Вчені винайшли простий спосіб виготовляти складні деталі з кварцового скла. Для цього вони запропонували використовувати низькотемпеолог не лиття під тиском, де в якості сировини використовується не чистий діоксид кремнію, а його нанокомпозит зі зв'язуючим матеріалом. Потенційно це дозволить виготовляти скляні деталі так само масово, як і пластикові. Стаття опублікована в журналі.
Скло з чистого діоксиду кремнію, або кварцове скло, має безліч корисних властивостей. Через низький коефіцієнт заломлення та прозорості в широкому діапазоні з нього можна робити оптичні компоненти. Крім того, кварцове скло дуже міцне, термостійке і практично не змінює розмірів від перепадів температури, завдяки чому з нього можна виготовляти лабораторне обладнання, оболонки газорозрядних ламп, архітектурні деталі або ілюмінатори космічних кораблів.
У той же час через ці властивості кварцове скло важко виготовляти і обробляти, і, що найгірше, до теперішнього моменту деталі з нього не вміли отримувати за допомогою литва під тиском. При литті під тиском розплавлений або розм'якшений матеріал закачується в форму, після чого деталь достатньо лише злегка доопрацювати. Це один з найбільш зручних методів виготовлення складних деталей з пластику або металу, але кварцове скло необхідно відливати при температурі близько двох тисяч градусів, що набагато вище точки плавлення заліза. Оскільки апарат для лиття під тиском при такій температурі вийде дуже дорогим і складним, їх важко застосовувати для масового виробництва, а тому скляні деталі воліють замінювати пластиковими, хоч вони і гірше.
Маркус Мадер (Markus Mader) з Фрайбурзького університету і його колеги винайшли метод відливки кварцового скла під тиском при низьких температурах. Сировиною для їхнього методу служить нанопорошок діоксиду кремнію з діаметром частинок від 50 до 100 нанометрів. Для початку його змішують зі зв'язуючим пластичним агентом, Полівінілбутіралом, додають етиленгліколь і ретельно перемішують. Потім суміш сушать, в результаті чого виходить податлива маса, що нагадує м'який пластик за механічними властивостями. З неї формують гранули, які засипають в екструдер, призначений для видавлювання матеріалу з температурою 170 градусів і тиском 1000 бар.
Матеріал видавлюють у форму і остужають, в результаті чого виходить заготівля деталі. Цю заготовку потім вимочують у воді, щоб позбутися основної частки зв'язуючої речовини.
Щоб вивести 80 відсотків матеріалу із заготівлі сантиметрової товщини потрібно було 12 годин, але чим тонше деталь, тим менше необхідно часу. На фінальному етапі заготовки переміщують у піч, щоб нанопорошок спікся в монолітне скло. Матеріал слід спікати у вакуумі при температурі 1300 градусів протягом 24 годин, в результаті чого виходить якісне кварцове скло з прозорістю понад 90 відсотків, гладке без додаткової обробки.
Для демонстрації можливостей вчені сформували 200 маленьких скляних деталей за 18 хвилин у повністю автоматичному режимі, а також кілька складних скляних деталей, наприклад, що включають мікроканали для рідини. Крім того, метод підходить і для роботи зі звичайним склом. Вчені сподіваються, що цей метод дозволить зробити скляні деталі настільки ж поширеними, як і пластикові.
Раніше швейцарські вчені навчилися виготовляти складні предмети зі скла різного складу за допомогою 3D-друку, але їх метод вимагає фотовідвердження, а деталі виходять не такими прозорими. Про те, як виготовляють скло для літаків і випробовують їх на птахостійкість, можна прочитати в нашому матеріалі «Я ламав скло».