12.12.2023
Фото: ОНПП «Технология»
При слове «керамика» нам в первую очередь представляется посуда, горшки, глиняные игрушки или что-то подобное. Но сегодня мы поговорим о создании промышленных керамических изделий, функциональные возможности которых сравнимы с металлами, а в некоторых случаях в разы превосходят их. В основе такой керамики – природные материалы и неорганические соединения. Их сочетание дает нужные качества – прочность, твердость, термостойкость и даже радиопрозрачность.
Обнинское научно-производственное объединение «Технология» занимается керамическим направлением с 1964 года. За это время в стенах предприятия Ростеха разработано более 100 керамических материалов и создано свыше 600 наименований изделий из них.
О разнообразии технической керамики и ее применении – в нашем материале.
«Глина» для промышленности
По одному из определений, керамика – это твердое соединение, формирующееся при тепловой обработке и иногда давлении, состоящее не менее чем из двух химических элементов, из которых как минимум один является неметаллом. Керамика на основе глины считается одним из первых искусственных материалов, созданных человечеством. Самые ранние предметы из обожженной глины найдены в раскопках, относящихся к 29-35 тысячелетию до нашей эры.
Достоверно неизвестно, когда керамика нашла применение в промышленности, но сегодня мало какая отрасль обходится без нее. Техническая керамика отличается от остальных видов по составу компонентов, условиям производства и сфере применения.
В стенах Обнинского научно-производственного объединения «Технология», входящего в Госкорпорацию Ростех, техническая керамика изготавливается уже без малого 60 лет. Изделия из Обнинска востребованы в различных областях промышленности, в том числе в самых высокотехнологичных – авиастроении и космической отрасли.
«Алхимия» керамики
Материалы и изделия на ОНПП «Технология» изготавливаются преимущественно из оксидов. Одним из них является диоксид циркония (ZrO2) – кристаллический порошок, обеспечивающий в комбинации с другими веществами широкий диапазон свойств.
Например, сочетание ZrO2 c оксидами магния и кальция дает высокую термостойкость. Изделия из такой жаростойкой керамики могут выдерживать нагрев до +2300 °С и потому незаменимы в металлургии. Из нее изготавливаются тигли и дозаторы для разливки стали, а также форсунки, сопла и втулки для распыления металлов. В стекольной промышленности этот вид керамики применяется для футеровки − защитной облицовки высокотемпературных печей.
Диоксид циркония в сочетании с оксидами иттрия и скандия обеспечивает электропроводность изделий, что, например, находит применение в атомной энергетике. Именно из этого соединения изготавливаются чувствительные керамические элементы датчиков контроля кислорода, посредством которых ведется контроль за ключевыми параметрами работы атомных реакторов. Кроме того, без этого соединения не обходится альтернативная энергетика – из керамики изготавливаются электрохимические элементы аккумуляторов.
Диоксид циркония с добавками из диоксида иттрия и алюминия обладает высокой прочностью, до 1000 мПа. Благодаря таким свойствам комплектующие для промышленного оборудования получаются износостойкими. Востребовано это качество и в телекоммуникационной сфере, например для производства волоконно-оптических линий связи.
Керамика на основе оксида алюминия, или корунда, отличается высокой твердостью, прочностью и трещиностойкостью, а потому может применяться для создания бронезащиты. Ударопрочные керамические элементы повышают защищенность техники, при этом не влияя критически на ее вес. В составе композитной брони корундовая керамика выполняет роль дробящего слоя и более эффективно защищает от бронебойных пуль и снарядов, чем сталь.
Керамическая одежда для «Бурана»
Интересно, что мощный импульс керамическому направлению обнинского предприятия дало участие в проекте по созданию космического челнока «Буран». Работа над проектом в «Технологии» началась в 1977 году, а взлетел орбитальный корабль в 1988 году.
Впервые в стране для «Бурана» было разработано теплозащитное покрытие многократного использования. Благодаря ему корпус корабля выдержал температуру 1500 °С во время входа в атмосферу. Для того чтобы космоплан смог выйти из огня невредимым, была создана специальная керамическая плитка для обшивки. «Технология» обеспечила изготовление таких плиток для покрытия шести орбитальных кораблей – для этого был запущен новый цех на предприятии. Только для одного космоплана, который совершил космический полет, было выпущено 38 800 плиток.
Термостойкие плитки покрытия «Бурана»
Наука о керамике не стоит на месте. Создаются новые материалы и методы работы. Например, в ОНПП «Технология» работают над 3D-печатью из керамических материалов, которая может применяться для создания изделий сложной формы. Предприятие Ростеха предлагает полный цикл работы с технической керамикой: от разработки материала под задачи заказчика до финального изготовления изделия. Мощности «Технологии» сегодня могут обеспечить 20% потребностей российского рынка керамических материалов и изделий.