Создана аддитивная технология изготовления вольфрамовых нагревателей
Исследователи НИТУ МИСИС запатентовали аддитивную технологию изготовления электрического вольфрамового нагревателя, позволяющую существенно упростить производство готовых элементов с уникальной многослойной структурой и повысить их качество.
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 также устанавливают в лабораторном оборудовании, которое моделирует экстремальные условия для испытания новых сплавов, керамики и композитов.
Традиционное изготовление вольфрамовых нагревателей трудоемко из-за сложностей обработки металла, что ограничивает масштаб и эффективность их применения. Ученые МИСИС решили эту проблему с помощью аддитивных технологий, применив для производства нагревателя метод селективного лазерного плавления.
«Коллектив ученых Университета МИСИС под руководством 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 трудоемкость производства, улучшает надежность изделия в экстремальных условиях эксплуатации», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.
«Традиционные методы производства вольфрамовых нагревателей — выплавка, точение, ручная сборка составной конструкции —сложны и дороги, особенно если речь идет о компактных изделиях с многокомпонентной структурой. Мы запатентовали технологию аддитивного производства, которая радикально упрощает устоявшиеся процессы», — добавил профессор кафедры физической химии НИТУ МИСИС, доктор физико-математических наук Сергей Жевненко.
Благодаря правильно подобранным режимам сплавления ученым 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», – объяснил один из разработчиков, заведующий лабораторией аддитивного производства НИТУ МИСИС, PhD Станислав Чернышихин.
По словам авторов, с помощью предложенной технологии можно в разы легче и дешевле, в сравнении с традиционными методами получения вольфрамовых нагревателей, 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 же разработка открывает путь к массовой печати вольфрамовых нагревателей для широкого спектра промышленных применений.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ.