Перспективные технологии XXI века: Крупногабаритные кристаллические материалы и элементы (доклад к проекту государственной программы) д.ф.-м.н., проф. Игорь Валентинович Мочалов

Оглавление Введение. Потребности современных технологий в крупнога- баритных легких высокотеплопроводных, высоко- прочных и тугоплавких кристаллических оптичес- ких и конструкционных элементах Раздел 1. Технологии производства крупногабаритных крис- таллических материалов Раздел 2. Технологии резки, механической и оптической об- работки крупногабаритных кристаллических заго- товок Раздел 3. Технологии нанесения специальных, защитных и оптических покрытий на крупногабаритные крис- таллические детали

Раздел 4. Применение крупногабаритных кристал-лических деталей в энергетических установках будущего Раздел 5. Применение крупногабаритных кристал-лических деталей в авиа-космической промыш-ленности Раздел 6. Применение крупногабаритных кристал-лических деталей в судостроении Раздел 7. Применение крупногабаритных кристал-лических деталей в качестве конструкционных материалов автомобильной промышленности Раздел 8. Применение крупногабаритных кристаллических деталей в военных технологиях Раздел 9. Крупногабаритные кристаллические материалы – ключевое направление развития передовых технологий XXI века

Введение. Потребности современных технологий в крупногабаритных легких высокотеплопроводных, высокопрочных и тугоплавких кристаллических оптических и конструкционных элементах Рынок крупногабаритных легких высокотеплопроводных, высокопрочных и тугоплавких изделий из конструкционных и оптических материалов устойчиво растет с г на 30% в год (по данным В настоящее время доля конструкционных материалов на основе кристаллических материалов составляет 5-6 %, по оценкам экспертов к 2018 г. доля превысит 25%.

Раздел 1. Технологии производства крупногабаритных кристаллических материалов Крупногабаритные кристаллические материалы Конструкционные материалы Оптические материалы

Крупногабаритные кристаллические материалы Монокристаллические материалы Поликристаллические материалы

Технологии производства крупногабаритных монокристаллических материалов М е тоды горизонтальной и вертикальной направленной кристаллизации Методы вытягивания из расплава Методы высокочастотной плавки в гарниссаже Методы выращивания из раствора в расплаве

Установки для выращивания кристаллов методом ГНК ГНК установка РубитекГНК установка Сапфир-КР

Установка Омега Установки для выращивания кристаллов Методом ГОИ

Технологии производства крупногабаритных поликристаллических материалов и композитов Метод формования (шликерное литьё, гелевое литьё, гидроэкструзия) и спекания (импульсное или гидростатическое прессование, горячее прессование, некоторые виды низкотемпературного спекания) Метод вакуумного высокотемпературного прессования Методы изготовления композиционных материалов: холодное прессование компонентов с последующим спеканием; электрохимическое нанесение покрытий на компоненты наполнителя с последующим прессованием; осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием и другие.

Раздел 2. Технологии резки, механической и оптической обработки крупногабаритных кристаллических заготовок

Раздел 3. Технологии нанесения специальных, защитных и оптических покрытий на крупногабаритные кристаллические детали

Раздел 4. Применение крупногабаритных кристаллических деталей в энергетических установках будущего Йодный лазер 12 лазерных каналов 5 каскадов усиления Энергия = 40 КДж, Суммарная мощность = 100 ТВт (10 14 Вт) Длительность импульса 0.3 нс, Интенсивность излучения Вт/см 2 Недостатки: Необходимость замены газовой смеси Низкая частота выстрелов: - 1 выстрел в сутки для одного канала - 1 выстрел в месяц для 12 каналов Искра-5Искра-5

Искра-6Искра-6 Заседание Президиума РАН, 14 сентября 2005 г. Акад. Р Илькаев: …в стране, чтобы поддерживать соответствующий уровень ядерных научных исследований и ядерных боеприпасов, необходимо иметь мощную лазерную комплексную установку… только в такой установке можно получить в лабораторных условиях термоядерное горение плазмы и облучение мишени разного рода конфигураций с помощью мощного лазерного луча". «Искра-5»«Луч»«Искра-6» 2014 г. Nd – стекло, =0.35 мкм, 128 лазерных канала по 16 активных элементов размер активного элемента 690х400х40 мм энергия в импульсе = 600 кДж длительность импульса = 3-15 нс класс чистоты помещений 100 «УФМЛ» 2010 г.20?? г.

От «Искры» к «УФМЛ» и дальше… «УФМЛ» Рабочая длина волны =0.35 мкм 128 лазерных канала по 16 активных элементов из Nd–стекла Размер активного элемента: 690х400х40 мм Энергия в импульсе = 600 кДж Длительность импульса = 3-15 нс Класс чистоты помещений 100

Перспективы дальнейшего развития сверхмощной лазерной установки Для обеспечения высокой частоты повторения им- пульсов, необходимой в промышленных энергети- ческих установках «лазер- ного термояда» будущего, потребуется замена круп- ногабаритных лазерных элементов из стекла, на крупногабаритные лазер- ные элементы из кристал- лов или оптической кера- мики неодимового или ит- тербиевого граната.

Раздел 5. Примеры применения крупногабаритных кристаллических деталей в авиа-космической промышленности Крупногабаритные высокопрочные и тугоплавкие колпаки и защитные окна самолетов и вертолетов

Крупногабаритные высокопрочные и тугоплавкие кристаллические иллюминаторы космических кораблей

Крупногабаритные высокопрочные и тугоплавкие кристаллические обтекатели самолетов и ракет

Крупногабаритные защитные окна оптических приборов авиа и космической техники

Оптические материалы средневолнового ИК-диапазона для защитных окон авиа и космической техники

Крупногабаритные высокопрочные и тугоплавкие кристаллические сопла ракетных двигателей

Крупногабаритные легкие высокотеплопроводные и высокопрочные кристаллические зеркала телескопов космического базирования

Крупногабаритные высокопрочные и тугоплавкие кристаллические конструкционные элементы деталей авиационной и космической техники

Раздел 6. Применение крупногабаритных кристаллических деталей в судостроении Применение кристаллических и поликристаллических конструкционных материалов в судовых двигателях (поршневая и клапанная группа) Крупногабаритные высокопрочные кристаллические иллюминаторы подводных лодок

Раздел 7. Применение крупногабаритных кристалли- ческих деталей в качестве конструкционных материалов автомобильной промышленности Применение кристаллических и поликристаллических конструкционных материалов в автомобильных двигателях (головка блока цилиндров, поршневая и клапанная группа) Использование крупногабаритных кристаллических окон в фарах и остеклении автомобиля

Раздел 8. Применение крупногабаритных кристаллических деталей в военных технологиях

Раздел 9. Крупногабаритные кристаллические материалы – ключевое направление развития передовых технологий XXI века

Тот, кто не смотрит вперед, оказывается позади. Джордж Херберт