Proszek, który podbije kosmos

Metoda ma pozwolić na znacznie szersze zastosowanie tego materiału, np. w przemyśle lotniczym czy kosmicznym.

Materiał fazy MAX jest znany w środowisku naukowym od ok. 20 lat, jednak na razie nie był wytwarzany na szeroką skalę. Jego produkcja była bardzo kosztowna, a dostępne technologie nie gwarantowały otrzymania czystego materiału.

Faza MAX to nazwa wysoko zaawansowanych materiałów, które mają postać nanolaminatów, czyli materiałów warstwowych w skali atomów. Naprzemienne połączenie warstw charakterystycznych dla metali oraz materiałów ceramicznych sprawia, że zyskują najlepsze cechy obu tych grup materiałów, a jednocześnie nią mają ich wad.

Fazy MAX wytwarzane są postaci proszków lub spieków, a następnie obrabiane tak, aby uzyskać zaprojektowany element. Cechują się wyjątkowo atrakcyjnymi właściwościami: wytrzymują niezwykle wysokie temperatury, są odporne na korozję, utlenianie, tarcie, promieniowanie rentgenowskie i wiele innych, przez co znajdują zastosowanie w bardzo wymagających miejscach i gałęziach przemysłu.

Nowa technologia opracowana w Łukasiewicz - PIT pozwala uzyskać fazy MAX szybciej i taniej. Proces ich produkcji jest o 90 proc. krótszy, odbywa się przy o 20 proc. niższej temperaturze niż dotychczas, a mimo tego zużywa o 80 proc. mniej energii.

W skali laboratoryjnej pozwala na wytworzenie kilkuset gramów gotowego materiału w czasie około dwóch godzin. Uzyskanie takiej wydajności, jak podkreślają twórcy nowej metody, umożliwia przeniesienie produktu do komercyjnej sprzedaży.

„Jest on ciekawy i innowacyjny. Zawiera w sobie to, co najlepsze w ceramice i metalu. Dobrze przewodzi prąd i ciepło, jest odporny na wysoką temperaturę, ma wysoką twardość i wytrzymałość na ściskanie” - wymienia dr hab. inż. Dariusz Garbiec, zastępca dyrektora Łukasiewicz – PIT i twórca nowej metody wytwarzania materiału.

„Nie jest jednak kompozytem. Ma strukturę warstwową: to taka nanokanapka złożona z warstw atomów, z wiązaniami metalicznymi, ale też kowalencyjnymi” - dodaje.

Wyjaśnia, że do opracowania nowej metody przyczyniła się pandemia. Naukowcy z Łukasiewicz - PIT zamówili materiały fazy MAX na potrzeby własnych badań, jednak produkt, który otrzymali, nie był czysty (zawierał tylko ok. 30 proc. fazy MAX) i nie spełniał ich wymagań. Postanowili więc wytworzyć go sami – w ich materiale ilość fazy MAX wzrosła do 80 proc., a przy okazji okazało się, że nowa metoda jest prostsza, szybsza i tańsza od tych, które były wykorzystywane do tej pory.

Materiał ma postać proszku w kolorze grafitowym. Występuje też jako spiek w postaci walca, który podczas obróbki może przybrać dowolny kształt. Ze względu na swoje właściwości może być wykorzystywany w ekstremalnych warunkach, np. w rakietach, samolotach czy kolejach dużych prędkości. Można wytwarzać z niego elementy budowy maszyn, np. dysze do silników, zawory, łączniki; można też robić powłoki.

Faza MAX z Łukasiewicz-PIT przeszła już testy, które dopuściły ją do stosowania w technologiach kosmicznych. Może być wykorzystana m.in. w przyszłej europejskiej rakiecie.

Obecnie jeden kilogram proszku kosztuje 7 tys. zł.

„Złożyliśmy już zgłoszenie patentowe. Prowadzimy też rozmowy z potencjalnymi inwestorami – mówi dr Garbiec. – W naszym laboratorium możemy wytwarzać 2-3 kg proszku miesięcznie. Chcemy uruchomić linię technologiczną, która pozwoli nam na rozszerzenie produkcji”.

Badacz zaznacza, że materiał fazy MAX to nie jest jeszcze skończony projekt. Faza MAX jest bowiem grupą atomów, które mogą przybierać dziesiątki rozmaitych kombinacji. W Łukasiewicz – PIT prowadzone są więc dalsze badania nad kolejnymi materiałami tej fazy.

Katarzyna Czechowicz

kap/ bar/