Новости

28 Июля, 2020 08:29

«Вечный» подшипник: керамика ТГУ продлит жизнь аппаратам ИВЛ

Источник: РИА Томск
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 (работа поддержана грантом РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).
Изготовление образцов новых алюминиевых сплавов
Исходные порошки для получения нового материала. Фото: пресс-служба ТГУ
В 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
Изготовление образцов новых алюминиевых сплавов. Фото: пресс-служба ТГУ
Образцы алюминиевых сплавов, полученные в лаборатории. Фото: пресс-служба ТГУ
3 / 4
Изготовление образцов новых алюминиевых сплавов
Исходные порошки для получения нового материала. Фото: пресс-служба ТГУ
В 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
Изготовление образцов новых алюминиевых сплавов. Фото: пресс-служба ТГУ
Образцы алюминиевых сплавов, полученные в лаборатории. Фото: пресс-служба ТГУ

"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.

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!".

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. 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.

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.

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?".

22 Сентября, 2020
Ученые Арктического центра РАН изучили воды Печоры для определения деградации мерзлоты
Ученые Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН...
18 Сентября, 2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российские ученые разработали программу, которая позволяет моделировать процессы на поверхностях тве...