Проект "Разработка химико-технологических основ получения люминесцентной керамики со сложной геометрией методом 3D печати как компонента сверхбыстрого композитного сцинтиллятора нового поколения" (грант РНФ № 22-13-00172)

Зачем это нужно

Трехмерная печать – это передовой метод изготовления прототипов и массовых изделий сложной формы часто недоступной или сложно реализуемой для традиционных подходов. Среди всех массовых и широко распространенных методов трехмерной печати стереолитография занимает особое место в силу наиболее высокого пространственного разрешения, относительно высокой скорости печати и своей универсальности. Высокое разрешение важно для прикладных областей, где требуется создание миниатюрных термически- и химически стойких керамических изделий высокой сложности. В основе метода лежит послойная контролируемая полимеризация (отверждение) фоточувствительных мономеров при световом облучении.

Введение керамических частиц в фоточувствительные мономеры в сочетании с некоторыми иными функциональными добавками позволяет получать высоконаполненные суспензии, которые можно использовать для формования композитов и в дальнейшем плотных поликристаллических изделий после термической обработки. Можно полагать, что сцинтилляционные керамические и композитные материалы на базе сложных оксидов состава (Gd,Y)3Al2Ga3O12:Ce со структурой граната сложной архитектуры могут быть полезны для различных практических применений, например для детектирования газообразных радиационных материалов и пр.

Как мы пытаемся этого достичь

Используя высокодисперсные порошки сложных оксидов со структурой граната различного состава, синтезированные в нашей лаборатории самостоятельно, мы изучаем влияние состава фотоотверждаемых суспензий на характеристики целевой керамики, стремимся получить керамику с отличными сцинтилляционными и оптическими свойствами. Кроме того, изучаем физико-химические процессы, протекающие на всей цепочке от синтеза порошка до получения керамики.

Целью проекта является разработка химико-технологических основ получения керамики на основе сложных оксидов со структурой граната методом стереолитографической трехмерной печати и исследованию применимости этого подхода для получения композитных сцинтилляторов нового поколения.

В последние несколько лет доступность аппаратов позволяющих работать по такому методу существенно возросла. Идея проекта состоит в том, чтобы, используя общедоступные дешевые DLP 3D принтеры простейших конструкций, предназначаемые изначально для печати исключительно пластиковыми материалами, получать композитные объекты сложной архитектуры, которые путем дальнейшей термообработки превратить в поликристаллический керамический материал. Будут разработаны и апробированы составы фотоотверждаемых суспензий подходящие по своей совокупности свойств для стереолитографической печати.

Основные задачи проекта

• Исследование влияния состава, способа получения и обработки порошков на основе сложных оксидов со структурой граната на их микроструктуру и свойства получаемой керамики
• Исследование влияния состава и микроструктуры порошков, а также состава получаемых из них суспензий на их реологические и фоточувствительные характеристики.
• Исследование влияния условий отверждения суспензий различного состава на основе порошков оксидов со структурой граната и режимов печати на характеристики получаемых сырцов и керамики.
• Поиск оптимальных способов получения изделий различной формы из поликристаллических материалов на основе сложных оксидов со структурой граната с деталями с размерами 500 мкм и менее.
• Исследование факторов, влияющих на пространственное разрешение изделий, получаемых с использованием методов трехмерной печати из керамических суспензий на основе оксидов со структурой граната и поиск способов его повышения.
• Исследование процессов, протекающих в сырцах, при термообработке и спекании и их влияния на микроструктуру и функциональные свойства конечного материала.