Учёные ТУСУРа работают над технологией электронно-лучевого синтеза керамических композиционных материалов

Технология электронно-лучевого синтеза керамических композиционных материалов позволит получить материал высокого качества. В основе технологии – воздействие с помощью электронного пучка на смесь двух видов керамик (алюмооксидной и циркониевой), смешанных в определенных пропорциях.

В настоящее время самым распространенным способом получения композитной керамики является спекание в печах. Однако проблема в том, что длительное по времени воздействие высокой температуры в этом случае приводит к росту зёрен, что способствует снижению прочности получаемого материала.  В промышленных условиях снижения роста зерен добиваются разными добавками. В частности оксид алюминия блокирует рост зерен диоксида циркония.

Ученые ТУСУРа работают над альтернативными методами, которые позволяют сократить рост зёрен и увеличить прочность керамики. Один из них – спекание электронным пучком.

«Воздействие электронным пучком позволяет за короткое время передать керамике большую энергию и нагреть до температуры 1400 градусов. При этом за счет быстрого нагрева удается значительно уменьшить рост зерен, - отмечает Александр Климов. - Главная задача, которую предстоит решить – подобрать такой режим, чтобы мы могли нагреть весь объем керамики, причем равномерно и быстро. Если мы слишком быстро нагреем поверхность, частицы с поверхности испарятся из-за большой мощности пучка, если нагревание будет медленным, мы потеряем свое преимущество, и зерно успеет вырасти».

Сейчас ученый работает над режимом, при котором частично прогревается тигель, в котором находится керамика, а также сама керамика. Это позволяет обеспечить равномерный нагрев, снизить перепад температур между стороной, на которую попадает заряд электронного пучка и оборотной стороной. Уже сейчас ученым ТУСУРа удалось сократить время спекания до 10 минут. С учетом выдержки и охлаждения весь процесс занимает 40-50 минут, что почти в 5 раз меньше, чем процесс спекания в печи.

Еще одно преимущество, которое дает сокращение времени спекания – большая точность получаемой формы изделия.

«Чем больше размер образца, тем сложнее добиться идеальной формы – температура и время играют при этом существенную роль», - отмечает профессор кафедры физики. Он также отмечает, что в настоящее время в лабораторных условиях удалось получить образцы 20*20*20 мм.   

В планах ученого – оттачивание технологии, а также изучение свойств керамики, спеченной с помощью воздействия электронного пучка, эксперименты с её составом и режимом прессования. После завершения этого этапа, следующим шагом станет тестирование технологии на реальных предприятиях.

Область применения подобных материалов чрезвычайно широка. За счет низкой теплопроводности керамика считается отличным изолятором. Также большое распространение композиционная керамика получила в области микроэлектроники, производстве режущих инструментов, а автомобилестроении и авиационной промышленности  - там, где используются такие свойства керамики, как износостойкость, твердость, некритичность к агрессивным средам.