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.
    962
  • 31/08/2020

    Статьи томских ученых опубликованы в высокорейтинговых зарубежных изданиях

    В 2020 году ученые кафедры физики, химии и теоретической механики ООФ Томского архитектурно-строительного университета подготовили две публикации, которые вошли в высокорейтинговые зарубежные журналы издательства Elsevier.
    375
  • 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.
    600
  • 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.
    533
  • 09/11/2020

    Новые материалы и системы для безлюдного производства будут разрабатывать в томском НОЦе

    ​​В программу Научно-образовательного центра (НОЦ) мирового уровня Томской области вошел технологический проект «Перспективные материалы и технологии обеспечения качества». Работы по этому проекту курирует Томский политехнический университет.
    172
  • 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).
    1200
  • 08/09/2020

    Томские ученые разрабатывают программу по созданию индивидуальных протезов

    Ученые физико-технического факультета Томского госуниверситета и Института физики прочности и материаловедения СО РАН в научной статье описали поведение системы «кость-эндопротез» в тазобедренном суставе при малых физиологических нагрузках – ходьбе, приседаниях, поворотах.
    659
  • 10/11/2020

    Сибирские учёные придают металлам и сплавам принципиально новые свойства

    ​Инженеры Новосибирского государственного технического университета (НГТУ НЭТИ) совместно с учеными Сибирского отделения РАН ведут ряд работ, в результате которых появляются технологии и материалы нового поколения.
    227
  • 02/11/2020

    Физики ТГУ и СО РАН создадут материалы, выдерживающие 2 тыс градусов

    ​​Физики Томского госуниверситета (ТГУ) и Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ) ТНЦ СО РАН будут разрабатывать для авиа- и судостроения жаропрочные сплавы и покрытия, выдерживающие от 2 тысяч градусов Цельсия; первые испытания запланированы на лето 2021 года, сообщил РИА Томск заведующий лабораторией нанотехнологий металлургии вуза Илья Жуков.
    205
  • 11/08/2020

    Надежность деталей международного реактора ITER проверят томские специалисты

    ​Специалисты по неразрушающему контролю Томского политехнического университета разработают методики и программы для проверки сварных соединений с помощью ультразвука на значимых элементах термоядерного реактора ИТЭР.
    2127