Ученые Университета МИСИС разработали новое износостойкое оптически прозрачное покрытие для защиты солнечных батарей космических аппаратов и элементов оптических устройств авиационной техники. Нанесение слоя Ta-Si-N (тантал-кремний-азот) позволит решить глобальную проблему, связанную с воздействием частиц космического мусора и микрометеороидов на космические аппараты.

Интенсивное разрушение от столкновений испытывают в космосе фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) солнечных батарей. Для защиты ФЭП от воздействия микрочастиц широко применяются тонкие стекла. Однако их применение ограничено низкими прочностными характеристиками, такими как твердость и вязкость разрушения, а также они заметно утяжеляют солнечные батареи. Защитить оптические устройства (иллюминаторы, ФЭП, солнечные коллекторы и др.) от разрушающего воздействия можно с помощью износостойкого покрытия Ta-Si-N, обладающего высоким коэффициентом пропускания до 80-90%. Подробно результаты исследования описаны в международном научном журнале Surfaces and Interfaces (Q1).

"Покрытия в системе Ta-Si-N превосходят известные оптические полупроводниковые оксидные покрытия по скорости роста в 2-7 раз и по стойкости к воздействию абразивных частиц в 1,5-5 раз, что делает их использование перспективным для увеличения срока службы и эксплуатационных характеристик таких объектов, как фотоэлектрические преобразователи солнечных батарей, детали оптических устройств и компоненты лазерной техники", - отметил д.т.н. Филипп Кирюханцев-Корнеев, заведующий лабораторией "In situ диагностика структурных превращений" Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН (НУЦ СВС), профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ МИСИС.

Покрытия Ta-Si-N были получены в вакууме по технологии магнетронного распыления, когда в результате столкновения электронов с атомами рабочего газа над поверхностью катода образуется плазма. Положительные ионы аргона (Ar+), образующиеся в разряде, ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность, выбивают атомы, которые затем переносятся и осаждаются на изделии. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№ 19-19-00117-П).

"Специфические оптические характеристики получаются за счет гибкого управления параметрами осаждения покрытий, в том числе парциального давления реакционного газа. Атомы азота вступают в реакцию с танталом и кремнием, образуя износостойкий оптически прозрачный слой, обладающий аморфной структурой", - прокомментировала младший научный сотрудник лаборатории "In situ диагностика структурных превращений" НУЦ СВС Университета МИСИС Алина Сытченко.

Покрытия в системе Ta-Si-N обладают уникальным сочетанием качеств и характеризуются высоким оптическим коэффициентом пропускания, износостойкостью, термической стабильностью до 1200°С, показателем преломления в диапазоне 2.0-2.5, а также стойкостью к окислению. Улучшенные свойства обеспечиваются за счет высокой объемной доли аморфной фазы на основе нитрида кремния (a-SiNx), а также аморфной структуры с отсутствием границ зерен, служащих центрами рассеяния света и каналами ускоренной диффузии кислорода.

Ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова отметила: "Аэрокосмическая отрасль - одна из самых высокотехнологичных и наукоемких в экономике России, ее развитие является задачей национального масштаба. Ученые Университета МИСИС на протяжении ряда лет ведут разработки для космической промышленности. Исследователи вуза создают новые материалы с заданными свойствами для использования в экстремальных условиях, разрабатывают прорывные технологии, связанные с освоением космоса, производством и эксплуатацией космических аппаратов различного назначения. Износостойкое покрытие, созданное учеными Университета МИСИС, защитит оптические элементы и улучшит функциональные характеристики аэрокосмических летательных аппаратов".

В настоящий момент ученые работают над улучшением свойств покрытий и технологии их осаждения. По их мнению, текущие наработки имеют большое значение для развития отрасли бескислородных оптических покрытий. Представленное исследование является продолжением ранее начатых работ по созданию эрозионностойких и просветляющих оптических покрытий, полученных при магнетронном распылении керамических катодов. Впервые эффект "оптической прозрачности" был обнаружен авторами в пленках Zr-B-N (цирконий-бор-азот) и описан в научном журнале Surface and Coatings Technology (Q1).

Университет науки и технологий МИСИС - ведущий вуз страны в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов. Опираясь на вековые традиции признанных в России и мире научных школ, современные образовательные технологии, университет ставит перед собой задачу внести максимальный вклад в развитие экономики за счет прорывных разработок и качественной подготовки специалистов. В научно-исследовательской деятельности Университет МИСИС концентрируется на таких приоритетных направлениях, как металлургия, горное дело, материаловедение, квантовые технологии, биоматериалы и биоинженерия, альтернативная энергетика, аддитивные и информационные технологии.

В вузе действует порядка 45 научно-исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. В состав университета входит 7 институтов и 6 филиалов - четыре в России и два за рубежом. В вузе более 23 000 обучающихся, 25% студентов - граждане 86 стран. Университет МИСИС сотрудничает более чем с 1600 крупнейшими компаниями России и мира - лидерами в своих отраслях. ...