Исследователи НИТУ МИСИС запатентовали аддитивную технологию изготовления электрического вольфрамового нагревателя, позволяющую существенно упростить производство готовых элементов с уникальной многослойной структурой и повысить их качество.
«Аддитивные технологии — это один из драйверов развития современной промышленности: их применение ускоряет производственный цикл, повышает эффективность использования материалов. Коллектив учёных Университета МИСИС под руководством д.ф.-м.н., профессора Сергея Николаевича Жевненко разработал и запатентовал инновационный метод, перспективный для металлургии и высокотемпературной электроники. Аддитивная технология позволяет создавать вольфрамовые нагреватели сложной геометрии и различных размеров, снижает трудоёмкость производства, улучшает надёжность изделия в экстремальных условиях эксплуатации», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
Вольфрамовые нагреватели — ключевой компонент оборудования, работающего при температурах от 1500 до 3000°C. Их устанавливают в вакуумных и защитных печах для спекания и термообработки, а также для выращивания кристаллов, пайки и плавки тугоплавких металлов. Широко используют в высокотемпературной металлургии и порошковых технологиях, а также при синтезе карбидов, нитридов и сверхтвердых соединений. Элементы устанавливают в лабораторном оборудовании, которое моделирует экстремальные условия для испытания новых сплавов, керамики и композитов. Однако традиционное изготовление вольфрамовых нагревателей трудоёмко из-за сложностей обработки металла, что ограничивает масштаб и эффективность их применения. Учёные МИСИС решили эту проблему с помощью аддитивных технологий, применив для производства нагревателя метод селективного лазерного плавления.
«Традиционные методы производства вольфрамовых нагревателей — выплавка, точение, ручная сборка составной конструкции — сложны и дороги, особенно если речь идёт о компактных изделиях с многокомпонентной структурой. Мы запатентовали технологию аддитивного производства, которая радикально упрощает устоявшиеся процессы», — рассказывает д.ф.-м.н. Сергей Жевненко, профессор кафедры физической химии НИТУ МИСИС.
Благодаря правильно подобранным режимам сплавления учёным удалось сделать вольфрамовый нагреватель цельным и не требующим дополнительной оснастки.
«Для печати мы использовали порошок чистого вольфрама с размером частиц в десятки микрометров. Поскольку этот металл плавится при очень высокой температуре, около 3422 °C, процесс требовал высокой мощности излучения и точной настройки технологических параметров. В установке селективного лазерного плавления мы локально расплавляли вольфрамовый порошок в атмосфере аргона, слой за слоем формируя изделие», — объясняет PhD Станислав Чернышихин, заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС.
По словам к.ф.-м.н. Айнура Хайруллина, инженера 1 категории научного проекта кафедры физической химии НИТУ МИСИС, с помощью разработанной технологии можно в разы легче и дешевле, в сравнении с традиционными вольфрамовыми нагревателями, изготавливать элементы небольшого размера для научного и учебного применения. Это поможет без дополнительных затрат повысить скорость и эффективность исследований, в которых применяются высокотемпературные лабораторные методы. В целом разработка открывает путь к массовой печати вольфрамовых нагревателей для широкого спектра промышленных применений.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ
