В настоящее время проблемы экологической безопасности преобретают все возрастающее значение в связи с усиливающимся загрязнением окружающей среды. Поэтому разработка технологий получения различных материалов должна включать комплекс природоохранных мероприятий. Основу мероприятий направленных на охрану окружающей среды должны составлять как сведения о свойствах материалов, применяемых в технологическом цикле, так и данные о наиболее экологически опасных стадиях технологического процесса.
Материалы на основе оксидных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) являются весьма перспективными для применения в различных областях электронной техники: высокочувствительные магнитометры, устройства СВЧ, интегральные схемы цифровой микроэлектроники и т.д. Однако, проблемы связанные с экологической безопасностью и охраной труда при производстве оксидных сверхпроводящих материалов остаются пока не решенными.
Особенностью технологического цикла получения ВТСП является применение соединений тяжелых металлов (Ba, Sr, Pb, Bi, Tl, Cu и др.), которые представляют значительную опасность, как для окружающей среды, так и для человека. Особенностью оксидной керамики ВТСП и соединений, применяющихся для ее изготовления (оксиды, карбонаты, оксалаты, нитраты и др.) являются довольно малая подвижность в окружающей среде. Они способны накапливаться на поверхности лабораторного оборудования, вызывая острые или хронические отравления.
Весьма существенную роль при выборе метода получения керамики ВТСП является анализ влияния технологии на целевые свойства материалов и целесообразность применения в технологическом цикле высокотоксичных соединений.
Получение оксидных керамических ВТСП включает следующие основные стадии:
- Дозирование исходных компонентов шихты;
- Гомогенизация шихты;
- Высокотемпературный синтез, включающий промежуточные помолы шихты, (t=800-1100);
- Формование и спекание керамических изделий.
Применяемые для получения оксидных ВТСП соединения химических элементов в порядке возрастания токсичности можно расположить в следующий ряд: РЗЭ, Sr, Y, Cu, Ba, Cd, Tl. Подавляющее большинство из соединений перечисленных элементов являются кумулятивными политропными ядами. Следует учитывать, что растворимые (нитраты) соединения этих элементов по токсичности значительно превосходят нерастворимые (оксиды и карбонаты). Кроме того, растворимые соединения обладают заметно большим раздражающим действием на кожу. С другой стороны применение нитратов не дает существенного улучшения свойств сверхпроводящей керамики. Таким образом, применение оксидов и карбонатов в качестве исходных компонентов при получении ВТСП является наиболее безопасным как на стадии приготовления шихты, так и на стадии термообработки.
Одним из основных источников загрязнения среды является стадия механической гомогенизации шихты, в результате которой происходит интенсивное образование аэрозолей. Получение и переработка тонкодисперсных и ультрадисперсных порошков связана с жесткими требованиями к планировке помещений, оборудованию, качеству фильтровально-вентиляционных систем, а так же к соблюдению правил техники безопасности.
Образование аэрозолей возможно так же и на стадии высокотемпературной термообработки. Особую опасность представляет термообработка материалов, содержащих оксиды свинца, талия и висмута. Последнее связано с высокой упругостью паров оксидов указанных металлов при температурах синтеза (t=800-1100). Дополнительная опасность возникает в случае применения нитратов в качестве исходных компонентов, так как при их прокаливании образуются весьма токсичные оксиды азота.
Таким образом, получение оксидных ВТСП, вследствие применения высокотоксичных материалов и особенностей технологии получения, требует особых природоохранных мероприятий, включающих разработку методов синтеза и технологического оборудования, обеспечивающих предотвращение интоксикации работающего персонала и загрязнение окружающей среды.
При лабораторных исследованиях к радикальным мерам профилактики отравлений следует, прежде всего, отнести ограничения применения наиболее токсичных соединений, строгое соблюдение персоналом правил техники безопасности и правил гигиены труда.