Отправить новость
1144 просмотра Версия для печати

Ученые ТПУ разрабатывают технологию отечественного производства прозрачной керамики для пуленепробиваемых стекол

Ученые Томского политехнического университета разрабатывают первый отечественный метод промышленного получения прозрачной керамики, которую можно будет использовать при создании пуленепробиваемых и бронезащитных стекол военной и авиакосмической техники. Разработка ТПУ позволит уменьшить вес таких стекол в два-три раза и при этом повысить их баллистическую прочность.

Фото: Алексей Хасанов демонстрирует процесс спарк-плазменного спекания керамики

Разработка ТПУ позволит достичь лучших характеристик пуленепробиваемых и бронезащитных стекол военной техники, иллюминаторов, защитных колпаков авиа- и космической техники.

«Прозрачная керамика может уменьшить вес пуленепробиваемых стекол в два-три раза. Сейчас их делают из многих стеклянных слоев. Они получаются достаточно толстыми и тяжелыми. Прозрачную керамику можно применить в качестве замены нескольких таких слоев, поскольку она гораздо прочнее стекла и не уступает ему по характеристикам прозрачности. В итоге повысится баллистическая прочность такого комбинированного стекла, оно станет легче, так как будет состоять из меньшего числа слоев, и при этом будет прочнее», — рассказывает заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологий ТПУ, директор Нано-Центра вуза Олег Хасанов.

Он отмечает, что прозрачная керамика важна сегодня для многих отраслей: оптотехники, сенсорики и сцинтилляционной техники, лазерной техники, может применяться как бронезащитый материал в комплексе со слоями пуленепробиваемых стекол.

За рубежом подобные производства уже существуют. В России же, по словам ученых, на сегодняшний день нет промышленного производства такой комбинированной брони, состоящей из стекла и керамики. Одной из проблем в этом направлении является отсутствие отечественного промышленного производства высокочистых нанопорошков с необходимыми свойствами. И задача научного коллектива ТПУ — создать первую отечественную технологию промышленного получения прозрачной керамики.

«Речь идет как о развитии новых методов спекания нанопорошков керамики, так и методов формования изделий из нее — то есть получения изделий требуемых форм и размеров, — уточняет Олег Хасанов. —

Мы согласовали развитие этой разработки совместно с Научно-исследовательским институтом технического стекла (АО "НИТС", Москва, входит в состав госкорпорации "Ростех").

Также мы обсуждаем возможности применения этой технологии в НИИ полупроводниковых приборов и на других российских предприятиях».

Различные виды изделий из нанокерамики, в том числе и прозрачную керамику, ученые  ТПУ получают на установке спарк-плазменного спекания (СПС) порошковых материалов. Керамический порошок помещается в специальную пресс-форму — токопроводящую, способную выдерживать высокие температуры и давления прессования. Далее он нагревается импульсным током до необходимой температуры и одновременно прессуется. Поэтому спекание длится быстро. За несколько минут получается стопроцентно плотная прозрачная керамика.

«На экспериментальной установке мы получаем опытные изделия небольших размеров. Однако существуют и крупногабаритные, промышленные. Для них изготавливаются специальные пресс-формы нужных размеров и форм — в виде квадрата, шестигранника и т. д. Такие специальные пресс-формы тоже разработаны в ТПУ», — объясняет инженер кафедры наноматериалов и нанотехнологий ТПУ Алексей Хасанов.

Основное отличие технологий ТПУ от аналогов — применение сухих нанопорошков керамики, не содержащих в своем составе связок и пластификатов.

Благодаря отсутствию примесей, изделия из нанокерамики получаются качественнее. Также важны оптимальные технологические режимы прессования, температуры спекания и ряд других факторов. Только учтя их все, можно получить изделия требуемого качества.

«Плотность прозрачной керамики должна составлять 100 %. Если в материале пор больше, чем 10 штук на миллион зерен вокруг, керамика будет недостаточно прозрачной; причем размер таких пор не должен быть более 10 нанометров. Не должно быть никаких искажений на границах зерен. Только тогда свет будет проходить через нее без поглощения и рассеивания», — заключает Олег Хасанов.

Отметим, керамика используется сегодня в самых различных областях: электронной, радиотехнической, оборонной, нефтегазовой, атомной, аэрокосмической, автомобильной и многих других, а также в сферах электроэнергетики и медицины. Керамические материалы имеют уникальный комплекс эксплуатационных свойств: широкий температурный диапазон применения (от космического холода до температур плазмы в соплах ракетных двигателей), заданные прочностные и электрофизические свойства.

Справка:

На базе  ТПУ реализуется стратегическая академическая единица «Космическое материаловедение». Стратегическая академическая единица (САЕ) — это междисциплинарный институт, созданный для реализации научно-исследовательских, магистерских и аспирантских программ. Приоритетные направления САЕ «Космическое материаловедение» — проектирование материалов для создания легких и надежных конструкций ракетно-космической техники нового поколения; создание оборудования и технологий нанесения радиационно стойких покрытий элементов космических аппаратов; разработка технологий аддитивного «выращивания» функциональных изделий в условиях космоса.

Заметили ошибку?
Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter