Институт прикладной физики РАН обработка материалов излучением миллиметрового диапазона Высокотемпературная обработка материалов излучением миллиметрового. - презентация

1 Институт прикладной физики РАН обработка материалов излучением миллиметрового диапазона Высокотемпературная обработка материалов излучением миллиметрового диапазона Перспективы использования СВЧ-излучения в материаловедении определяются принципиальными отличительными особенностями СВЧ- нагрева. Объемное поглощение СВЧ- излучения позволяет обеспечить однородный и существенно более быстрый нагрев изделий по сравнению с традиционными методами, что обуславливает такие экономические и технологические преимущества, как снижение энергозатрат, сокращение времени процессов, достижение температур порядка °С в любой газовой атмосфере, обеспечение высокой экологической чистоты процессов. Специфические свойства СВЧ-нагрева - селективность, безинерционность, наличие интенсивных электромагнитных полей, определяют возможность принципиально нового физического подхода к созданию материалов, основанного на управлении их микроструктурой в таких процессах как спекание ультрадисперсных и наноструктурных керамических материалов; спекание порошковых металлических и металлокерамических материалов; соединение керамических материалов между собой и с металлами; создание покрытий различного функционального назначения; сверхбыстрый отжиг полупроводниковых структур.

2 Институт прикладной физики РАН применения излучения миллиметрового диапазона Перспективы применения излучения миллиметрового диапазона Расширение класса эффективно нагреваемых веществ (оксидные и нитридные материалы) Высокие скорости процессов Тонкая и однородная микроструктура Высокая однородность распределения микроволновой энергии в рабочих камерах 1.Спекание и соединение изделий сложной формы. 2.Однородный нагрев (отжиг) изделий с большой поверхностью. Время СВЧ - спекания керамического шпинделя весом более 1 кг составляет 6 часов против 36 часов при традиционном спекании Повышенные прочностью и твердость, улучшенные функциональные свойства Микроструктура Al 2 O 3 - керамики, полученной при микроволновом (а) и традиционном (б) спекании микроволновом (а) и традиционном (б) спекании а) б) 10 мкм

3 Институт прикладной физики РАН Наноструктурная керамика 1. 1.Керамические материалы с повышенной износостойкостью Керамические материалы с повышенной пластичностью Точное формообразование при спекании керамических изделий. С уменьшением размера зерна d скорость диффузионных процессов увеличивается как 1/d 3 Возможность точного формообразования путем пластичной деформации Микроструктура, полученная на атомно-силовом микроскопе (средний размер зерна < 100 нм) Спекание наноразмерной Al 2 O 3 – керамики при быстром и управляемом СВЧ - нагреве Микротвердость Н μ возрастает с уменьшением размера зерна

4 Институт прикладной физики РАН Высокоскоростной отжиг ионно- имплантированного кремния Создание полупроводниковых структур с топологическими размерами порядка 100 нм При СВЧ-отжиге кремниевых пластин с сверхузкой глубиной имплантированного слоя получены результаты, соответствующие рекордным значениям величины поверхностного сопротивления и глубины слоя, что открывает новые возможности для производства интегральных схем следующего поколения. Сокращение времени отжига при СВЧ - нагреве за счет более высокой скорости остывания пластин Уменьшение диффузионного расплывания имплантированного слоя Толщина слоя, нм Результаты отжига Si - пластин диаметром 100 нм R S [Ом / ]

5 Институт прикладной физики РАН Специализированные гиротронные комплексы Создана серия специализированных гиротронных комплексов для исследования физических основ СВЧ-технологий создания новых материалов, разработки технологических процессов и их пилотных испытаний. Основные технические характеристики мощность СВЧ-излучения(3 ÷ 30) кВтмощность СВЧ-излучения(3 ÷ 30) кВт интенсивность волнового пучка(1 ÷ 50) кВт/см 2интенсивность волнового пучка(1 ÷ 50) кВт/см 2 частота(24 ÷ 84) ГГцчастота(24 ÷ 84) ГГц объем рабочей камеры~ 100 лобъем рабочей камеры~ 100 л рабочее давление(10-5 ÷ 2) атмрабочее давление(10-5 ÷ 2) атм многоканальная система диагностики температуры объектов с точностью измерения ±0.2% при Т ~ 2000°С и временем разрешения 0.1 секмногоканальная система диагностики температуры объектов с точностью измерения ±0.2% при Т ~ 2000°С и временем разрешения 0.1 сек компьютерная система управления процессами СВЧ - обработки материаловкомпьютерная система управления процессами СВЧ - обработки материалов возможность однородного объемного и поверхностного нагрева материаловвозможность однородного объемного и поверхностного нагрева материалов Гиротронный комплекс мощностью 3 кВт на частоте 24 ГГц

6 Институт прикладной физики РАН Области коммерческого использования результатов, наличие потенциальных потребителей Широкие функциональные возможности комплексов обеспечат востребованность оборудования для исследований и пилотных испытаний процессов, направленных на создание материалов в интересах авиакосмической техники, машиностроительной, электронной, химической промышленности, биомедицины. Актуальность его создания подтверждается высокой заинтересованностью в данном оборудовании, проявляемой со стороны многих зарубежных и таких отечественных организаций, как ГНЦ РФ ОНПП Технология (Обнинск), РИТЦ порошковой металлургии (Пермь), НИИ НПО Луч (Подольск), ГНЦ Чермет, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (Москва), Институт электрофизики УрО РАН (Екатеринбург), РФЯЦ ВНИИЭФ (Саров), НПП Исток (Московская обл.) и др. К настоящему времени гиротронные комплексы поставлены в Национальные лаборатории США (Los Alamos, Sandia, Livermorе), исследовательские центры Германии, Китая, Франции, Японии, в зарубежные компании Nippon Steel Glass Corp., (Япония), General Atomics, Gyrotron Technology, Inc., Thor Technologies, Inc., (США). На основе анализа платежеспособного спроса на оборудование и с учётом его высокой конкурентоспособности ежегодная емкость рынка составляет в настоящее время 3-5 миллионов долларов США. Промышленное изготовление комплексов позволит: оснастить отечественные центры, специализирующиеся в различных областях материаловедения, универсальным высокотехнологичным оборудованием,оснастить отечественные центры, специализирующиеся в различных областях материаловедения, универсальным высокотехнологичным оборудованием, способствовать занятию российскими институтами лидирующих позиций в области разработок материалов следующего поколения,способствовать занятию российскими институтами лидирующих позиций в области разработок материалов следующего поколения, повысить экспортный потенциал РФ за счет продаж, как самого оборудования, так и лицензионного продукта.повысить экспортный потенциал РФ за счет продаж, как самого оборудования, так и лицензионного продукта.