Архив статей журнала: "Промышленность. Энергетика. ЖКХ" август 2015

На реализацию проекта по исследованию технологий изготовления суперпрочного и ультралегкого материала ученым из Института машиноведения Уральского отделения РАН выделен грант Российским научным фондом. Такие свойства позволят применять новый материал в авиакосмической промышленности и спорте. Об уральской технической инновации рассказал директор Института машиноведения УрО РАН Сергей Смирнов.

 

Сергей Витальевич, как появилась идея создать сверхпрочный и ультралегкий материал?

– Сложно сказать, кому первому пришла идея упрочнять металлические материалы по принципу изготовления бетона, т. е. вносить в пластичную основу высокопрочные частицы. Анализ научных публикаций показывает, что такие исследования начали проводиться в 80-е годы ХХ века в Японии и США, а несколько позже – в Европе. Понадобилось несколько лет, чтобы этими материалами заинтересовалась промышленность, в частности крупные аэрокосмические и автомобильные корпорации, которым, конечно, не выгодно разглашение разработок. Поэтому в научных журналах достаточно много результатов, опирающихся на исследования физико-механических свойств металломатричных композитов (ММК). При этом скудно описаны исследования технологических возможностей обработки и получения из них изделий.

В России производство ММК находится на начальной, опытно-промышленной стадии, а отечественные научные исследования являются фрагментарными и в основном направлены на получение исходных заготовок ММК, а не на их дальнейшую обработку. Из таких заготовок можно изготовить некоторые детали, но достичь высоких прочностных свойств позволит дополнительная деформационная и термическая обработка. Только из такого материала могут быть получены детали и элементы конструкций для перспективных технических устройств, работающих в экстремальных условиях.

Поясните термин «металломатричные композиты». Как они создаются? В чем заключается эффективность их использования?

– Металломатричные композиты – многокомпонентные материалы, состоящие из пластичной основы (матрицы) и наполнителя (армирующего компонента). Матрица обеспечивает сохранение необходимой формы и размеров, связывает наполнитель и определяет технологические параметры полученного материала. Наполнитель воспринимает внешнюю нагрузку и придает материалу специальные свойства.

 

В зависимости от того, какими свойствами должен обладать композит и в каких условиях он будет эксплуатироваться, в качестве матрицы и наполнителя используют различные  материалы. Матрицей обычно становятся легкие сплавы на основе Al, Ti, Mg или сплавы Cu, Ni; армирующим компонентом – твердые частицы оксидов, карбидов, интерметаллидов и др.

 

Неоспоримые преимущества ММК в сравнении с традиционными металлическими сплавами – меньшая стоимость из-за сокращения технологической цепочки изготовления и появление возможности достичь уникального сочетания свойств: высокой прочности, жесткости, износостойкости, теплопроводности, повышенного сопротивления при высокотемпературных и циклических нагрузках, низкой плотности и коэффициента теплового расширения.

 

Какие исследования уральских ученых предшествовали получению престижного гранта? На каком этапе научные разработки сейчас?

– Обосновать выбор оптимальных технологий изготовления конструкционных изделий из ММК можно только с использованием междисциплинарного подхода механики, материаловедения и компьютерного моделирования. Найти научные пути решения этой проблемы собрались ученые Института машиноведения Уральского отделения РАН. Их инициативы были поддержаны Российским научным фондом, который по результатам жесточайшего конкурсного отбора выделил средства для проведения исследований.

 

Для этого необходимо было разработать математические модели материалов с  внутренней структурой, которая по конфигурации приближена к реальной структуре материала. Модели должны описывать поведение композитов на смежных микро- и макромасштабных уровнях в процессе их обработки методами пластического формоизменения при высоких температурах и в условиях эксплуатационных нагрузок. Данные модели следует строить на основании результатов физических и вычислительных экспериментов с использованием современных методов исследования и компьютерного проектирования. Изготовление изделий из ММК с применением экономичных подходов к пластической деформации относится к новому классу задач механики и требует формулировки специфического расчетного аппарата, развития экспериментальных методов исследований.

 

Прошел первый год из трех, отведенных на реализацию проекта, но за этот небольшой срок уже решена важнейшая задача: создан и обоснован общий научный подход к разработке технологий обработки ММК. Он с высокой степенью достоверности  может обеспечить получение изделий конструкционного назначения с  гарантированным уровнем свойств при минимизации производственных затрат. Метод успешно апробирован на модельных образцах ММК.

Я недавно вернулся из Москвы, где выступал с докладом на научно-технической конференции «Материалы и технологии нового поколения для перспективных изделий авиационной и космической техники», проводившейся в рамках Международного авиакосмического салона  МАКС–2015. Результаты исследований, выполненных нами, вызвали значительный интерес у специалистов. Поступило предложение от Всероссийского института авиационных материалов, головной организации в отрасли, на участие в разработке технологии изготовления элементов конструкций из ММК на основе легкого высокопрочного алюминиевого сплава, армированного микрочастицами карбида кремния, который имеет все шансы стать авиационным конструкционным материалом будущего.

Как известно, размер гранта – 4,5 млн рублей. На какую перспективу с ним можно рассчитывать?

– То, что в конкурсе на финансирование отечественных научных проектов из 16 заявившихся грант получил лишь один счастливчик, уже повышает его ценность. Сумма гранта, возможно, и не впечатлит человека, далекого от реальностей российской академической науки, но она достаточна для того, чтобы быть существенным дополнительным подспорьем к средствам, получаемым за счет государственных субсидий. Грант позволяет приобретать необходимые материалы и комплектующие к экспериментальному оборудованию, оплачивать командировки для проведения исследований на научном оборудовании других организаций, выплачивать 40%-ю надбавку к основной зарплате исполнителей.

Можно ли уже сейчас предположить, какой будет стоимость изделий из сверхпрочного и ультралегкого материала?

По предварительным оценкам экономистов, при серийном промышленном производстве  ММК будут на 25–30% дешевле, чем сплавы с таким же уровнем физико-механических свойств.

Расскажите об ученых, имеющих отношение к созданию идеи, получению гранта, дальнейшим исследованиям.

­– Состав исполнителей междисциплинарный, в него входят специалисты по механике деформируемого твердого тела, материаловедению и математическому моделированию. Всего 15 человек, из них – 3 доктора наук, 7 кандидатов наук, остальные – аспиранты и магистранты. 2/3 исполнителей моложе 35 лет, т. е. относятся к категории молодых ученых. Все, включая руководителя, являются выпускниками Уральского федерального университета. Команда работает дружно и профессионально, так что имеет хорошие перспективы для научных успехов.

Каково Ваше отношение к получению такого гранта? Какова его значимость для института, развития региональной и отечественной науки?

– Гранты Российского научного фонда являются престижными для отечественных ученых в первую очередь из-за того, что заявки на проекты подвергаются серьезной независимой экспертизе. О конкуренции я уже говорил. Поэтому получение гранта – комплексная оценка уровня научного профессионализма и правильности выбора направлений исследований.  Грантовая система– это дополнительное финансирование в фундаментальной науке. Без стабильного базового финансирования со стороны государства невозможно поддерживать и обновлять экспериментальную базу, сохранять необходимую инфраструктуру научных институтов. Получение же грантов прекрасно стимулирует прорывные исследования, ограниченные по срокам исполнения.

 

Возрастают потребности жилищно-коммунального комплекса в природном газе. В Камышловском городском округе готовятся к переводу угольных котельных на газ, газификации частного сектора. Об этом нам рассказал глава ГО Камышловский Михаил ЧУХАРЕВ.



Связаться с нами

© «ЖКХ.ру» — ЖКХ в Свердловской области, 2004-2014 гг.

620075, Екатеринбург, ул. Бажова, 79, тел.: (343) 287-31-50, 287-34-60, 287-34-65

Сайт разработан совместно с Министерством энергетики и ЖКХ Свердловской области и Комитетом по энергетике СОСПП