Химики Университета Лобачевского разработали способ получения плотной инфракрасно-прозрачной композитной керамики Y2O3-MgO методом микроволнового спекания. По прочности материал может конкурировать с лучшими однофазными оптическими материалами. Оптическое пропускание в среднем инфракрасном диапазоне, высокая теплопроводность и микротвердость делают керамику особенно перспективной для использования в оборонной промышленности. Например, её можно применять в производстве аэрокосмических аппаратов, которые работают в условиях интенсивных тепловых и механических нагрузок, в частности, для создания обтекателей ракет с тепловым наведением.
«Главным успехом можно считать применение метода СВЧ-нагрева для получения композитных ИК-прозрачных материалов. СВЧ-спекание обладает рядом уникальных характеристик: однородное температурное поле, возможности нагрева в ультрабыстрых или flash-режимах (более 100 град/мин), отсутствие нагревательных элементов, позволяющее получать чистые материалы и варьировать атмосферу спекания.
Еще одно преимущество СВЧ-нагрева — его производительность. Это особенно важно при масштабировании технологии, когда речь зайдет о получении крупногабаритных изделий. На сегодняшний день аналогов полученных нами материалов нет в российской промышленности», — сообщил автор исследования, заведующий лабораторией оптических керамических материалов ННГУ Дмитрий Пермин.
По словам ученых, сложность получения ИК-композитов — в их микроструктуре. Единственная возможность сделать композит прозрачным — уменьшить размер зерен по сравнению с длиной волны излучения в 10-20 раз. Например, при длине волны два мкм прозрачным будет композит с размером зерен 100 нм. Добиться нужных соотношений получилось благодаря СВЧ-спеканию на гиротронных комплексах в Институте прикладной физики РАН. Это высокотехнологичные СВЧ-генераторы, которые позволяют реализовывать уникальные режимы спекания керамических материалов.
Исходные нанопорошки были получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Такие порошки имеют характерную губчатую структуру с наноразмерными стенками, что, на ряду с методом спекания, позволило обеспечить высокую плотность и пропускание инфракрасного излучения керамических образцов Y2O3-MgO.
Проект состоялся благодаря сотрудничеству ученых химического факультета ННГУ, Института химии высокочистых веществ РАН и Института прикладной физики РАН. Исследования проходили при грантовой поддержке Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.