Нижегородские химики получили новые ИК-прозрачные композитные материалы с помощью СВЧ-нагрева

Химики из ННГУ 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 микротвёрдость делают керамику особенно перспективной для использования в космической и оборонной промышленности — в производстве аэрокосмических аппаратов, работающих в условиях интенсивных тепловых и механических нагрузок, 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. Ещё одно преимущество СВЧ-нагрева — его производительность. Это особенно важно при масштабировании технологии, когда речь зайдёт 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 учёных, сложность получения ИК-прозрачных композитов — в их микроструктуре. Единственная возможность сделать композит прозрачным — уменьшить размер зёрен по сравнению с длиной волны излучения в 10—20 раз. Например, при длине волны 2 мкм прозрачным будет композит с размером зёрен 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, наряду с методом спекания, позволило обеспечить высокую плотность керамических образцов Y₂O₃—MgO и пропускание ими инфракрасного излучения.

Проект состоялся благодаря сотрудничеству специалистов 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.