compozit2024

info space2024

go digital2024

gnu2024

iip2024

kmu 2024

goszakaz2024

helirus2024

ctt expo2024

vphr2024

rosmold plast2024

eltrans2024

army2024

sp tr expo2023

Керамика для высоких температур и агрессивных сред

01В мае 2021 года Подольский ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» будет отмечать свой 75-ти летний юбилей. В истории этого легендарного предприятия – создание и испытание реакторов для ядерно-ракетных двигателей, разработка и реализация установок для термоэмиссионного преобразования ядерной энергии в электрическую, создание технологической цепочки изготовления металлооптики для мощных лазерных установок, разработка технологии ядерных и высокотемпературных материалов для нужд оборонной, атомной, электронной и других отраслей промышленности. В ряду этих громких достижений своё почётное место занимает технология изготовления металлокерамических изделий и высокоплотной конструкционной керамики.
На заре существования Подольского научно-исследовательского института основным его направлением была разработка приборов термоэмиссионного преобразования ядерной энергии в электрическую. Это поставило перед специалистами предприятия задачу создания материалов электрической изоляции, стойких в условиях эксплуатации этих приборов, т.е. керамики, радиационно и химически стойкой в парах щелочных металлов. Также необходимо было решить задачу её соединения с конструкционными металлами в виде вакуумно плотных и термически стойких металлокерамических узлов (МКУ) – гермовводов. Расширение работ по керамике и гермовводам на их основе привело к образованию в 1970 году специализированной технологической лаборатории по созданию новых типов керамики и гермовводов и внедрения технологии их изготовления в производство.

С 1974 года институт стал ведущей организацией по разработке изоляционных материалов и гермовводов для установок, разрабатываемых на предприятиях Министерства. С 1989 по 1992 годы проводились работы по созданию изоляторов и гермовводов для сернонатриевых аккумуляторов. В начале 90-х годов Институт включился в работу по созданию нового типа рентгеновских трубок медицинского и технического назначения. Требовалось разработать керамику, обеспечивающую более высокую электрическую прочность по сравнению с известными промышленными составами. Результатом разработки стало создание высокочистой, мелкозернистой керамики на основе оксида алюминия с добавкой оксида магния. Также была разработана технология изготовления электрических проходок для атомных электростанций.
В 1992 году в рамках НПО «Луч» был образован научно-технический центр «Источники тока» (отделение НТЦ «ИСТОК»). В тяжёлой экономической ситуации начала 90-х годов, в условиях резкого сокращения государственного оборонного заказа руководством отделения была выбрана стратегия, направленная на развитие конверсионных направлений научно-производственной деятельности на основе уникальных наукоемких технологий термоэмиссионного приборостроения. Это позволило сохранить и приумножить научно-технический и производственный потенциал предприятия. Структура отделения, включающая расчетно-теоретический, конструкторский, технологический, материаловедческий, испытательный отделы позволяет выполнять комплексные разработки любой сложности как в области государственного оборонного заказа, так и гражданского назначения.02
В настоящее время основными керамическими материалами, изделия из которых пользуются спросом, являются оксид алюминия и лейкосапфир (монокристаллический оксид алюминия). Во ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» разработана и много лет успешно применяется технология изготовления вакуумноплотной мелкозернистой керамики на основе оксида алюминия методами порошковой металлургии. Парк оборудования участка керамики включает такие нестандартные установки для переработки порошков, как распылительная сушилка и установка гидростатического прессования, шаровые и планетарные мельницы, установку шликерного литья под давлением, термическое оборудование с воздушной и вакуумной рабочей средой, шлифовальное оборудование для обработки спечённых керамических изделий в размер с высоким классом точности. Среди уникальных свойств нашего керамического материала - высокое электрическое сопротивление и совместимость с парами щелочных металлов при температурах 800-1700°С, высокие значения механической прочности, вибропрочности, износостойкости и термостойкости, радиационная стойкость. Эти свойства определяют огромное разнообразие областей применения изделий из оксида алюминия - изолирующие элементы электронных, вакуумных приборов, сварочных, плавильных и распылительных установок, электрических проходок, изоляторы рентгеновских трубок, футеровка мельниц и прочего изнашиваемого оборудования, фильеры, направляющие, подшипники скольжения, тигли для плавки.
Обладая всеми свойствами поликристаллического оксида алюминия лейкосапфир, к тому же, характеризуется оптической прозрачностью в широком диапазоне длин волн и биологической совместимостью – нейтральностью к крови и тканям человеческого организма. Во ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» для производства лейкосапфира используется метод А.В. Степанова, который позволяет получать профилированные кристаллы с высокими скоростями выращивания. Изделия получают без механической обработки — непосредственным выращиванием из расплава с применением различных формообразующих устройств и соответствующих температурных режимов. Чаще всего профилированный лейкосапфир применяется в экстремальных условиях работы, когда возможности других традиционных материалов уже исчерпаны - в атомной энергетике, дозиметрии, в оптике, светотехнике и лазерной технике, в электротехнике и медицине, в приборо- и машиностроении.
03Опыт ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ», накопленный при разработке вакуумных гермовводов для термоэмиссионных преобразователей, в настоящее время реализуется при производстве МКУ различного назначения. Надёжность и эффективность используемого на предприятии способа металлизации керамики и последующей её пайки с различными металлами подтверждает многолетний опыт применения продукции ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» в изделиях атомной и электротехнической промышленности, в рентгеновских трубках различного назначения, в составе электроэнергетических установок, а также в лётных образцах. В настоящее время в ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» производятся МКУ для комплектации стационарных плазменных двигателей.
Однако возможности ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» не ограничиваются производством изделий из керамики на основе оксида алюминия. Несколько лет назад была разработана технология производства изделий из чистых оксидов магния и иттрия. Начало было положено необходимостью создания изделий для собственных нужд предприятия. На сегодняшний день номенклатура выпускаемых изделий из оксида магния и иттрия постоянно расширяется, возникают контакты с другими организациями, имеющими потребность в использовании изделий из этих материалов.
Подобным образом начиналась разработка ещё двух керамических материалов. Более десяти лет назад Протвинский филиал ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» разработал конструкцию и технологию изготовления датчиков водорода в натрии и в инертном газе. Источником сигнала, «сердцем» датчика, должен был стать керамический чувствительный элемент, состоящий из твёрдоэлектролитной пробки и электроизоляционной трубки, герметично соединённых между собой. Для решения этой задачи специалистами сектора керамики ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» был разработан электроизоляционный материал на основе алюмомагнезиальной шпинели с избытком оксида магния. За счёт изменения количества добавки оксида магния была получена возможность регулировать его коэффициент термического расширения. В свою очередь, решая задачу разработки материала твёрдого электролита, специалисты предприятия освоили технологию стабилизации диоксида циркония и, на основании данных исследования влияния степени стабилизации материала на его проводимость, прочностные свойства и коэффициент термического расширения, теперь имеют возможность изготавливать изделия из диоксида циркония с различными свойствами, удовлетворяющими требованиям заказчиков.
Также в «ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» разработана уникальная технология получения изделий из чистого оксида скандия с плотностью до 97% от теоретической. Керамика из оксида скандия является перспективным высокотемпературным конструкционным материалом. Она характеризуется хорошими термоэмиссионными свойствами, высокой устойчивостью в парах и расплавах щелочных металлов.
Приведённые факты свидетельствуют о высоком научном и производственном потенциале ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ» в области производства керамических изделий различного назначения. На предприятии работают технологи высшего уровня, имеющие огромный опыт работы с керамическими материалами. Перенимает знания и опыт новое поколение – недавно пришедшие в профессию молодые выпускники столичных ВУЗов. Сохраняется качество, надёжность, культура производства, бывшие всегда показателями работы в атомной отрасли. Сегодня эти традиции распространяются на все сферы производства керамической продукции ФГУП «НИИ НПО «ЛУЧ».

Ольга ПРОЦЕНКО