ТОМСК,
12 окт – РИА Томск, Елена Тайлашева. Материаловеды Томского государственного университета (ТГУ)
научились кардинально менять свойства традиционных сплавов –
"заставлять" их эффективнее работать при температуре минус 65
градусов или спокойно выдерживать тысячу с лишним… Как это может повлиять на
развитие передовых отраслей промышленности, от ракетостроения до выпуска
биосовместимых имплантов – в материале РИА Томск.
Апгрейд ракеты
Аддитивные технологии (упрощенно – 3D-печать, формирование изделий
путем "сложения" слоев материала) стали уже обычным делом. Напечатать
любую детальку из простых полимеров – ноль проблем. Металлическую – тоже
решаемо. Но серийно печатать ответственные элементы супертехнологичных
конструкций (например, элементов ракет или самолетов) пока затруднительно,
поскольку материал слишком непредсказуем, условия эксплуатации слишком суровы.
Такие задачи и должны решать ученые-материаловеды – создавать
материалы, стабильно выдерживающие самые экстремальные условия. И, желательно,
при этом воспроизводимые на цифровом производственном оборудовании, то есть с
минимальным участием человека. Для государства это приоритет – если судить по
грантам и стипендиям, которые получают коллективы, занимающиеся соответствующей
тематикой.
Так, этим летом сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии ТГУ, замдиректора НОЦ "Аддитивные технологии" Владимир
Промахов получил стипендию ВПК (размером 350 тысяч рублей) "за значительный вклад
в создание прорывных технологий и разработку современных образцов
вооружения, военной и специальной техники в интересах обеспечения обороны страны
и безопасности государства".
© предоставлено пресс-службой ТГУ"Меня часто спрашивают: вы можете напечатать такую штуку, которую больше никто не сможет? Всегда отвечаю: нет, 3D-принтеры позволяют кому угодно печатать что угодно. Но мы в ТГУ можем сделать ту же "штуку" более легкой, прочной и износостойкой", – говорит Владимир Промахов.
Промахов поясняет: "Мы умеем делать классные композиты (искусственно созданные материалы из
неоднородных и нерастворимых друг в друге компонентов) – на основе магния, алюминия, никеля, железа, интерметаллидов и
керамики.
Наша цель – получить изделия, которые могут работать при экстремальных
нагрузках (температурных, вибрационных, ударных), как, скажем, в авиационных
двигателях".
Для этого меняется структура материалов – за счет введения
различных лигатур (добавок). Например, есть известный сплав инконель на основе
никеля, который может работать до температуры около 1000 градусов и
традиционно используется в авиастроении. Ученые ТГУ ввели внутрь керамические
наночастицы и получился сплав с повышенными на 10-20% прочностными
характеристиками.
"Или, например, у нас есть технология азотирования, когда азот вводится в структуру материала
и меняет его свойства. Таким способом мы сделали лигатуру, которая повысила
хладостойкость стали при минус 65 градусах в два раза, при этом химсостав сплава не
изменился – а это суперважно для жестко регламентированного производства, когда
отступать от технологической документации категорически нельзя", – говорит
Промахов.
© предоставлено пресс-службой ТГУИзделия печатаются из порошка, частицы которого имеют размер около 50 микрон. В ТГУ придумали, как каждую такую частицу сделать композиционной и равномерно распределить внутри нее нанокерамику. Смесь попадает в принтер, плавится и превращается в конструкцию с новыми свойствами.
Свобода творчества
Владимир Промахов пришел в университет в 2014 году,
целенаправленно – в группу Александра Ворожцова, признанного специалиста по
металлургии легких сплавов.
"Мы расширили научную группу и начали заниматься очень интересными
проектами в области материаловедения, такими, как композиты с нанокерамикой.
Сделали свою оригинальную машинку, которая печатает керамикой, разработали
составы, технологию получения сложнопрофильных деталек.
Атмосфера в университете всегда была очень свободной и творческой,
и это сразу сказалось на результате: если в ИФПМ, где я работал после окончания
физтеха ТГУ, за пять лет работы у меня было две Scopus-публикации (внесенных в международную базу данных) за шесть лет, то с 2014-го по 2020-й в ТГУ
– 52 таких публикации", – вспоминает Промахов.
© с сайта Томского госуниверситета"Молодежь сейчас охотно идет в науку – видит, что головой можно зарабатывать, если заниматься актуальной для государства повесткой. Я это понял на четвертом курсе, когда выиграл программу "УМНИК" Фонда "Бортника" (500 тысяч на два года реализации своего научного проекта)", – говорит Промахов.
Но успешного исследователя всегда мучил вопрос: а как сделать мои
разработки "полезными" каждому человеку, а не только крупным промышленным
предприятиям или корпорациям?
"Хотелось, чтобы благодаря нашим результатам появился не только
отчет государству по гранту. И я подумал: а почему бы не попробовать делать из
нанокерамики такие вещи, которые могли бы приносить эмоции всем людям? В 2010 годах как раз стали появляться украшения из керамики самых известных мировых
ювелирных брендов – очень эстетичные, прочные, не вызывающие аллергию. И я
решил поэкспериментировать в этом направлении", – вспоминает Владимир
Промахов.
Оказалось, что найти исходные материалы – нанопорошки на
основе диоксида циркония не так-то просто – в России производителей нет.
Пришлось заказывать в Европе и в Японии и проводить огромное количество
экспериментов для того, чтобы разработать полную технологию производства
изделий из Hi-Tech керамики ювелирного качества. Долгими вечерами Владимир
подбирал "ключики" к материалу – как прессовать, отжигать, обрабатывать,
шлифовать. Ведь, например, один только этап спекания изделия требует 36 часов...
"Когда наступила стадия "А давай теперь эту прекрасную штуку
сделаем в количестве тысяча, то есть масштабируем производство", то возникли
большие проблемы. На отладку технологии я потратил еще два года – чтобы
производить серийно, с хорошей повторяемостью качества", – поясняет он,
подытоживая: около пяти-шести лет потребовалось на воплощении идеи ювелирного бизнеса.
© предоставлено пресс-службой ТГУИспытания показали, что образы из керамики на основе диоксида циркония в два раза прочнее сплавов из титана, считающихся одними из самых прочных. Секрет в том, что средний размер "кристаллов" – менее 1 микрона, и структура не имеет пор (дефектов), которые снижали бы прочность.
Параллельно в компании начало развиваться очень важное и
интересное направление – разработка технологии производства зубных имплантатов
и зубных коронок.
"После анализа рынка мы поняли, что запрос на этот продукт
очень большой, а наши наработки позволяют его производить, если провести еще
кое-какие исследования. При этом собственных технологий производства зубных имплантатов
и коронок из нанокерамики в России до сих пор нет – стоматологи делают их из
импортных материалов.
В итоге мы начали разрабатывать технологии производства
имплантатов и коронок разных форм и размеров, с разной резьбой и разной формой
абатмента (головки, на которую "садится" коронка), а также специальные ключи, с
помощью которых хирурги вкручивают их в кость. Стоимость конечного изделия
будет дешевле зарубежных аналогов – потому что изделие производится полностью в
России", – рассказывает Владимир.
До серийного производства еще далеко – в связи с особенностями
медицинского рынка. Но технология уже практически готова и ее перспективы
впечатляют – потенциально в Томске можно производить до 10 тысяч изделий в
месяц.
© предоставлено пресс-службой ТГУ.