Цивилизация
Кварц остается ключевым материалом для современной электроники, космической техники, медицины и оптики, однако его обработка по-прежнему представляет серьезную проблему для высокотехнологичных отраслей. Малейшая ошибка при сверлении приводит к сколам и трещинам, из-за чего производители теряют дорогостоящие детали. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета предложили готовое решение, позволяющее сократить время обработки на 40% и снизить брак. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Кварц незаменим практически везде — от стабильности кардиостимуляторов до точности космических аппаратов. Этот минерал лежит в основе кварцевых резонаторов смартфонов, оптических элементов лазеров, ультразвуковых датчиков, волоконно-оптических линий связи и даже кремниевых кристаллов, из которых выращивают процессоры.
Любая попытка сверления обычным инструментом заканчивается разрушением. На практике применяются алмазные трубчатые сверла, которые аккуратно снимают микрочастицы, не нарушая кристаллическую структуру. Но эффективность таких инструментов полностью зависит от того, как закреплены алмазные зерна. Слишком жесткая связка вызывает микросколы, слишком мягкая — приводит к быстрому износу. От равномерности распределения алмазов, отводимости тепла и размера режущих граней зависит, удастся ли получить идеальное отверстие или деталь придётся выбросить.
Команда ПНИПУ впервые системно проверила, как разные способы изготовления алмазного инструмента ведут себя при сверлении кварца. Для эксперимента создали три сверла одинаковой формы, различавшихся только методом закрепления алмазных частиц. Тестирование проводилось на одном оборудовании при 2500 оборотах в минуту, пока инструмент полностью не изнашивался — применялся так называемый разрушающий метод, позволяющий объективно оценить ресурс.
Лучше всех проявило себя экспериментальное сверло, созданное гальваническим методом. В процессе изготовления алмазные частицы закрепляются в тонком никелевом слое, который постепенно истирается и «высвобождает» новые острые грани.
«Сверло не раскалывает минерал, а бережно срезает микрочастицы, обеспечивая ровное отверстие», — отметил декан механико-технологического факультета ПНИПУ Михаил Песин.
Инструмент проработал дольше остальных — около 200 секунд — и просверлил самое глубокое отверстие с минимальными дефектами.
Исследователи подчеркнули, что это одна из первых в мире работ, в которой не просто анализируются существующие решения, но создается реальный инструмент, адаптированный именно под кварц — один из наиболее «капризных» материалов высокотехнологичной промышленности. Разработка уже вызвала интерес у промышленных партнеров: она позволяет отказаться от импортных инструментов, уменьшить вероятность дефекта и значительно ускорить производство кварцевых компонентов.
Ранее в России создали наножидкость для увеличения нефтедобычи.