ТОМСК,
27 июл – РИА Томск, Елена Тайлашева. Подшипники, служащие
десятилетиями, будут производить физики Томского госуниверситета (ТГУ), уже
есть предварительные договоренности об использовании их в составе отечественных
аппаратов ИВЛ и авиакосмической техники. Осенью запланирован выпуск опытных
образцов для испытаний. Как Томск стал лидером в сфере новых керамических
материалов – в обзоре РИА Томск.
Слабое
звено
Подшипники – слабое место любого механизма: они
быстро изнашиваются, и весь прибор выходит из строя. Заведующий лабораторией
нанотехнологий металлургии ТГУ Илья Жуков показывает два идеально гладких кольца
из темной керамики – из таких в перспективе будет собран практически "вечный"
подшипник.
"Он сможет работать десятилетиями. Будет
выдерживать большие нагрузки, обороты и не требовать смазки. Что называется,
поставил – и забыл, тогда как обычных стальных подшипников хватает ненадолго, а
в некоторых случаях вообще приемлема сталь", – говорит Илья.
© пресс-служба Томского госуниверситетаИсходные порошки для получения нового материала
Керамика для таких подшипников делается на основе
порошков алюминия, магния и бора (AlMgB14). Материал был известен и до томичей
– результаты его испытаний несколько лет назад опубликовали американцы. Они
были очень многообещающими: керамика обладала высокой твердостью (32
гигапаскаля, это треть от "эталонного" алмаза) и при этом сверхнизким
коэффициентом трения (до 0,02), то есть сама по себе была "скользкой".
Но дальнейшие исследования американских ученых быстро
ушли из публичного научного пространства – возможно, разработки стали
секретными. А может быть, коллеги потерпели неудачу с синтезом самого материала…
Илья Жуков поясняет:
"Самый тривиальный подход (для получения
керамики) – взять по отдельности все компоненты – по одной части алюминия и
магния, 14 частей бора – и смешать. Чем мельче, тем лучше, и чем чище, тем
лучше. Но чистый мелкодисперсный порошковый алюминий стоит очень дорого, а еще его
нет в свободной продаже.
С порошковым магнием тоже не просто – он возгорается
на воздухе, с ним работать тяжело из-за большой взрывоопасности. Чистый бор сам
по себе дорогой: стоимость одного килограмма – от 50 тысяч рублей, а на
исследованиях он просто летит!".
© с сайта Томского госуниверситетаВ 2017 году Илья Жуков выиграл грант РНФ на разработку отечественного аналога керамики AlMgB14 и начал заниматься этой темой. "Я и мой аспирант сделали хороший технологический задел, поездили по России по конференциям, и ребят, интересовавшихся этой темой, забрали в Томск", – говорит Жуков.
Сплавить
и "раскрошить"
Томичи предложили свой оригинальный способ получения
керамики, гениальный в своей простоте:
"Мы придумали, что алюминий и магний можно
сплавить (слитками они стоят недорого), а уж потом механически размолоть в
защитной атмосфере (в аргоне – чтобы кислорода не было). "Присыпать" бором
– и далее для формирования материала использовать классические методы
порошковой металлургии – прессование, спекание и так далее.
© пресс-служба Томского госуниверситетаИзготовление образцов новых алюминиевых сплавов
Ведущие журналы по материаловедению – Materials today communication и Ceramics International – с удовольствием
приняли статьи о наших исследованиях, потому что никто таких подходов раньше не
использовал", – рассказывает Илья Жуков.
Сейчас над проектом работает большая коллаборация –
к томичам присоединились коллеги из Технологического института Санкт-Петербурга
и Нижегородского физико-технического института, подключается также Институт
сильноточной электроники СО РАН.
"Мы находимся на стадии фундаментальных исследований
и начинаем активно идти к промышленникам, чтобы сразу опробовать результаты. В
июле провели переговоры с несколькими предприятиями, которые нуждаются в
подшипниках спецназначения – одни, например, занимаются аппаратами ИВЛ, другие –
авиакосмической техникой. Ищем финансирование и осенью планируем изготовить
опытные образцы для испытаний", – подытоживает ученый.
Есть
идея
Илья Жуков – "птенец" материаловедческой
школы ТГУ: окончил физико-технический факультет, поступил в аспирантуру, где
занимался керамическими и композиционными материалами. Его отец Александр Жуков
– доктор физико-математических наук, завлабораторией высокоэнергетических
систем и новых технологий ТГУ.
© РИА Томск. Олег Асратян
Илья с улыбкой вспоминает: "Одной из причин
поступления в аспирантуру была династия. Хотя на самом деле то, что я в
конечном итоге увлекся наукой – заслуга моего научного руководителя в аспирантуре.
Есть масса примеров, в том числе с моими сокурсниками, когда попадаешь к вялому
научному руководителю, который сидит на кафедре сто лет, работает на протухшем
оборудовании и никуда не двигается… Ребята быстро теряют интерес.
Мне повезло: я попал к Светлане Петровне Буяковой (она
сейчас замдиректора по науке Института физики прочности и материаловедения СО
РАН), у нее всегда творческие подходы, какие-то идеи, постоянный диалог: "Ребята,
давайте! Тебе вот это интересно?" – "Интересно". – "Занимайся!".
Благодаря этому вечному драйву я понял, что хочу в науку, подучился, получил степень
(в 2012 году) и остался в ИФПМ".
Но потом из института сбежал…
"Скажу так: творческий потенциал, который нас,
молодых, распирал, столкнулся с сопротивлением поколения 60+. Начались
конфликты, и мы большой компанией ушли в ТГУ "под крыло" Александра
Ворожцова (нынешнего проректора по науке ТГУ), в его лабораторию
высокоэнергетических и специальных материалов.
В университете на тот момент была хорошо развита
технология получения наноразмерных порошковых материалов, различных соединений
металлов. Вместе с Сергеем Ворожцовым, сыном Александра Борисовича, мы начали
вплотную разворачивать исследования, накопили оборудования.
За пять
последних лет у нас сложилась большая коллаборация трех материаловедческих
лабораторий, и вместе мы достигаем реально многого в фундаментальных
исследованиях", – говорит Жуков.
© предоставила пресс-служба Томского госуниверситетаОбразцы алюминиевых сплавов, полученные в лаборатории
Так, сейчас одно из перспективных исследований – в
том числе с практической точки зрения – это повышение прочности металлических
изделий за счет введения в расплав тугоплавких (с температурой плавления до
2000 градусов) наночастиц. Илья Жуков объясняет:
"Они могут увеличивать прочность на 50% от
исходной и при этом увеличивают пластичность металла. Часть подходов уже
отработана на НПЦ "Полюс".
На эту технологию есть запрос у промышленности,
например, мы начали работать с одним из автоконцернов, чтобы добавлять нашу "волшебную
посыпку" в их алюминиевый расплав, из которого они льют головки блоков
цилиндров. С промпартнерами работать сложно – у них очень зарегламентированный
бизнес и бизнес-процессы, но они находят нас сами – это ли не признание?".
© РИА Томск. Павел СтефанскийВ июне компания Shanghai Ranking представила Шанхайский глобальный рейтинг по предметным областям за 2019 год, ТГУ вошел в группу 101-150 по металлургии.