Нанокомпозитную керамику из оксида иттрия и оксида магния (Y2O3−MgO), прозрачную в ИК-области, разработали учёные из Владивостока — из Института химии Дальневосточного отделения Российской Академии наук (ДВО РАН) и Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из Института монокристаллов НАНУ (Украина) и Шанхайского института керамики КАН (КНР). 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, информирует «Тихоокеанская Россия», ТоРосс.
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 зёрен и равномерное их распределение в объёме керамики Y2O3−MgO обеспечивают её высокие оптические качества, а также теплофизические и механические свойства (жаропрочность, теплопроводность, твёрдость…). По этим параметрам керамика превосходит однофазные коммерческие аналоги Y2O3 и MgO. Сочетания улучшенных эксплуатационных характеристик удалось добиться за счёт применения инновационного метода искрового плазменного спекания нанопорошков оксидов иттрия и магния. Метод активно развивают учёные Института химии ДВО РАН и ДВФУ.
«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 объёмов газов обеспечило при этом их изолированность (отсутствие агрегации). Это создало условия, при которых уплотнение порошков осуществлялось преимущественно за счёт пластической деформации, без зернограничного скольжения, поворотов и последующего слияния зёрен. Температурные перепады в объёме компакта в процессе спекания были минимизированы», — рассказал руководитель исследовательской команды из ДВФУ, старший научный сотрудник Центра НТИ ДВФУ Денис Косьянов.
Как объяснил ученый, керамические нанокомпозиты Y2O3−MgO лишь пару лет активно изучаются во всем мире в качестве перспективных материалов для работы в инфракрасном диапазоне длин волн.
Синтезированная учёными нанокерамика Y2O3−MgO имеет “шахматную” структуру с соотношением объёмов фаз 1:1, средний размер зёрен 250 нм, микротвёрдость более 11 ГПа и оптическую «прозрачность» более 70% при длине волны 6000 нм.
Материал изготовлен из нанопорошков Y2O3 и MgO с контролируемым размером частиц. Их уплотнили методом скоростной консолидации — искрового плазменного спекания. Процедура длилась 8 минут при температуре 1300°С и давлении 60 МПа. Метод позволяет подавить диффузионный масcоперенос и тем самым предотвратить рост нанозёрен выше критического для нанокомпозитов Y2O3–MgO (~400 нм).
Пресс-служба вуза сообщает, что 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 которого разрабатывают научно-технические основы создания полифункциональных керамических материалов для микроэлектроники, осветительной техники и радиохимии.