Ученые Пермского Политеха разработали экологически чистую технологию производства сверхчистого кварцевого стекла, которая не уступает по качеству лучшим мировым аналогам из США, Германии и Японии. Новый метод полностью исключает использование токсичных хлорсодержащих веществ и открывает путь к созданию отечественных материалов для космической отрасли, мощных лазеров и микроэлектроники.
В ряде высокотехнологичных отраслей — от космического приборостроения до производства микрочипов — предъявляются жесткие требования к материалам. Для работы спутниковых навигационных систем, мощных лазерных установок и точной литографии необходимы вещества, способные выдерживать экстремальные температуры, сохранять геометрическую стабильность и оставаться прозрачными в ультрафиолетовом диапазоне. Одним из таких материалов является сверхчистое кварцевое стекло, представляющее собой практически чистый оксид кремния. В отличие от обычного оконного стекла, в нем отсутствуют добавки соды и извести, что обеспечивает термостойкость, низкий коэффициент теплового расширения и высокую пропускную способность для жесткого излучения.
Традиционные методы производства этого материала, которые долгое время были сосредоточены в США, Германии и Японии, имеют ряд недостатков. Технологический процесс основан на использовании хлорсодержащих веществ, что приводит к образованию токсичных выбросов и требует сложных систем фильтрации. Получение изделий с высокой прозрачностью в ультрафиолете сопряжено с технологическими трудностями, связанными с наличием микропустот и неоднородностей.
Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали альтернативный способ изготовления кварцевого стекла. Предложенная методика исключает применение хлора и вредных химических соединений, что делает процесс более безопасным с экологической точки зрения. В основе разработки лежит введение промежуточной стадии высокотемпературной выдержки исходного сырья в вакуумной камере. В ходе этого этапа на поверхности частиц формируется кристаллическая оболочка из кристобалита, что способствует упорядочиванию структуры и удалению избыточного кислорода. Последующее плавление в герметичной среде позволяет получить готовое стекло.
Главным критерием оценки качества материала является его оптическое пропускание. В ходе экспериментов ученые зафиксировали, что коэффициент пропускания полученных образцов в ультрафиолетовой области спектра (на длине волны 190 нанометров) превышает 80%, а в видимом диапазоне достигает 90%. Эти показатели соответствуют характеристикам лучших зарубежных аналогов, которые сегодня доступны на мировом рынке.
Создание собственного производства сверхчистого кварцевого стекла, не уступающего по качеству мировым стандартам и при этом лишенного экологических рисков, может найти применение в космической отрасли, лазерной технике, оптоволоконной связи и микроэлектронике. В перспективе предложенная технология может быть адаптирована для промышленного выпуска различных видов оптического стекла.
Читайте также: В Москве создали аппарат для возврата грузов с орбиты и датчик для изучения космической пыли.