От космоса до интернета: российские учёные нашли способ ускорить создание ключевого материала

Кварцевое стекло — ключевой материал для многих высокотехнологичных отраслей: от телекоммуникаций и микроэлектроники до лазерной техники и космической индустрии. Однако его производство традиционно остаётся сложным и энергоёмким процессом.

Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно со специалистами Пермской научно-производственной приборостроительной компании (ПНППК) разработали методику, которая позволяет в шесть раз ускорить производство кварцевого стекла и при этом снизить энергозатраты почти на 80 %.

"Основой каждого оптоволоконного кабеля является сверхчистое кварцевое стекло. Мы нашли способ сократить время термообработки с 60 до 10 часов, сохранив качество материала", — рассказали в пресс-службе ПНИПУ.

Как работает новый метод

Сегодня самым современным способом производства кварцевого стекла считается золь-гель технология. Она заключается в преобразовании жидкого раствора — золя — в твёрдый гель, который затем подвергается длительной очистке и обжигу при температуре выше 1000 °C.

Главная проблема метода — продолжительная термическая обработка: она длится свыше 60 часов и требует до 4000 кВт⋅ч электроэнергии на одну партию в 100 кг. Малейший сбой в температурном режиме приводит к браку, а наличие пузырьков и неровностей в геле делает процесс ещё более трудоёмким.

Учёные ПНИПУ решили проблему на раннем этапе — стадии "созревания" геля.

"В ходе эксперимента мы меняли тип катализатора, количество воды и добавляли или убирали растворитель — этиловый спирт. Чтобы материал после высушивания имел меньше дефектов, его нужно превращать в гель медленно и равномерно", — пояснил начальник бюро новых разработок ПАО "ПНППК" Александр Возяков.

Оптимальные пропорции

Исследователи выяснили: если использовать менее 0,1 % водного аммиака и добавить этиловый спирт, частицы диоксида кремния формируются более прозрачными и с меньшим количеством трещин. В результате материал уже на выходе из стадии геля оказывается качественным и требует меньше времени для финального обжига.

"Подбор идеальных пропорций позволил сократить время термообработки готового геля при температуре 1200 градусов Цельсия с 60 до 10 часов. При этом плотность и пористость материала остались на прежнем уровне", — отметила профессор ПНИПУ Светлана Порозова.

Сравнение: традиционный и новый метод