Ученые ДВФУ расширили представления о реакционном спекании прозрачных керамик

Пористая структура (мезоструктура) компакта оказывает колоссальное влияние на функциональные характеристики оптических керамик, полученных методом реакционного спекания. Параметры этой структуры предлагается задавать предварительным отжигом компактов при температурах ниже начала реакционного взаимодействия и консолидации. Об этом рассказала исследовательская группа из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВО РАН), Института монокристаллов и Института физики НАН Украины, а также Национального института лазерной, плазменной и радиационной физики Румынии в статье, опубликованной в авторитетном издании Journal of the European Ceramic Society.

Разработать передовую технологию и создать новое семейство оптических и, в частности, люминесцентных и лазерных керамик — это фундаментальная научная проблема и ключевая задача современного керамического материаловедения. На практике такие материалы нужны, чтобы с высокой точностью измерять расстояния (оптическая локация), реализовывать новые режимы обработки материалов, создать качественно новые носители оптической информации и медицинское оборудование, ИК-окна, высокомощные светодиоды и термоэлектрические элементы.

Однородность мезоструктуры компактов — спрессованных в таблеты нанопорошков, из которых получается керамика — одна из важнейших характеристик при спекании. Для керамических материалов оптического (лазерного) качества необходимо добиться удаления сотых и тысячных долей процента остаточной пористости на финальной стадии спекания, чтобы обеспечить низкую степень рассеивания света.

«Управление однородностью исходных компактов может достигаться вариацией многих технологических параметров, например, путем изменений технологии компактирования, выбором и режимами подготовки исходных нанопорошков. Однако особенность технологии реакционного спекания керамик заключается в том, что энергия, передаваемая многокомпонентной порошковой системе, из которой получается керамика, расходуется на конкурирующие процессы фазовых превращений и консолидации. По этой причине мы предложили управлять исходным состоянием компактов путем отжига, предшествующего их спеканию», — рассказывает руководитель исследовательской команды из ДВФУ, старший научный сотрудник Центра Национальной технологической инициативы (НТИ) ДВФУ Денис Косьянов.

Учёный отметил, что достигнутые значения дифференциального КПД лазерной генерации на образцах керамик, полученных при оптимизированных условиях отжига компактов (600°C / 4 часа), находятся на уровне мировых аналогов (65-67%).

Ранее ученые уже изложили предлагаемый подход в журнале “Ceramics International” на примере реакционного вакуумного спекания лазерных керамик Y₃Al₅O₁₂:Nd³⁺.

Опубликованная в Journal of the European Ceramic Society работа посвящена более детальному установлению связи между однородностью исходных компактов, их структурно-фазовым состоянием и функциональными параметрами конечного материала.

В ДВФУ действует приоритетный проект «Материалы» и Центр НТИ по направлению виртуальной и дополненной реальности (грант от 16 октября 2018 г. № 1/1251/2018), в рамках которых, в том числе, активно занимаются разработкой научно-технических основ создания полифункциональных керамических материалов для микроэлектроники, осветительной техники и радиохимии.

Исследования выполнены в рамках грантов Российского научного фонда (Проект № 18-73-00145) и Российского фонда фундаментальных исследований (18-29-11044).

Пресс-служба ДВФУ,
press@dvfu.ru