Определена связь между ИК-прозрачностью и микроструктурой композитов для аэрокосмической оптики
Ученые ННГУ им. Н.И. Лобачевского совместно с Институтом химии высокочистых веществ РАН определили взаимосвязь состава, строения и свойств двухфазных керамических композитов на основе оксида иттрия (Y2O3) и оксида магния (MgO) и разработали методику, позволяющую прогнозировать прозрачность композитов в ИК-диапазоне. В перспективе работа позволит создавать более качественные материалы для инфракрасной оптики, применяемой в авиации и космонавтике. Исследование поддержано грантом РНФ, а результаты опубликованы в журнале Journal of the European Ceramic Society.
Однокомпонентные керамики для производства износостойкой оптики, выдерживающей экстремальные условия, разрабатывают более 50 лет. Это материалы на основе оксида иттрия, оксида магния, алюмомагниевой шпинели (MgAl2O4) — они выдерживают достаточно высокие температурные и механические нагрузки, но для нынешней техники их характеристик недостаточно. При нагреве до 400–500 oС оптические элементы, изготовленные из этих материалов, теряют свойства и мутнеют: навигационная система в такой ситуации просто «ослепнет». Актуальное направление, зародившееся около 7 лет назад, — создание двухфазных керамических композитов.
«Композиты — это материалы, состоящие как минимум из двух фаз: при объединении компонентов материал приобретает новые свойства, которых не было у компонентов по отдельности. В видимом диапазоне они непрозрачны, как обычная керамическая кружка. При этом двухфазные керамические композиты прозрачны в ИК-диапазоне. Для этого они должны обладать очень низкой пористостью, а размер зерен в первом приближении в этих керамиках должен быть не более чем 1/10 от длины волны проходящего излучения. Соответственно, чтобы такая керамика была прозрачной в ближнем ИК-диапазоне с длиной волны около 2 мкм, размер зерна должен быть в 10 раз меньше — порядка 200 нм. Ключевое преимущество таких двухфазных керамических композитов в том, что они остаются прозрачными в ИК-диапазоне даже при нагреве выше 500 oС», — рассказал корреспонденту «Научной России» заведующий научно-исследовательской лабораторией оптических керамических материалов кафедры неорганической химии химического факультета Университета Лобачевского Дмитрий Пермин.