Микроволновое излучение в технологических процессах

В ИПФ разработаны и созданы специализированные гиротронные комплексы для технологических применений мощностью 3–15 кВт, работающие на частотах 24–30 ГГц. Их основой являются непрерывные гиротроны, работающие с использованием «теплых» соленоидов или постоянных магнитов. Уникальные по функциональным возможностям гиротронные комплексы поставлены в ведущие научные центры Японии, США, Германии, Китая, Франции.

В последние годы интенсивно развиваются работы по использованию излучения сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн для создания новых материалов. Значительные успехи достигнуты в исследованиях процессов спекания перспективных ультрадисперсных керамических и композиционных материалов и выращивания алмазных пленок из газовой фазы в плазме, поддерживаемой электромагнитным излучением.

С помощью микроволнового спекания в ИПФ (лаборатория Ю. В. Быкова) удалось получить мелкозернистые керамические материалы. Установлено, что образцы на основе наноразмерных порошков окислов металлов, спеченные при нагреве микроволновым излучением, имеют повышенные механические свойства. В частности, трещиностойкость и износоустойчивость керамических материалов на основе окиси алюминия с добавками окиси магния и добавками окиси циркония, стабилизированной окисью иттрия, на 30–50% выше, чем в керамике, полученной из микронных и субмикронных порошков.

Установка для синтеза алмазных пластин и поликристаллический алмазный диск

Основное направление исследований в области плазмохимического осаждения алмазных пленок (лаборатория А. Л. Вихарева) связано с разработкой реакторов и условий поддержания плазмы с целью повышения скорости роста алмаза в сравнении со скоростью, достигнутой в существующих реакторах. Ведутся разработки технологии осаждения алмазных пленок в реакторе, работающем в импульсно-периодическом режиме. Разработан лабораторный вариант реактора для осаждения алмазных пленок в плазме, поддерживаемой излучением миллиметрового диапазона. Для создания и поддержания в смеси газов стабильного локализованного СВЧ-разряда, из которого осуществляется осаждение алмазных пленок, используются мощный гиротрон и оригинальная квазиоптическая зеркальная система, формирующая устойчивую конфигурацию пересекающихся волновых пучков. Высокая концентрация электронов в плазме такого реактора обеспечивает повышенную скорость наработки химически активных частиц и рекордные скорости роста оптических прозрачных поликристаллических алмазных пленок и пластин.

Выращенные осаждением из газовой фазы поликристаллические алмазные пластины имеют оптическую прозрачность и низкие диэлектрические потери (тангенс угла потерь 10-5 в диапазоне частот 110–170 ГГц). Алмазные диски диаметром 75 мм и толщиной до 2 мм используются для создания окон вывода излучения мощных гиротронов, разрабатываемых для нагрева плазмы в установках УТС.

Проведение экспериментов по спеканию наноструктурированной керамики на специализированном гиротронном комплексе