Пермские учёные создали технологию производства сверхпрозрачного кварцевого стекла

Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали способ создания сверхчистого кварцевого стекла без использования токсичных хлорсодержащих веществ, сообщили в пресс-службе вуза. Полученный материал имеет характеристики на уровне лучших мировых аналогов — пропускание более 80% в ультрафиолетовой области на длине волны 190 нанометров и более 90% в видимой области спектра. 

ИСТОЧНИК ФОТО: ПНИПУ.

Долгие годы технологией производства особо чистого кварцевого стекла владели только в США, Германия и Японии. Собственное производство такого материала обеспечит технологическую независимость в космической отрасли, лазерной технике, микроэлектронике, оптоволоконной связи, медицине и научном приборостроении.

Однако традиционная зарубежная технология имеет свои недостатки. Во-первых, при производстве используются хлорсодержащие вещества, выделяющие при производстве ядовитый газ. Во-вторых, получить стекло с высокой прозрачностью в ультрафиолете традиционным способом непросто: чтобы избежать пустот и неоднородностей в материале производители вынуждены использовать сверхчистое сырье и сложные методы очистки.

Учёные Пермского Политеха предложили новую технологию, которая решает обе эти проблемы. Она не использует хлор и позволяет получить стекло с высоким показателем пропускания в ультрафиолете. Статья опубликована в международном научном журнале Ceramics International.

Исследователи добавили промежуточный этап при плавлении кварцевого стекла — высокотемпературную выдержку в вакуумной печи до температуры размягчения материала. Так на поверхности каждой песчинки образуется прочная кристаллическая оболочка — кристобалит, при образовании которого происходит формирование упорядоченной структуры материала и вытеснение избыточного кислорода. Затем сырьё плавят и получают готовое изделие. Весь цикл происходит в герметичной вакуумной камере, без использования хлора и других токсичных веществ. 

"Лучший образец имел пропускание в ультрафиолетовой области спектра более 80%. Это уровень лучших зарубежных аналогов, то есть кварцевое стекло остается практически идеально прозрачным", — пояснил доцент кафедры "Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов" ПНИПУ, кандидат технических наук Иван Ряпосов.

Особый подбор температуры и времени даёт необходимое соотношение кристаллической и аморфной фазы, благодаря которому получается стекло с максимальным пропусканием.

"Мы впервые детально показали, как именно предварительная кристаллизация порошка в кристобалит при строго определенной температуре влияет на структуру и оптические свойства будущего стекла. Это позволило нам на практике получить материал, который по качеству не уступает мировым аналогам", — добавил Иван Ряпосов.

В перспективе технология может быть масштабирована для промышленного выпуска оптического стекла широкого назначения.