Кварцевое стекло — особый материал, без которого не обойтись в космосе, лазерах и микроэлектронике. Из него делают иллюминаторы космических кораблей, линзы для печати микрочипов и детали навигационных приборов. Все потому, что у стекла есть три важных свойства: оно выдерживает нагрев выше тысячи градусов, почти не меняет размеры при перепадах температур и свободно пропускает ультрафиолет.
Долгое время технологию производства такого стекла имели лишь несколько стран — США, Германия и Япония. В традиционной методике используют хлорсодержащие вещества, из‑за чего в воздух попадает ядовитый газ. Кроме того, в стекле могут оставаться мельчайшие пустоты и неоднородности — они рассеивают свет и снижают прозрачность, особенно в нужном диапазоне. Ученые Пермского Политеха разработали собственную технологию, которая обходится без хлора и дает стекло сопоставимого качества. Статья опубликована в международном научном журнале «Ceramics International».
Как сообщила пресс-служба ПНИПУ порталу Наука Mail, суть метода в том, что перед плавлением сырье выдерживают в вакуумной печи при высокой температуре. За это время на поверхности песчинок образуется прочная кристаллическая оболочка — кристобалит. При этом формируется упорядоченная структура материала и вытесняется лишний кислород. Потом сырье плавят, и получается стекло с высокой прозрачностью.
Лучший образец имел пропускание в ультрафиолетовой области спектра более 80%. Это уровень лучших зарубежных аналогов, то есть кварцевое стекло остается практически идеально прозрачным.
Ключевое значение имеют температура и время выдержки: от них зависит соотношение кристаллической и аморфной фазы, а значит — и оптические свойства стекла.
Мы впервые детально показали, как именно предварительная кристаллизация порошка в кристобалит при строго определённой температуре влияет на структуру и оптические свойства будущего стекла. Это позволило нам на практике получить материал, который по качеству не уступает мировым аналогам.
Такая разработка важна для России: она помогает обеспечить технологическую независимость в космической отрасли, лазерной технике, микроэлектронике, оптоволоконной связи, медицине и научном приборостроении. Технология экологически чище, чем традиционная, и в перспективе ее можно масштабировать для промышленного выпуска оптического стекла.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые научились менять свойства и структуру стекла.