Appliquer une nouvelle méthode, les technologues et les scientifiques des matériaux pourront rapidement, obtenir des informations précises et non destructives sur la microstructure et la fonctionnalité des matériaux transparents, y compris les monocristaux, lunettes, et céramiques. L'article a été publié dans le Journal des alliages et des composés .

Les scientifiques de l'Université fédérale d'Extrême-Orient (FEFU) ont utilisé un modèle mathématique unique pour calculer les données d'images 3D de défauts dans le volume de matériaux fonctionnels transparents. L'ensemble initial de données expérimentales a été obtenu par microscopie confocale à balayage laser (CLSM), un type spécial de microscopie optique lumineuse. La solution est d'une grande importance pour les technologues et les scientifiques des matériaux.

"Les caractéristiques fonctionnelles des matériaux transparents (cristaux, lunettes, céramiques) sont largement déterminés par leur porosité résiduelle. Ainsi, l'efficacité laser des échantillons de céramique est la même que pour les monocristaux et les verres commerciaux si la concentration de pores résiduelle est inférieure à <10-4 pour cent en volume. Ce sont des valeurs extrêmement basses. La visualisation des porosités résiduelles avec des taux aussi faibles nécessite des efforts techniques particuliers et des méthodes fiables pour leur évaluation quantitative, " a déclaré Denis Kosianov, chercheur principal à l'École des sciences naturelles, FEFU.

Selon le co-auteur Alexander Zakharenko, il existe plusieurs techniques pour visualiser la structure volumétrique des matériaux. Parmi eux figurent la tomodensitométrie (CT) à rayons X, tomographie par faisceau d'ions focalisés (FIP), balayage laser confocal (CLS), etc. Cependant, La méthode CT nécessite une source de rayonnement synchrotron, et le FIP est destructeur pour l'objet à l'étude et ne peut donc pas sonder deux fois la même zone.

« La méthode CLSM non destructive nous permet de caractériser qualitativement et rapidement un matériau transparent avec la construction d'un modèle 3D de la répartition des défauts dans son volume. En faisant varier la longueur d'onde du rayonnement laser appliqué, nous pouvons contrôler le volume de balayage possible de l'objet et le seuil de taille pour détecter les défauts - de quelques dizaines de nanomètres à plusieurs microns, " a déclaré Alexandre Zakharenko, chercheur principal à la FEFU.

Le co-auteur Alexey Zavjalov a déclaré que toutes les méthodes de visualisation connues ne fournissent qu'une évaluation qualitative de la microstructure des matériaux. Un problème clé pour l'équipe FEFU était le développement d'une méthode pour quantifier la porosité des matériaux transparents à l'aide de données de microscopie.

"Il est nécessaire de préciser que les micrographies fournissent des informations à peu près sur une certaine coupe de l'échantillon. Cependant, les tailles de pores à la coupe ne reflètent pas leur taille réelle. Si on utilise une approximation sphérique, la taille des pores sur la coupe ne coïncidera avec la taille réelle que si la coupe passe exactement par le centre du pore. Cependant, pour la grande majorité des pores, la coupe passera au-dessus ou au-dessous de leurs centres. Nous avons également pris en compte le fait que des sections de taille égale peuvent être formées pour des pores de diamètres différents. Ces jugements ont été à la base de notre modèle mathématique de restauration de la taille des pores distribués dans le matériau en fonction des données expérimentales de leurs tailles à la coupe de l'échantillon, " a déclaré Alexeï Zavjalov, chercheur au Département Académique des Technologies Nucléaires de la FEFU.

"En appliquant la microscopie CLS en combinaison avec la méthode originale de calcul des données expérimentales, nous avons appris à déterminer correctement la quantité et la taille de la porosité des matériaux fonctionnels transparents. En particulier, en utilisant l'exemple des céramiques laser 1-4 à pour cent Nd3 + :YAG avec un niveau de fonctionnalité connu, nous avons comparé notre approche aux méthodes connues dans le monde et montré son efficacité maximale. À la suite de notre travail, il est devenu possible de récupérer les caractéristiques des objets à haute densité à un nouveau niveau, améliorant ainsi la précision des technologies de leur création, ", a déclaré Denis Kosianov.