Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета совместно с коллегами из Казахстана нашли способ усовершенствования технологии изготовления датчиков для ракетно-космической и авиационной промышленности. Ноу-хау упростит процесс их изготовления, повысит прочность конечных изделий и понизит стоимость. В настоящее время созданы прототипы продукта. Изобретение снизит в пять раз затраты на производство датчиков для авиационного и ракетного оборудования. Об этом сообщило ТАСС. 

В ракетно-космической, авиационной, военно-транспортной технике повсеместно используются датчики давления, ускорения, вибрации и многие другие. Они должны выдерживать большие температуры, механические нагрузки, так как подвергаются жестким условиям эксплуатации.

При их производстве строго должен соблюдаться технологический процесс сборки. Кроме того, датчики не дешевы. Для того чтобы создать прочный и отвечающий всем требованиям компонент будущего оборудования используют дорогостоящие материалы: золото, серебро, сапфир, высокочистый кремний.

Один из разработчиков способа, д-р техн. наук, профессор кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология» ПГУ Пётр Михайлов рассказал, что в настоящее время во всем мире не существует эффективных технологий для создания надежных соединений чувствительных элементов и кристаллов в конструкциях таких датчиков.

Отметим, что при их создании чаще всего прибегают к методам пайки и склейки высокотемпературными припоями, что не позволяет обеспечить временную и параметрическую стабильность датчиков.

Научный коллектив ученых Пензенского государственного университета (Россия) и Института механики и машиноведения имени академика У. А. Джолдасбекова (Казахстан) — д-р техн. наук, профессор кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология» ПГУ Пётр Михайлов, д-р техн. наук, профессор Института механики и машиноведения имени академика У. А. Джолдасбекова Амандык Тулешов, Жомарт Уалиев, Асем Кабдолдина, Аскар Хикметов, Динара Аринова, Арман Ибраева — разработал способ, позволяющий отказаться от благородных металлов и сложного технологического процесса соединения.

Поясним. В настоящее время сборка датчиков на основе многослойных покрытий проводится в нескольких технологических циклах: приготовление и нанесение пленкообразующего раствора на подложку, термообработка и обжиг, охлаждение. При этом температура при обжиге может превышать 700 градусов Цельсия.

Коллаборация ученых России и Казахстана предлагает получать многослойную структуру на основе стеклянной и металлической пластин с использованием электростатического соединения с последующим нагревом и сжатием. Дефицитные материалы они заменили на алюмооксидную керамику, монокристаллический, поликристаллический, аморфный кремний, стекло и на металлический сплав ковара.

Технологический процесс занимает всего один час. В известных способах датчик изготавливается за три-четыре часа.

Процесс происходит следующим образом. На очищенную сапфировую подложку напылением наносят пленку кремния. Она может быть кристаллической, поликристаллической (состоит из многих кристаллов), аморфной (без кристаллической решетки). Под воздействием лазерного облучения пленка кремния перекристаллизируется, тем самым структура поликремния преобразуется в монокристаллическую фазу.

Далее на получившейся подложке формируют металлическую пленочную структуру путем высокочастотного или электронно-лучевого напыления. Так создают необходимый фотолитографический рисунок. Через него будет подаваться напряжение. Инновационное решение исследовательской группы и в том, что они предлагают на получившеюся пластину наложить еще одну металлическую пластину. На последнюю предварительно наносится методом золь-гель технологии пленка стекла.

Золь-гель технология позволяет управлять этапами синтеза и внедрением модификаторов (стекла) в исходный материал.

Получившийся многослойный узел нагревается до температуры 200–350 градусов Цельсия, через него также пропускается электрическое напряжение в течение 5–10 минут. При этом на стекло и кремниевые пластины подается минус, а на металл плюсовой потенциал постоянного напряжения.

Формирование прослоек позволяет расширить диапазон материалов, которые можно соединять. В том числе — высокотемпературные полупроводники и полупроводниковые структуры. Расширение вида соединяемых материалов удешевляет процесс создания датчиков и повышает их долговечность.

На заключительном этапе создания датчика в течение 10–15 минут изделие нагревают от 100 до 150 градусов Цельсия, постепенно охлаждая. О качественном соединении керамики и металлической пластины покажет цвет соединения. При качественном соединении он должен быть однородным серым.

На базе Пензенского государственного университета создано около десяти прототипов многослойных датчиков. Эксперименты показали отсутствие погрешностей при их использовании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По словам ученого, их стоимость будет в пять раз меньше. И составит всего 10 тысяч рублей. Исследователи ведут переговоры о сотрудничестве и производстве ноу-хау с отечественными производителями измерительной аппаратуры.