Прозрачная керамика будущего: как 3D-печать и гелевое литье создают материалы для экстремальных условий

Представьте материал, который сочетает прочность стали, прозрачность стекла и устойчивость к температурам в тысячи градусов. Это не фантастика — речь о прозрачной керамике на основе оксида иттрия (Y₂O₃) и иттрий-алюминиевого граната (Y₃Al₅O₁₂). Ученые ИМЕТ РАН под руководством академика К.А. Солнцева не только разработали такой материал, но и предложили метод его производства, который открывает путь к созданию деталей любой формы — даже с внутренними каналами. Все благодаря симбиозу 3D-печати и гелевого литья.

Как это работает?
Сначала на 3D-принтере создается каркас будущего изделия, будь то оптическая линза, лазерный элемент или деталь с микроскопическими внутренними полостями. Затем в форму заливается керамическая суспензия на основе геля, под действием температуры гель затвердевает, фиксируя структуру, после чего форму удаляют, а заготовку спекают при высоких температурах. Результат — монолитные прозрачные керамические изделия сложной геометрии с высокой прочностью и трещиностойкостью!

В чем инновация?
Новый подход позволяет:
⚫️Создавать детали любой сложной геометрии, достаточно лишь распечатать форму на простом 3D-принтере.
⚫️Добиться равномерного размера зерна всего в 3 мкм, что повышает прочность.
⚫️Получить высокую прозрачность без химических примесей.

Где это пригодится?
1. Мощные лазеры. Твердотельные лазеры сверхвысокой мощности требуют активных сред, которые не трескаются от перегрева. Прозрачная керамика с внутренними каналами для охлаждения — идеальное решение.

2. Космос и авиация. Окна гиперзвуковых летательных аппаратов должны выдерживать температурные перепады и песчаную эрозию. Керамика в 3 раза устойчивее к абразивному износу, чем кварцевое стекло.

3. Защита техники. Бронестекла из таких материалов смогут защитить от пуль и снарядов.
А может быть вы хотите себе смартфон с экраном, надежно закрытым керамической броней, разработанной отечественными учеными?

📑Публикация: Kolomiets, T.Y., Tel’nova, G.B., Ashmarin, A.A., Solntsev, K.A. Preparation and Properties of Transparent Scandium Oxide-Modified Nd:YAG Ceramics. Inorg Mater 59, 530–536 (2023).

🔗Ссылка: https://doi.org/10.1134/S0020168523050072