Новости
2025-09-30 23:00

От космоса до интернета: российские учёные нашли способ ускорить создание ключевого материала

Кварцевое стекло — ключевой материал для многих высокотехнологичных отраслей: от телекоммуникаций и микроэлектроники до лазерной техники и космической индустрии. Однако его производство традиционно остаётся сложным и энергоёмким процессом.
Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно со специалистами Пермской научно-производственной приборостроительной компании (ПНППК) разработали методику, которая позволяет в шесть раз ускорить производство кварцевого стекла и при этом снизить энергозатраты почти на 80 %.
"Основой каждого оптоволоконного кабеля является сверхчистое кварцевое стекло. Мы нашли способ сократить время термообработки с 60 до 10 часов, сохранив качество материала", — рассказали в пресс-службе ПНИПУ.

Как работает новый метод

Сегодня самым современным способом производства кварцевого стекла считается золь-гель технология. Она заключается в преобразовании жидкого раствора — золя — в твёрдый гель, который затем подвергается длительной очистке и обжигу при температуре выше 1000 °C.
Главная проблема метода — продолжительная термическая обработка: она длится свыше 60 часов и требует до 4000 кВт⋅ч электроэнергии на одну партию в 100 кг. Малейший сбой в температурном режиме приводит к браку, а наличие пузырьков и неровностей в геле делает процесс ещё более трудоёмким.
Учёные ПНИПУ решили проблему на раннем этапе — стадии "созревания" геля.
"В ходе эксперимента мы меняли тип катализатора, количество воды и добавляли или убирали растворитель — этиловый спирт. Чтобы материал после высушивания имел меньше дефектов, его нужно превращать в гель медленно и равномерно", — пояснил начальник бюро новых разработок ПАО "ПНППК" Александр Возяков.

Оптимальные пропорции

Исследователи выяснили: если использовать менее 0,1 % водного аммиака и добавить этиловый спирт, частицы диоксида кремния формируются более прозрачными и с меньшим количеством трещин. В результате материал уже на выходе из стадии геля оказывается качественным и требует меньше времени для финального обжига.
"Подбор идеальных пропорций позволил сократить время термообработки готового геля при температуре 1200 градусов Цельсия с 60 до 10 часов. При этом плотность и пористость материала остались на прежнем уровне", — отметила профессор ПНИПУ Светлана Порозова.

Сравнение: традиционный и новый метод

Параметр
Золь-гель технология (стандарт)
Новый метод ПНИПУ
Время обжига
~60 часов
~10 часов
Энергозатраты
3500-4000 кВт⋅ч
~600-700 кВт⋅ч
Вероятность брака
Высокая при сбоях
Снижена за счёт улучшенного геля
Качество материала
Высокое
То же качество

FAQ

Для чего используется кварцевое стекло?
В оптоволокне, лазерах, электронике, космических приборах.
Можно ли масштабировать метод?
Да, технология рассчитана на промышленные партии весом 100 кг и выше.
Сколько времени займёт внедрение?
По оценке экспертов, от 2 до 5 лет в зависимости от готовности предприятий.

Плюсы и минусы нового метода

Подход
Плюсы
Минусы
Новый метод
Экономия энергии, сокращение времени, то же качество
Требуется адаптация производственных линий
Стандартный метод
Отработанная технология, стабильность
Дорого и долго
Импортное стекло
Быстрая закупка
Зависимость от поставщиков

3 интересных факта

  1. Кварцевое стекло обладает уникальной прозрачностью для ультрафиолета.
  2. Оно выдерживает экстремальные температуры — от криогенных до 1200 °C.
  3. Этот материал используется даже в медицинских лазерах для операций.