Пермские ученые создали технологию обработки оптоволокна из отечественного сырья
Ученые и инженеры Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» (ПНППК) разработали технологию, позволяющую производить оптоволокно из отечественного сырья. Полученный продукт по качеству не уступает импортным аналогам, при этом он в 1,5 раза устойчивее к воздействию влаги и высоких температур.
Оптическое волокно — это тончайшая нить, которая используется в датчиках и системах управления в авиации, ракетостроении и навигации. Чтобы сделать его прочным и устойчивым к нагрузкам, особое внимание уделяют подготовке кварцевых труб, из которых изготавливается волокно. Поскольку любой дефект на них может привести к разрушению материала, существует специальная технология обработки.
Сейчас в международной практике для изготовления таких труб используют специальную технологию. Сначала поверхность шлифуют, чтобы снять грубые неровности. Затем обрабатывают в концентрированной кислоте, убирая микротрещины и поврежденный слой, оставшийся после механической обработки. В конце стекло обрабатывают кислородно-водородной горелкой, которая делает его поверхность идеально гладкой.
Проблема в том, что такая трехступенчатая технология подходит только для импортного кварцевого стекла. В России же трубы изготавливают из другого сырья, и существующая технология для них неэффективна. Авторы создали новую технологию обработки кварцевых труб из отечественного сырья.
Исследователи начали с того, что обработали по стандартной технологии образцы отечественного и импортного стекла. Изучив их под микроскопом, они выяснили, что у российского материала более хрупкая структура, и он сильнее разрушается, что необходимо учитывать при создании нового режима обработки.
Чтобы подобрать для такого стекла точные параметры, ученые провели серию экспериментов. Они сосредоточились на ключевом этапе, когда трубу помещают в кислоту. Именно от ее концентрации и времени обработки зависит, станет ли поверхность гладкой или, наоборот, покроется новыми дефектами. Исследователи взяли отечественные образцы и постепенно меняли эти два условия, отслеживая изменения на поверхности материала.
Это позволило добиться такого же качества поверхности, как у существующих аналогов, но с меньшими затратами. При этом российское кварцевое стекло стало в 1,5 раза устойчивее к воздействию влаги и высоких температур, чем импортные образцы.
«Опираясь на результаты эксперимента, мы разработали новую технологию обработки. Для этого изменили все ключевые параметры: снизили концентрацию кислоты в 4 раза, сократили время выдержки в растворе в 6 раз, а огневую полировку стали проводить в два раза чаще. Поскольку отечественный материал был хрупким, мы также решили использовать более слабый раствор кислоты, который не будет увеличивать дефекты, а снимет дефектный слой», — рассказала один из авторов разработки, аспирантка кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций» ПНИПУ, ведущий инженер-технолог ПНППК Александра Бурдина.
Новый режим проверили на нескольких образцах труб из российского сырья. После обработки поверхность стала идеально гладкой, как у импортных аналогов. Это значит, что на ней больше нет микротрещин и неровностей, которые могли бы стать причиной разрушения волокна.
«Также мы проверили долговечность полученных образцов. Их поместили в климатическую камеру, где сымитировали тяжелые условия эксплуатации: повышенную влажность, высокую температуру и их циклические перепады. После этого проверили их прочность: у отечественного волокна этот показатель был в 1,5 раза выше, чем у импортного. Теперь их можно использовать в условиях высокой влажности и температур, где зарубежные аналоги будут быстрее терять свои свойства», — дополнил еще один автор работы, заведующий кафедрой «Общая физика» ПНИПУ, доктор физико-математических наук Анатолий Перминов.
По мнению исследователей, разработанная технология позволит отказаться от импортных материалов в производстве оптического волокна для различных приборов в нефтегазовой отрасли, медицине, энергетике и транспорте, то есть везде, где нужны надежные системы контроля и измерения, работающие в сложных условиях.
Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.
Подписывайтесь на наш канал в МАX
"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"