Изменить казавшиеся незыблемыми справочные данные, возможно, придется для шпинели и других керамических материалов благодаря разработке ученых из города Обнинска Калужской области. На конкурсе инновационных разработок в рамках выставки «5 Московский Международный салон инноваций и инвестиций», которая проходила 15-18 февраля этого года исследователи показали удивительные образцы. С виду обычная керамика, эта обладает уникальными свойствами. Её теплопроводность и термопластичность в несколько раз выше, чем у керамики, полученной традиционными методами. Это означает, что изделия из нее – от обыкновенной кружки до топливных таблеток реакторов для АЭС, будут служить дольше и надежнее, чем сделанные привычным способом. Информация о новой технологии размещена на сайте Международного научно-технического центра.
«Отличительная особенность нашей керамики – это ее структура, - рассказывает руководитель работы ведущий научный сотрудник Физико-энергетического института им. А.И. Лейпунского Ирина Курина. - И, как следствие, действительно уникальные свойства. Теплопроводность, превышающая справочные данные, повышенная пластичность и термопрочность. Керамику, в которой соединились все эти свойства, удалось получить».
Вообще говоря, пластичность и высокая теплопроводность для массивных изделий из керамики свойства почти нереальные. Вот, например, каучук – стукнешь по нему, а отдельные молекулы как бы подвинутся, изменят свою форму немного, и вещь остается целой. Или нагреешь металл – избыток тепла быстренько распространится от поверхности до центра, и останется слиток, скажем, совершенно целым, только теплым. А керамика – материал хрупкий: ударишь – разобьется, резко нагреешь – потрескается, а то и совсем развалится. Именно поэтому для изделий из нее вводят специальное понятие – устойчивость в режимах термоциклирования. Проще говоря, заранее определяют, сколько раз керамическое изделие можно нагревать и охлаждать до тех пор, пока оно не начнет трескаться само по себе, под нагрузкой или от удара.
«В структуре керамики, сделанной по нашей технологии, образно говоря, три вида составляющих: крупные зерна оксидного материала (от 50 до 100 мкм), мелкие (от 1 до 10 мкм) и немного пустоты. То есть присутствуют поры, расположенные особым образом – преимущественно по границам зерен, - продолжает объяснение И.С.Курина, - Такие поры создают идеальные условия для пластической деформации. А мелкие зерна дополнительно смягчают механический и тепловой удар. В массе мелких крупные зерна при ударе как бы вязнут, как булыжники в песке. Кристаллическая решётка такой керамики очень мобильная, в ней много дефектов. В необычной структуре такой керамики возможно туннелирование электронов. Отсюда и повышенная теплопроводность».
Чрезвычайно важно и то, что принципиальная основа технологии, разработанной авторами, проста и универсальна. Сначала нужно получить порошок, причем крупинки должны быть разного, заранее заданного размера. И дефектов в полученных частицах порошка должно быть много! Начинается всё с осаждения – берут растворы исходных веществ, добавляют необходимые реагенты, и выпадает осадок – те самые частички нужного размера. Как этого добиться – секрет, который открыли разработчики технологии.
Затем эти частицы оксидов - алюминия, магния, циркония либо тория или урана, в случае топливных композиций, прокаливают, прессуют и спекают. Понятно, что технологические параметры этих процессов авторы тоже не разглашают, это тоже предмет ноу-хау. Впрочем, вся эта работа – лишнее подтверждение тому, что химия – это не только строгий расчет, хотя оптимизировать параметры новых материалов можно с помощью компьютерного моделирования, что авторы и делают. Это еще и искусство, талант и интуиция ученых, которые и позволяют в конечном итоге совершить казалось бы невозможное. Например, сделать теплопроводную термопластичную оксидную керамику, причём любого вида.