ТОМСК, 6 авг – РИА
Томск. Ученые Томского политехнического университета научились выращивать алмазные покрытия со
скоростью, в 10 раз опережающей существующие на рынке технологии. Первую специализированную
установку уже продали в Японию. Чем томичи смогли удивить японцев, что такое
наноалмазы и как сделать гибкое прочным – в материале РИА Томск.
Заказ промышленности
Больших чудес в алмазоподобных
покрытиях нет: они наносятся десятки лет. Но в России промышленной технологии для
этого не существует, поэтому, например, твердосплавный инструмент у нас на 100%
привозной. И целые отрасли промышленности – от угольной до полупроводниковой –
зависят от импорта. И однажды заказ от промышленности пришел…
Заведующий
научно-производственной лабораторией "Импульсно-пучковых, электроразрядных
и плазменных технологий" ТПУ доктор технических наук Геннадий Ремнев
вспоминает:
"Как-то коллеги из НИИПП
посетовали в разговоре: мол, в Томске чем только ученые не занимаются, а алмазных
покрытий никто не делает. Для них это было актуально: алмаз не просто твердый –
у него еще и высокая теплопроводность, раз в пять выше, чем у меди. А значит, можно
повысить удельную мощность полупроводниковых изделий".
Тот разговор шестилетней давности
стал отправной точкой для формирования в лаборатории нового направления работ.
Руководит им с самого начала кандидат технических наук Степан Линник.
© предоставила пресс-служба Томского политеха
Геннадий Ремнев говорит, что нанесение алмазного покрытия на твердосплавный инструмент позволяет увеличить его твердость. На фото: установка для осаждения cvd алмаза в плазме аномального тлеющего разряда
Правильные алмазы
Алмазная тема возникла не на
пустом месте: исторически специализация лаборатории – создание импульсных
ускорителей заряженных частиц наносекундной длительности.
"Большинство
экспериментальных работ по исследованию и изменению свойств покрытий,
моделированию воздействия мощных потоков плазмы делается в России, Китае,
Белоруссии и Казахстане с использованием наших ускорителей", – отмечает
Геннадий Ремнев.
Имея под рукой такой ресурс,
было бы странно его не использовать, поэтому материаловедение выделилось в
отдельное направление работы лаборатории. Разработав собственный метод
активации плазмы на ускорителях, ученые смогли увеличить скорость осаждения
алмазной пленки в 10 раз.
Если типичная скорость
осаждения – один микрон в час, то у политехников – с использованием плазмы
аномально тлеющего разряда – получилось довести ее до десяти микрон в час.
"Чтобы формировался
именно алмаз, а не, скажем, графит, нужно заставить по-особенному работать
плазменный источник. Осаждение идет из газовой фазы. За основу был взят метод
горячих нитей: вольфрамовые проволочки нагревают метан в смеси с аргоном, чтобы
сформировать плазму с нужными свойствами. Метан разлагается на водород и
углерод, и углерод осаждается на нагретую подложку", – поясняет Ремнев.
Водород, в свою очередь,
обладает очень важным в этом процессе свойством: он вытравливает углерод, кроме
того, который находится в виде алмазной кристаллической решетки. Таким образом,
растет именно алмазная пленка.
© РИА Томск. Елена Тайлашева
Слой алмазной пленки – всего несколько микрон (1 микрон = 10 в минус шестой степени метра). По физическим свойствам искусственно выращенное алмазное покрытие не отличается от природного алмаза: в первую очередь это прочность, изоляционные свойства, хорошая теплопроводность.
"Одну из установок по
осаждению алмазных покрытий на твердосплавный инструмент мы продали в Японию.
Причем не просто продали – мы продолжаем работать как партнеры. Например,
известно, что алмаз – диэлектрик, то есть не проводит электрический ток. А
японцам нужно было покрытие, которое бы проводило ток. И мы добились этих
результатов", – рассказывает Ремнев.
© предоставлено пресс-службой Томского политехнического университета
Ученые лаборатории разрабатывают для ЦЕРНа алмазные детекторы для контроля положения пучков заряженных частиц. Два пучка заряженных частиц разгоняются навстречу друг другу на скоростях, близких к скорости света. И они должны точно попасть друг в друга. А кольцо коллайдера – 27 километров…
"Мы умеем растить пленки
большого размера с высокой скоростью, что снижает удельную стоимость таких
покрытий", – подчеркивает ученый.
Работы в этом направлении
поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований – коллектив получил грант
на изучение основ синтеза сверхизносостойких композиционных покрытий на основе
алмаза и кубического нитрида бора. Результатом должно стать создание нового
поколения твердосплавного режущего инструмента.
Также реализуется грант ТПУ –
"Плазменные технологии синтеза функциональных нанокомпозитных покрытий с
повышенной термостойкостью и физико-механическими характеристиками".
Фундаментальные исследования проводятся в Исследовательской школе физики высокоэнергетических
процессов, прикладные – в Инженерной школе новых производственных технологий.
Новые свойства
Сейчас физики исследуют еще
более интересные структуры – наноразмерные алмазные пленки, у которых очень
маленький размер кристаллита.
"Ведь что такое пленка?
В бриллианте могут быть несколько монокристаллов, и граница между ними
практически не видна. Поликристаллическая пленка включает в себя множество
таких кристаллитов, только маленьких. А если мы сделаем их очень маленькими,
десятки нанометров, то можно закладывать в материал определенные свойства",
– рассказывает ученый.
Например, покрытие может
стать еще более устойчивым к радиации. Или – очень гибким, при сохранении
характеристик твердости.
© предоставлено пресс-службой Законодательной думы Томской областиТомского политеха
Для работы в области материаловедения ТПУ пригласил ведущих специалистов в этих областях: профессора Йиндриха Мусила (на фото справа) из университета Западной Богемии (Чехия) и профессора Владимира Углова (слева) из Белорусского госуниверситета.