К синтезу «аэрокосмической» керамики привлекли учёных Приморья
Материал актуален в современных высокотехнологичных производствах. Молодые ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВО РАН), Института монокристаллов НАНУ (Украина) и Шанхайского института керамики КАН (КНР) разработали нанокомпозитную керамику из оксида иттрия и оксида магния (Y2O3−MgO), прозрачную в ИК-области. Материал актуален в современных высокотехнологичных производствах, в частности для создания защитных окон инфракрасных систем аэрокосмической техники. Статья об этом опубликована в авторитетном издании Ceramics International, говорится в пресс-релизе ДВФУ. Новая керамика обладает «шахматной» структурой, средним размером зерна 250 нм и микротвердостью более 11 Гпа, пропуская более 70% света в инфракрасном диапазоне при длине волны до 6000 нм. Субмикронный размер зерен и равномерное их распределение в объеме керамики Y2O3−MgO обеспечивают ее высокие оптические качества, а также теплофизические и механические свойства (жаропрочность, теплопроводность, твердость и т.д.). По этим параметрам керамика превосходит однофазные коммерческие аналоги Y2O3 и MgO. Сочетания улучшенных эксплуатационных характеристик удалось добиться за счет применения инновационного метода искрового плазменного спекания нанопорошков оксидов иттрия и магния. Метод активно развивают ученые ДВФУ и Института химии ДВО РАН. «Чтобы создать нанокерамику Y2O3−MgO с «шахматной» структурой, наши коллеги решили непростую задачу и обеспечили равномерное распределение точек контакта частиц нанопорошков оксида иттрия (Y2O3) и оксида магния (MgO). Решение нашли в рамках метода самораспространяющегося глицин-нитратного синтеза с избытком глицина и азотной кислоты. Использование реакционных систем с избытком глицина позволило в процессе синтеза композитных нанопорошков Y2O3−MgO в краткий промежуток времени сгенерировать большое количество нуклеационных центров и обеспечить малое распределение наночастиц Y2O3 и MgO по размеру. Выделение больших объемов газов обеспечило при этом их изолированность (отсутствие агрегации). Это создало условия, при которых уплотнение порошков осуществлялось преимущественно за счет пластической деформации, без зернограничного скольжения, поворотов и последующего слияния зерен. Температурные перепады в объеме компакта в процессе спекания были минимизированы», — рассказал руководитель исследовательской команды из ДВФУ, старший научный сотрудник Центра НТИ ДВФУ Денис Косьянов. Ученый объяснил, что керамические нанокомпозиты Y2O3−MgO лишь пару лет активно изучаются во всем мире в качестве перспективных материалов для работы в инфракрасном диапазоне длин волн. Материал изготовлен из нанопорошков Y2O3 и MgO с контролируемым размером частиц. Их уплотнили методом скоростной консолидации — искрового плазменного спекания. Процедура длилась восемь минут при температуре 1300°С и давлении 60 МПа. Метод позволяет подавить диффузионный масcоперенос и тем самым предотвратить рост нанозерен выше критического для нанокомпозитов Y2O3–MgO (~400 нм). В ДВФУ реализуется приоритетный проект «Материалы» и Центр НТИ по направлению виртуальной и дополненной реальности (грант от 16 октября 2018 г. № 1/1251/2018), в рамках которых ученые разрабатывают научно-технические основы создания полифункциональных керамических материалов для микроэлектроники, осветительной техники и радиохимии. Д.Ю. Косьянов благодарит Министерство науки и высшего образования РФ за финансовую поддержку в рамках Проекта № 3.2168.2017/4.6.
