Пермские учёные сократили обжиг кварцевого стекла с 60 до 10 часов
Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно с Пермской научно‑производственной приборостроительной компанией (ПНППК) разработали технологию, позволяющую в шесть раз ускорить выпуск кварцевого стекла, используемого в оптоволокне, космической отрасли, микроэлектронике и лазерной технике. Информацию предоставила пресс‑служба университета.
"Основой каждого оптоволоконного кабеля является сверхчистое кварцевое стекло. Наиболее современный способ изготовления такого материала — золь‑гель‑технология. Её суть заключается в преобразовании жидкого раствора (золя) в твёрдый гель с очисткой и термообработкой. Последний этап проходит при температурах свыше 1000 градусов Цельсия, что требует больших временных и энергетических затрат. Это значительно увеличивает себестоимость конечной продукции и ограничивает её доступность. Учёные Пермского политеха совместно с ПНППК разработали методику, которая позволяет в шесть раз сократить время термообработки, а значит — ускорить производство кварцевого стекла. Это примерно на 80% снизит затраты энергии и повысит эффективность процесса для предприятий", — рассказали в вузе.
О новом методе
По словам исследователей, традиционная термическая обработка занимает более 60 часов непрерывно и связана с высокими энергозатратами. Одна плавка партии массой 100 кг при этом потребляет примерно 3500–4000 кВт·ч электроэнергии. Любые отклонения температурного режима или скачки температуры приводят к браку, а наличие неровностей и пузырьков в исходном геле увеличивает продолжительность обжига до полного устранения дефектов. В связи с этим была поставлена задача обеспечить необходимые свойства геля на этапе его приготовления.
"В ходе эксперимента мы меняли тип катализатора, количество воды и добавляли или убирали растворитель — этиловый спирт. Чтобы после высушивания материал имел меньше внутренних дефектов и пор, его необходимо превращать в гель медленно и равномерно. Как показали результаты, достичь этого позволяет использование очень малого количества водного аммиака — менее 0,1% от массы — и добавление этилового спирта в исходную смесь", — рассказал начальник бюро новых разработок ПАО "ПНППК" Александр Возяков.
В результате модификации рецептуры частицы диоксида кремния формируются более прозрачными и с меньшим числом внутренних трещин, что снижает потребность в длительной термообработке, отметила профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, доктор технических наук Светлана Порозова. "Подбор идеальных пропорций позволил сократить время термообработки готового геля при температуре 1200 градусов Цельсия с 60 до 10 часов. Качество конечного продукта при этом имело те же показатели плотности и пористости, что и после 60 часов обжига", — подчеркнула Порозова.
По данным университета, исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства "Приоритет‑2030". Полученные результаты имеют практическое значение для областей, где активно применяется кварцевое стекло: в электронике и микроэлектронике, в телекоммуникациях для создания более мощных волокон интернет‑кабелей, в оптике и лазерной технике, а также в современных навигационных системах. Новая методика обещает повысить энергоэффективность и рентабельность производства технологически чистого кварцевого стекла.