Газета Национального исследовательского
Томского политехнического университета
Newspaper of National Research
Tomsk Polytechnic University
16+
Основана 15 марта 1931 года  ♦  FOUNDED ON MARCH 15, 1931
Архив номеров Поиск

Материалы будущего

Если проследить историю человечества от первобытно-общинных времен до наших дней, бросается в глаза закономерность. Как только человек открывает какой-то новый материал, то сразу поднимается на более высокую ступень развития. Общественного, технического, экономического. Сейчас наука и техника стоят на пороге новой \"эры\", массового применения материалов нового поколения, которые открывают такие горизонты их применения, что трудно представить. Это так называемые наноматериалы, включая нанокерамику. Благодаря своей структуре изделия из них имеют уникальнейшие свойства.

Этой тематикой занимаются множество научных групп: в мире, нашей стране, Томске. Одна из наиболее заметных в нашем городе - Научно-исследовательский центр перспективных технологий \"Спектр\" Томского политехнического университета. Рассказывает его директор, кандидат физико-математических наук Олег ХАСАНОВ:

- Учёные Политехнического университета и его НИИ уже более 20 лет занимаются исследованиями свойств ультрадисперсных сред, нанопорошков и материалов на их основе. Естественно, что в начале 80-х исследования в основном носили поисковый, фундаментальный характер, а сегодня мы достигли этапа прикладного применения результатов. Что такое нанопорошки? Фактически, это \"пыль\" с размером частиц менее 0,1 микрона. Размерный фактор приводит к кардинальным изменениям свойств материалов, что позволяет использовать их в новых, непривычных качествах. Только на основе нанопорошков можно изготовить нанокерамику и нанокомпозиты – материалы XXI века, обладающие уникальными эксплуатационными свойствами вследствие проявления размерных эффектов в структуре с зёрнами порядка тех же 0,1 микрон.

Сфера применения нанокерамики сегодня стремительно расширяется. Это материалы электроники: диэлектрическая и сверхпроводящая, пьезо-, сегнетоэлектрическая, полупроводниковая, керамика. Такие материалы повышают свойства электронных резонаторов и фильтров, световодов, инфракрасных и других оптических преобразователей, пьезопреобразователей и многих других элементов. Отсюда и широкий спектр областей применения: огромный рынок средств связи (мобильные телефоны и т.п.), бытовой техники (ИК-датчики для пультов дистанционного управления, пьезодатчики) и пр. Конструкционные детали из высокопрочной, ударновязкой, износостойкой, коррозионно- и термостойкой нанокерамики могут с успехом применяться в автомобильной, текстильной, кабельной промышленности, нефтегазовом, химическом, строительном машиностроении в качестве различных уплотнений, сопел, фильер и т.д. – там, где жёсткие и напряжённые условия эксплуатации. Нуждаются в таких материалах и медицина: это и биоактивная, и биоинертная керамика, композиты для имплантантов в хирургии, стоматологии и др.

- Какова специфика исследований нашей группы? - объясняет Олег Хасанов. Исходной задачей было научиться применять пылевидные нанопорошки в порошковой технологии, преодолеть проблемы, связанные с изменением свойств в процессе хранения, транспортировки и т.п. Ведь эту \"пыль\", часто уже агломерированную и загрязнённую сорбированными примесями, надо уметь сформовать в изделие сложной формы и обеспечить заданные размеры и качество после спекания. Для этого были разработаны методики обработки порошков, чтобы в момент применения они имели свои уникальные свойства: высокую активность, заданную дисперсность, чистоту. Особенно важной задачей является обеспечение равномерной плотности нанопорошков в прессовке сложной формы – только в этом случае в спечённой керамике не возникают трещины и другие дефекты. С этой целью нами разработана специальная технология, когда при обработке порошков, их прессовании, а затем при финишной обработке поверхности керамического изделия используется ультразвук. Такой подход позволил отказаться от различных органических пластификаторов, которые обычно используют для формования непластичных керамических порошков. Благодаря этому нанокерамика получается более качественной: прочной, твёрдой и ударно-вязкой, однородной, без крупных пор и трещин, с требуемым размером нанозёрен.

Такая \"сухая\" технология позволяет использовать самые обычные гидравлические прессы, обходиться без сложного специального термического оборудования. Требуется лишь разработать и изготовить качественные ультразвуковые пресс-формы, и оптимизировать режимы прессования (параметры ультразвука, давления и т.д.). Для этого разработали специальную установку с прецизионными датчиками, позволяющую определить все необходимые параметры прессования с непосредственным выводом данных на компьютер, а затем использовать современное программное обеспечение для компьютерного конструирования пресс-форм. Одно из главных преимуществ разработанной нами технологии - её экономичность, которая достигается за счёт сокращения технологических операций, их энергоемкости, унификации оборудования.

Совместно с учеными и инженерами Сибирского химического комбината, на основе производимых ими нанопорошков оксида циркония для \"Алтайского завода агрегатов\" мы изготовили керамические торцевые уплотнения для гидронасосов двигателей. Эксплуатационные испытания показали, что наши изделия долговечнее и надежней обычных, металлографитовых. В НИЦ \"Спектр\" ТПУ изготовлены специальные конструкционные детали из нанокерамики для АО \"Сибкабель\", сверхпроводящие сквиды испытывались в НИИ полупроводниковых приборов, НИИ \"Проект\". Есть и другие заказы.

Эти исследования политехников поддержаны грантами Российского фонда фундаментальных исследований, Минобразования РФ, Администрации Томской области. Ключевые технологические процессы запатентованы, есть заявка на патент в Южной Корее. Кстати, для двух фирм этой страны \"Спектр\" выполняет контракты.

А в конце января в ТПУ побывала делегация университета Пай Чай, из города Дайджон - технополиса Южной Кореи. Этот город считается азиатской \"силиконовой долиной\", где расположены как государственные научные институты, так и исследовательские центры ведущих корейских корпораций: Samsung, LG и др. Целью визита было закрепление научных связей, прежде всего в сфере исследований, производства нанопорошков, керамических технологий. Делегацию возглавлял профессор Дэй-Янг Лим, декан технического факультета, являющийся также председателем Консорциума \"Университеты – Промышленность\" при мэрии Дайджона. Делегация осталась под сильным впечатлением от знакомства с ТПУ - его обновлёнными корпусами, научными, учебными подразделениями и инфраструктурой. Они убедились, что ТПУ реально подготовлен к масштабному международному сотрудничеству. Поскольку инициатором визита был НИЦ \"Спектр\" ТПУ, конечно, гости посетили и лаборатории Центра. В результате заинтересованного обсуждения возможных путей дальнейшей кооперации между делегацией университета Пай Чай и ТПУ было подписано Соглашение о сотрудничестве по разработке и применению нанотехнологий, информационных технологий, обучению студентов.

***

Тенденции развития мировой науки и промышленности за последние 3 – 5 лет ясно показывают, что приоритетными являются разработки нанотехнологий. В США интенсивно развивается \"Национальная нанотехнологическая инициатива\", стараются обеспечить свои приоритеты Япония, Германия, Франция, Южная Корея, а в последние годы здесь активно действует Китай.

- При Администрации Томской области 3 года назад создан Координационный совет по проблеме разработки и применения наноматериалов, - говорит Олег Хасанов. - Мы особенно часто встречались, когда была идея подготовки Российской федеральной программы по наноматериалам. К сожалению, по некоторым позициям мы уже отстаем от западных коллег, поскольку у нас нет национальной программы этих исследований, нет должного статуса этих разработок. Имеются лишь отдельные отраслевые программы, подпрограммы. Мы входим в Российский комитет \"Ультрадисперсные (нано) материалы\", который пытается донести актуальность \"материалов будущего\" до нашего правительства через Минатом, Минпромнауки, Академию наук. Тем не менее, НИЦ \"Спектр\" развивает свои разработки на основе \"многоканального\" финансирования по различным конкурсным программам и грантам, по контрактам и договорам на НИОКР.

Ультразвуковая технология изготовления технической нанокерамики, разработанная в НИЦ \"Спектр\" ТПУ, по праву считается одной из самых \"золотых\" Томского политехнического университета.

К.АНДРЕЕВ.