 и 88 %, давление прессования – 300 МПа. Стадии спекания нанопорошка никеля предшествовала стадия удаления карбоната аммония из прессовки путем ее нагревания в потоке аргона до температуры 100 °C со скоростью, не превышаю­щей 1 °С/мин. Для нанопорошка никеля установлены рациональные значения температуры и времени спекания – 550 °C, 120 мин. Исследование направлено на установление влияния размера частиц порообразователя, их распределения по размеру и его объемной доли на пористость и проницаемость материала. Полученные результаты показали, что увеличение размера частиц порообразователя и его объемной доли приводит к повышению пористости и проницаемости материала. Максимальное значение достигнутой проницаемости составило 8,4·10^–12 м² у образца с пористостью 88,5 %, полученного с применением порообразователя с размером частиц 315–400 мкм. При использовании порошков порообразователя с частицами сразу двух размерных диапазонов: 40–50 и 315–400 мкм (либо 100–125 и 315–400 мкм), проницаемость ограничивается значениями, полученными на образцах с применением порошка только одной из указанных фракций. При этом проницаемость меняется нелинейно в зависимости от соотношения каждой составляющей фракции.

В работе исследовались сплавы на основе титана медицинского назначения: коммерческие марки ВТ1-0, ВТ6 и разрабатываемый сплав, мас. %: Ti–23Nb–5Zr. Поверхности всех образцов подвергались струйной обработке с применением 6 видов различных фракций песка, механической шлифовке и полировке методом галтовки, а также, дополнительно, электролитно-плазменной полировке (для сплава системы Ti–Nb–Zr). Исследовалось влияние метода поверхностной обработки титановых сплавов медицинского назначения и их химического состава на шероховатость, микротвердость, смачивае­мость поверхности и ее взаимодействие с мезенхимальными стволовыми клетками. Микротвердость поверхности определялась по схеме «микро-Виккерс» с применением алмазного индентора при различной нагрузке. Измерения шероховатости поверхности проводились с помощью контактного профилометра. Отмечено, что электролитно-плазменная полировка повышает микротвердость и шероховатость поверхности сплава по сравнению с галтовкой. Краевой угол смачивания образцов деионизированной водой измерялся при помощи специальной установки. При этом форма капли описывалась моделью эллипса по 5 точкам. Установлено, что все созданные поверхности смачиваемы, угол смачивания возрастает с понижением шероховатости поверхности, однако струйная обработка смесями с широким разбросом частиц по размеру приводит к его повышению за счет усложнения рельефа поверхности. Для изучения биологических свойств имплантатов из сплавов ВТ6, ВТ1-0 и Ti–23Nb–5Zr после указанных видов поверхностной обработки, а также их влияния на выживаемость клеток и адгезивные характеристики материалов использовался метод прямого контакта с двумя типами мезенхимальных стволовых клеток. Разрабатываемый сплав, потенциально обладающий лучшей биомеханической совместимостью, чем коммерческие, не вызвал ухудшения поверхностных характеристик и отрицательно не повлиял на жизнедеятельность клеток.

Технологии аддитивного производства, также известные как 3D-печать, находятся в фазе активного развития и набирают широкую популярность, заменяя и дополняя при этом традиционные способы производства. Особое внимание уделяется получению изделий из металлических, керамических, полимерных и композиционных материалов. Среди 7 общепринятых методов аддитивного производства отдельно выделяют экструзию материала (material extrusion – MEX), которая включает в себя технологию послойного наплавления материала (FDM). Повышенное внимание к ней объясняется доступностью оборудования и возможностью использования широкого спектра исходных материалов (от ставших классическими полимеров PLA, PETG и др. до композиционных материалов, в том числе метало- и керамонаполненных нитей). Цель настоящей работы заключалась в систематизации и обобщении существующих знаний о процессе изготовления полимер-керамических изделий с использованием керамонаполеннных филаментов. Представлен анализ основных этапов производства, выбора исходных материалов, получения филамента и процесса 3D-печати. Рассмотрены области исследований и потенциальные сферы применения.