«Приоритет-2030»: ученые ВятГУ создали дилатометр для высокотемпературного анализа

      Разработка позволяет изучать поведение керамик, металлов и стекол в контролируемых условиях и температурах, достигающих 1400 °C.

      Основная задача метода дилатометрии – понять, как меняются размеры тела под воздействием температуры, давления, ионизирующего излучения и иных факторов.

      Ученые Института химии и экологии ВятГУ в рамках стратегического технологического проекта «Материалы и технологии электрохимической энергетики» программы развития университета на 2025-2036 годы создали опытный образец высокотемпературного дилатометра. В состав команды разработчиков вошли: доцент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических производств, к.х.н. Владимир Воротников, младший научный сотрудник центра компетенций «Полимерные материалы» Алексей Иванов, инженер центра компетенций «Полимерные материалы» Марк Бобро и инженеры-лаборанты кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических производств Анатолий Дувакин и Степан Чикишев.

      «Большинство дилатометров работают в диапазоне от комнатной температуры до 900 °C. Данная разработка позволяет исследовать материалы вплоть до 1400 °C. В то же время, увеличенный температурный диапазон повышает требования к используемым конструкционным материалам дилатометра. Знания нашей команды в области материаловедения и приборостроения позволили разработать надежную конструкцию устройства и удобный пользовательский интерфейс», – поделился руководитель научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы Владимир Воротников.

      Неотъемлемой деталью конструкции прибора является высокоточный щуп, который фиксирует изменение размера объекта при нагревании и охлаждении. На практике прибор работает так: образец керамики, металла или стекла фиксируют в ячейке, которая, затем помещается в высокотемпературную камеру. Во время нагрева или охлаждения материал меняет свои геометрические размеры, которые с точностью до нанометров фиксируются с помощью датчика изменения длины и передаются в цифровом виде на ПК. Результатом эксперимента является зависимость изменения длины образца от температуры и времени.

      Эксперимент, занимающий в среднем около суток, не требует постоянного присутствия оператора. Система полностью автоматизирована и способна самостоятельно выявлять и устранять неполадки, связанные, например, с кратковременным отсутствием питания.

      «В случае потери сигнала с какого-либо прибора, система перезагрузит дилатометр, восстановит соединение и заново начнет сбор данных, гарантируя целостность исследования», – объяснил разработчик ПО Алексей Иванов.

      Значимость метода дилатометрии заключается в возможности напрямую оценить следующие характеристики материалов: коэффициент термического расширения, фазовые переходы, точки размягчения различных соединений. Данная разработка применима для аттестации свойств материалов, применяемых в самых разных сферах: аэрокосмической отрасли, строительстве, электрохимической энергетике, электронике и даже стоматологии.

      Высокотемпературный дилатометр – вторая разработка ученых ВятГУ в рамках стратегического технологического проекта. В 2025 году исследователи представили высокотемпературный микроскоп для изучения спекаемости материалов.

      Опытный образец высокотемпературного дилатометра был передан заказчику – филиалу Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра – Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (Филиал НИЦ «Курчатовский институт»-ПИЯФ-ИХС), откалиброван и подготовлен к работе.

      Наталья Тюрнина, к.х.н., заместитель директора по внебюджетной деятельности, инфраструктуре и популяризации науки филиала НИЦ «Курчатовский институт»-ПИЯФ-ИХС отметила:

      «Мы рады быть причастны к разработке отечественного исследовательского оборудования и быть пользователями опытного образца высокотемпературного дилатометра, который органично дополняет опытный кварцевый дилатометр, также разработанный коллегами, и позволит расширить знания о исследуемых нами оксидных системах в широком диапазоне температур».