Сверхплотная керамика станет дешевле

Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали более экономичный способ изготовления сверхплотной керамики. Новая технология работает при более низких температурах, чем нынешние методы, а процесс изготовления керамической детали занимает секунды, а не часы.

Сегодня керамика используется в самых разнообразных изделиях, включая такие важные, как бронежилеты, топливные элементы, свечи зажигания, ядерные топливные стержни и сверхпроводники. Однако изготовление керамических деталей до сих пор остается крайне энергоемким процессом, что резко повышает их стоимость.

В настоящее время керамику делают с помощью процесса спекания, в ходе которого керамический порошок, например, оксид циркония, сжимается, нагревается до высоких температур и превращается в готовую деталь с некоторой степенью пористости. Усовершенствование этой технологии, разработанное в Университете штата Северная Каролина, может революционизировать процесс спекания, повысить качество и снизить цену керамики.

Новая методика селективного расплава позволяет спекать керамику при температуре 800 градусов по Цельсию вместо обычных 1450. Кроме того, процесс длится секунды, а не 4-5 часов. Более того, новая методика позволяет создавать материалы с практически нулевой пористостью, что резко повышает качество керамических изделий, в частности бронепластин.

Секрет новой технологии заключается в применении электрического поля, примерно в 100 вольт на сантиметр. Поле создает тонкие изменения, дефекты, на границе зерен керамического порошка. Эти дефекты состоят из вакансий (отсутствующих атомов), которые имеют отрицательный заряд и в результате способствуют адресному нагреву границ зерен. Таким образом, на границе зерен, где и происходит спекание, наблюдается наибольший нагрев, позволяющий добиться максимальной плотности спекания. При этом не требуется большая энергии и много времени, как в случае с нагревом всей крупинки керамического порошка.