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.  

нанокерамика2.jpg 
Исходные порошки для получения нового материала. ​© П​​​​ресс-служба Томского госуниверситета​ 

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. 

нанокерамика3.jpg 
Изготовление образцов новых алюминиевых сплавов​. ​​© П​​​​ресс-служба Томского госуниверситета​ 

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. 

нанокерамика4.jpg 
​Образцы алюминиевых сплавов, полученные в лаборатории​. © предоставила пресс-служба Томского госуниверситета 

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?". 

шанхай.jpg 
​В июне компания Shanghai Ranking представила Шанхайский глобальный рейтинг по предметным областям за 2019 год, ТГУ вошел в группу 101-150 по металлургии. ​© РИА Томск. Павел Стефанский 

Елена Тайлашева 

Похожие новости

  • 05/02/2019

    Томские ученые разработали новейшие технологии изготовления твердооксидного топлива

    ​Старший научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Степан Линник и его команда разработали ионно-плазменные методы формирования тонкопленочных твердооксидных топливных элементов.
    853
  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    978
  • 10/08/2020

    Теплофизики создадут базу данных по экологичному органоводоугольному топливу

    ​Масштабное фундаментальное исследованиее будут вести специалисты десяти ведущих российских научных центров во главе с учеными Института теплофизики СО РАН. Участники научного консорциума объединят результаты своих исследований в области горения и детонации топлив.
    185
  • 04/12/2019

    Какие задачи ТЭК смогут решить сибирские ученые

    ​В Нижневартовске представители ведущих центров инновационного развития России договорились о сотрудничестве с крупнейшими предприятиями ТЭК Югры. Результатом встречи более 80 специалистов стал не только взаимный интерес к проектам друг друга, но и конкретные договоренности.
    492
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    1581
  • 07/11/2019

    Томские физики разработали новый аддитивный метод синтеза поверхностных сплавов

    ​Сотрудники Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Института сильноточной электроники СО РАН, Национального исследовательского Томского государственного университета и Томского государственного педагогического университета совместно, при финансовой поддержке Российского научного фонда, разрабатывают не имеющую мировых аналогов технологию аддитивного тонко-пленочного электронно-пучкового синтеза поверхностных сплавов с аморфной/нанокомпозитной структурой с целью повышения физико-химических и прочностных свойств конструкционных и функциональных сплавов.
    1017
  • 30/06/2020

    Названы лучшие российские вузы в предметных рейтингах

    Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" стал 42-м в мире и лучшим из российских вузов в предметом рейтинге агентства RUR по естественным наукам, а университет ИТМО – по техническим, став 92-м в мире, сообщили РИА Новости организаторы рейтинга.
    1487
  • 05/01/2017

    Первый наноспутник, напечатанный на 3D-принтере, запустят в 2017 году

    Первый отечественный наноспутник с напечатанными на 3D-принтере элементами корпуса будет запущен с Международной космической станции (МКС) в 2017 году, сообщил руководитель стратегической академической единицы "Космическое материаловедение" в Томском политехническом университете (ТПУ) Евгений Колубаев.
    1382
  • 25/12/2019

    Nature написал об историческом открытии с участием томских физиков

    ​Международная команда физиков-теоретиков, основу которой составляют выпускники Томского государственного университета, сотрудники лаборатории наноструктурных поверхностей и покрытий ТГУ и Университета Страны Басков, сумела теоретически предсказать первый антиферромагнитный изолятор MnBi2Te4.
    624
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    2461