PostHeaderIcon Технологии

PostHeaderIcon Терморадиационная технология изготовления магнитномягких магнитопроводов (ТТММ)

разработана совместно с сотрудниками Института металлофизики НАН Украины

Предмет и область применения:

Терморадиационная технология изготовления магнитномягких магнитопроводов представляет собой комплекс следующих операций:

- выплавка при 1600 °С многокомпонентного сплава на основе базовой системы Fe-Si-B;

- получение из сплава аморфной ленты методом сверхбыстрой закалки (106-107 °С/с);

- изготовление из ленты заготовок магнитопроводов и 1-е их облучение электронами или гамма-квантами;

- термическая или термомагнитная обработка заготовок и доводка параметров с помощью 2-го облучения.

- капсулирование магнитопроводов.

Полученные таким образом магнитопроводы используются как сердечники для дросселей, трансформаторов и других индукционных элементов различного назначения от миниатюрных блоков питания до орбитальных магнитометров.

Общие принципы:

- ТТММ основана на способности высокоэнергетической радиации стимулировать формирование доменной структуры в аморфных магнитных сплавах, а так же образование зародышей нанокристаллов и кристаллизацию при термообработках.

- суть ТТММ состоит в получении нанокомпозитных материалов из аморфных сплавов с помощью специальных термо-радиационных обработок.

Положительные эффекты и преимущественные отличия ТТММ:

Магнитопроводы, получаемые по терморадиационной технологии изготовления, имеют ряд преимуществ по сравнению с магнитопроводами из традиционных материалов (трансформаторное железо, пермаллои, ферриты). Прежде всего - это близкая к нулю магнитострикция, высокая начальная (1500 - 160000) магнитная проницаемость и чрезвычайно низкий уровень потерь. Специальными термо-радиационными обработками сердечников достигаются как линейные (пологие) так и близкие к прямоугольным петли перемагничивания в зависимости от цели использования. Поле достижения индукции насыщения при этом может изменяться от 5 до 2500 А/м. Кроме того, магнитные характеристики магнитопроводов из этих сплавов значительно менее чувствительны к изменению температуры в рабочем диапазоне от -60 до +130 °С.

Имеющийся опыт применения и спрос:

Терморадиационная технология изготовления магнитномягких магнитопроводов успешно применяется ООО «МЕЛТА» при ИМФ НАН Украины в производстве магнитопроводов, которые используются в трансформаторах тока бытовых электросчетчиков (НПО "КИЕВ-ПРИБОР"), в силовых трансформаторах для электротранспорта (ГП "Электровозостроения"), в индукционных системах специального назначения (ТОВ НВП "АТ-Система") и др. На мировом рынке наиболее близкими параметрами обладают магнитопроводы из сплавов типа FINEMET и VITROPERM. В 2009 г. их произведено и продано на сумму более $2 млрд. при средней стоимости более $100 за кг.

 

PostHeaderIcon Радиационно-стимулированная модификация свойств органических веществ

Радиационно-стимулированная модификация свойств органических веществ – ряд прикладных технологий, основанный на способности проникающей радиации создавать дефекты структуры сложных органических молекул, ионизировать их или переводить в возбужденные состояния.

Например, образование дефектов в белковых молекулах приводит к гибели микро-организмов без разрушения их среды обитания. Это используется для сухой низкотемпературной стерилизации продуктов питания без изменения их вкуса, для стерилизации чувствительных к высокой температуре или влаге изделий и их упаковок, для дезинфекции сточных вод и т.п. Ионизация радиацией молекул или перевод их в возбужденные состояния может в тысячи и миллионы раз ускорить некоторые химические реакции, используемые в производстве различных веществ. Это позволяет реализовать при комнатной температуре реакции, которые без радиации происходят лишь при высоких температурах и давлениях. Подобное стимулирующее влияние оказывает радиация на процессы изменения свойств некоторых ароматических веществ. Это используется в радиационной технологии искусственного старения вин и коньяков.

В настоящее время в мире реализованы или находятся на различных стадиях реализации свыше 40 радиационно-стимулированных химических процессов по следующим важнейшим направлениям: радиационно-химический синтез, радиационная полимеризация, отверждение покрытий на дереве и металле, радиационная сшивка полимеров и радиационная вулканизация каучуков, графт-сополимеризация, производство древесно-пластических материалов, производство бетонно-полимерных композиций, радиационная стерилизация.

В частности, инициируемая ионизирующими излучениями цепная реакция полимеризации органических мономеров (этилена, триоксана, фторолефинов, акриламида, стирола и некоторых др.), приводит к образованию разнообразных полимеров. Многие из них обладают ценными свойствами, которые не приобретаются при других методах синтеза (например, большим молекулярным весом). В свою очередь действие радиации на полимеры может приводить к улучшению их физико-химических свойств, в том числе термической стойкости.

Существуют радиационные методы отверждения связующих (полиэфирных и др.) в производстве стеклопластиков и получении лакокрасочных покрытий на металлических, деревянных и пластмассовых изделиях. В них исходные полимерные или неорганические материалы различного назначения облучаются в присутствии соответствующих мономеров. В результате поверхности этих материалов приобретают новые свойства, в некоторых случаях уникальные. Радиационно-химические процессы этого типа практически применяются и для модифицирования нитей, тканей, плёнок и минеральных материалов. Широко используется модифицирование пористых материалов (древесины, бетона, туфа и т.д.) путём пропитки их мономерами (метилметакрилатом, стиролом и др.) и последующей полимеризации этих мономеров с помощью ионизирующего излучения. Такая обработка значительно улучшает эксплуатационные свойства исходных пористых тел и позволяет получить широкий ассортимент новых строительных и конструкционных материалов. В частности, заметных масштабов достигло производство паркета из модифицированной древесины. С помощью этой же технологии можно укрепить и защитить от влияния механических нагрузок и влаги археологические экспонаты из дерева, ветхие ткани, документы и т.п. Цепные радиационно-химические процессы окисления, галогенирования, сульфохлорирования, сульфоокисления используются и для синтеза низкомолекулярных продуктов.

Из процессов, в которых излучение инициирует нецепные реакции, широкое распространение получили процессы. «сшивания» отдельных макромолекул при облучении высокомолекулярного соединения. В результате «сшивания» (например, полиэтилена) происходит повышение его термостойкости и прочности, а для каучуков радиационное «сшивание» обеспечивает их вулканизацию. На этой основе разработаны радиационные технологии производства упрочнённых и термостойких полимерных плёнок, кабельной изоляции, труб, вулканизации резинотехнических изделий и др. Особенно интересным является «эффект памяти» облученного полиэтилена. Если облученное изделие из полиэтилена деформировать при температурах выше tпл аморфной фазы полимера, то при последующем охлаждении оно сохранит приданную форму. Однако повторное нагревание возвращает первоначальную форму. Этот эффект даёт возможность получать термоусаживаемые упаковочные плёнки и электроизоляционные трубки.

Радиационно-сшитый вспененный полиэтилен

Радиационно-сшитый гидрогелевый медицинский перевязочный материал (подробней)

 

Термоусаживающиеся трубки для изоляции электрокабелей

 

Противомикробная обработка упаковок с лекарственными травами и животного медицинского сырья:

Радиационная стерилизация медицинских изделий:

Радиационная обработка фармацевтических препаратов на конечной стадии изготовления (в упаковке):

 

PostHeaderIcon Терморадиационная технология облагораживания ювелирных минералов

Терморадиационная технология облагораживания ювелирных минералов (ТЮМ) представляет собой набор операций облучения ювелирных минералов ионизирующей радиацией (гамма-кванты, быстрые электроны, рентгеновские лучи) при определенных температурах или с последующей термообработкой, который приводит к устойчивому изменению окраски минерала, повышающему его потребительскую стоимость как материала для ювелирных изделий.

Общие принципы:

ТЮМ основана на способности ионизирующей радиации влиять на термостимулированные процессы изменения фазового состояния примесей, определяющих набор центров окраски минерала; создавать в его объеме дефекты кристаллической структуры, являющихся новыми центрами окраски.

Положительные эффекты, достигаемы применением ТЮМ:

Например, бриллиант природного изумрудно-зеленого цвета (очень редкого) стоит примерно $6000 за карат. Бриллиант с коричневым оттенком (самый дешевый) — в среднем $600 за карат. Специальная радиационно-термическая обработка коричневого бриллианта позволяет изменить его цвет на изумрудно-зеленый. Варьируя условия облучения удается добиться того, чтобы камень приобрел зеленый, голубой, золотистый, канареечный (желтоватый) и коньячный (шампань) цвет. При определенных сочетаниях примесей (что зависит от месторождения алмаза) можно получить розовые и пурпурные тона.

Аналогичные эффекты ТЮМ достигаются на таких минералах как: аметист, берилл, корунд, топаз, турмалин, сапфир, цитрин и др. При чем дополнительно реализуются эффекты обесцвечивания, сокрытия и выявления неоднородностей окраски, внутренних дефектов и т.д.

 

Примеры:

- изменения цвета топаза под влиянием радиации topaz
- изменения цвета толстого образца берилла
по глубине проникновения электронов
берилл

 

Масштаб изменения потребительской стоимости минералов в следствие термо-радиационой обработки

Природный камень
- класс
Цена бледного цвета
($/карат)
Цена яркого цвета
($/карат)
Возможные цвета
после термо-радиационной обработки
Изумруд - 1 500 5000 сине-зеленый
Топаз - 2 1-2 11 голубой, оранжевый
Аквамарин - 2 1,5-5 20-70 сине-зеленый
Турмалин - 2 1-5 70-100 зеленый, розовый
Цитрин - 4 1-2 12 желтый, зеленый
Кварц - 4 1-2 12-70 розовый, фиолетовый
 

PostHeaderIcon Радиационная технология управления параметрами электронных приборов на основе кристаллов кремния

Предмет и область применения. Радиационная технология (РТ) представляет собой набор дополнительных технологических операций, интегрированных в существующее производство кремниевых дискретных приборов (транзисторы, диоды, датчики, оптоэлектронные приборы и т.п.) и интегральных микросхем всех видов (БИС, СБИС, схемы памяти и т.д.)

Общие принципы:

  • РТ основана на способности ионизирующей радиации влиять на электрофизические параметры границы раздела полупроводник-диэлектрик полупроводниковых структур, создавать дефекты кристаллической структуры в кремниевой подложке, изменять зарядовые характеристики диэлектрических слоев.
  • Суть РТ состоит в облучении и термообработке в определенных условиях приборных структур на кремниевых пластинах на промежуточных и конечных этапах процесса изготовления приборов.

Положительные эффекты, достигаемы применением РТ:

  1. Увеличение диапазона рабочих температур МДП-приборов.
  2. Увеличение выхода годных приборов в производстве за счет уменьшения разброса электрофизических параметров структур по площади кремниевой подложки (пластины).
  3. Повышение быстродействия и улучшение частотных характеристик дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.
  4. Отбраковка потенциально не надежных МДП-приборов.
  5. Управление статическим коэффициентом усиления биполярных транзисторов.
  6. Снижение чувствительности МДП-приборов к воздействию ионизирующей радиации.
  7. Уменьшение плотности поверхностных состояний на границе раздела кремний-диэлектрик.
  8. Управление пороговым напряжением МДП-транзисторов.
  9. Радиационное стирание памяти программируемых чипов.
  10. Увеличения выхода годных изделий за счет оптимизации электрофизических параметров приборных структур.

Преимущественные отличия РТ:

  • РТ применяется в виде дополнительных операций облучения (гамма-квантами или быстрыми электронами) и термообработки на промежуточных и конечных этапах изготовления приборов. Никаких изменений в основные технологические операции изготовления приборов вносить не требуется.
  • Применение РТ для управления временными характеристиками кремниевых приборов по сравнению с традиционным легированием дополнительными примесями дает значительно более стабильные и легко управляемые результаты.
  • Экономический эффект от снижения брака в производстве электронных приборов на основе кремния и от улучшения их характеристик благодаря применению РТ, позволяет быстро окупить затраты на ее постановку.
  • Позволяет воздействовать на полупроводниковые структуры после завершения технологического цикла их изготовления
  • Упрощает проведение исследовательских работ на этапе разработки новых изделий для определения оптимальных значений электрофизических параметров структур и электрических параметров приборов.

 

Experience (имеющийся опыт применения, примеры).

РТ успешно использовалась в 70-90-х на Научно-Производственном Объединении «Кристалл» (Киев, Украина) в массовом производстве кремниевых приборов различных типов. В частности РТ применялась для :

  • управления статическим коэффициентом усиления транзисторов серии КТ315;
  • управления пороговым напряжением р- и n-канальных транзисторов в большой интегральной микросхеме однокристальной ЭВМ серии КР1816ВЕ51;
  • получения оптимального соотношения порогового напряжения ключевого транзистора и встроенного канала нагрузочного транзистора в МДП интегральных схемах;
  • управление коэффициентом усиления по току операционных усилителей серий 140 и 146;
  • расширения рабочего диапазона питающих напряжений БИС серии КР1810ВМ86 (с 4,75-5.25В до 4,50-5,50В);
  • расширения рабочего диапазона температур.

Форма передачи РТ – партнерский проект.

Содержание партнерского проекта:

  1. Совместная научно-технологическая деятельность по адаптации базовых принципов РТ к конкретным производственным условиям заказчика (экспериментальная отработка оптимальных условий облучения и термообработки на конкретных приборах заказчика в лабораторных условиях Института Физики и Центра Микроаналитики).
  2. Совместное патентование разработанных технологических операций и условий.
  3. Формулирование технических условий облучения и термообработки для выбора заказчиком конкретного серийного оборудования (источников радиации, устройств тепловой обработки) исходя из специфики своего производства.
  4. Наладка условий радиационной и термической обработок, адаптированных под особенности продукции заказчика, непосредственно в производственных условиях заказчика. Обучение персонала заказчика.