Если бы в начале прошлого века, когда перед Россией стояла задача электрификации всей страны, уже могли использовать некоторые из привычных нам сегодня технологий и материалов, то всеобщая мечта осуществилась бы намного раньше. И кто знает, насколько благополучнее сложилась бы судьба государства. Но и сейчас с помощью таких, например, достижений, как нанотехнологии и наноструктурные материалы, можно совершать небывалые прорывы в областях, связанных с применением электричества. Путь к этому открывают работы научного коллектива под руководством профессора Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) члена Европейской академии наук Руслана ВАЛИЕВА. Он один из создателей нового направления в физическом материаловедении: объемные наноструктурные материалы, полученные методами интенсивной деформации. В этом году известный ученый стал победителем конкурса по государственной поддержке ведущих научных школ России. Наш корреспондент попросил его рассказать о том, как выполняется отмеченный грантом проект “Исследование и разработка наноструктурных проводниковых материалов на основе меди и алюминия с повышенной прочностью и электропроводностью”.
— Руслан Зуфарович, для начала хотелось бы узнать, что определило ваш выбор. Почему именно медь и алюминий?
— Дело в том, что медь и алюминий относятся к металлам, которые демонстрируют наилучшее сочетание электрической проводимости и невысокой стоимости. Например, серебро обладает лучшей электропроводностью, чем медь, но обычно не применяется в качестве проводникового материала, так как это экономически невыгодно. Проводники именно на основе меди и алюминия нашли широкое применение в воздушных линиях электропередачи, в виде проводов и кабелей различных конструкций.
Понятно, что создание нового класса проводниковых материалов, обладающих повышенной прочностью, износо- и термостойкостью, — задача чрезвычайной важности. Ее решению сегодня уделяется особое внимание. Новые материалы планируют использовать при изготовлении контактных проводов для высокоскоростного железнодорожного транспорта. Развитие этого направления в России входит в перечень приоритетных научно-технических направлений.
— В чем преимущества наноструктурных материалов?
— Сначала немного о терминологии. Под наноструктурными материалами обычно понимают ультрамелкозернистые материалы с размером зерен порядка 100 нанометров, которые часто содержат также другие наноразмерные структурные элементы — наночастицы вторых фаз, нанокластеры легирующих элементов, нанодвойники. Наиболее успешно создавать такие наноматериалы удается благодаря методам интенсивной пластической деформации (ИПД), при которых оптимальные режимы обработки металлов и сплавов достигаются с использованием очень больших деформаций и высоких давлений. Сегодня методы ИПД широко известны в мире, но необходимо отметить, что пионерские работы по получению наноматериалов с помощью таких технологий выполнили в 1990-х российские ученые в Уфе, а также наши коллеги в Москве, Екатеринбурге, Санкт-Петербурге, Томске, Белгороде.
Наноструктурные металлические материалы часто обладают уникальными механическими и функциональными свойствами, которые не характерны для этих материалов в обычном состоянии. В частности, в нашей лаборатории несколько лет назад впервые обнаружили, что наноструктурные медные и алюминиевые сплавы могут проявлять повышенные прочность и электропроводность одновременно и уровень этих свойств значительно выше, чем у стандартных проводников. Мы первыми опубликовали ряд статей о природе этого явления.
В рамках нового проекта, победившего в конкурсе по государственной поддержке ведущих научных школ, мы планируем исследовать явления высокой прочности и электропроводности, а также термостабильность на разных алюминиевых и медных сплавах. Кроме того, разработаем основы технологии получения прутков и проволок из наноструктурных сплавов для их практического использования.
— Расскажите о своей “мастерской”. Как вы исследуете и разрабатываете наноструктурные проводниковые материалы?
— Сейчас в России и за рубежом остро стоит вопрос повышения пропускной способности имеющихся и строящихся линий электропередачи. Кроме того, развитие современного авиа- и автомобилестроения, а также железнодорожного транспорта предполагает расширение использования в них проводниковых материалов с улучшенным комплексом свойств. Именно поэтому в последнее время во многих исследовательских центрах активно ведутся работы по созданию такого рода материалов. Однако основная масса исследований связана с применением металлургических методов при производстве проводников с помощью оптимизации химического состава сплавов или модернизации уже существующих технологий производства.
Мы предложили новый подход, позволяющий значительно улучшить механические свойства и электропроводность сплавов на основе меди и алюминия. Он предполагает использование прецизионных методов анализа тонкой структуры материалов: просвечивающую электронную микроскопию высокого разрешения, пространственную атомную томографию и многое другое.
Группа сотрудников нашей лаборатории под руководством доктора технических наук Георгия Иосифовича Рааба работает над созданием опытной установки для реализации ИПД. Эта установка уже в ближайшее время позволит получать проводниковые материалы в виде наноструктурированных прутков и проволок, которые затем можно использовать для создания токопроводящих жил и проводов с уровнем свойств, не имеющим мировых аналогов. В работе принимает активное участие целая группа докто-рантов и аспирантов, среди них ведущие специалисты Максим Мурашкин и Александр Медведев, которые вскоре будут защищать диссертации по этой перспективной проблеме.
— Чем ваша работа отличается от работ коллег?
— Как я уже говорил, проблема улучшения свойств проводниковых материалов весьма актуальна как у нас в России, так и за рубежом. Исследования по поиску путей повышения прочности и электропроводимости сплавов электротехнического назначения активно ведутся в США, Канаде, Японии, во многих европейских странах.
В России, на кафедре технологий литейных процессов Московского института стали и сплавов под руководством профессора Николая Александровича Белова работают над созданием экономно-легированных алюминиевых сплавов, их свойства улучшают за счет модифицированной структуры при литье и последующей обработке. Замечательные результаты на медных сплавах получены в лаборатории профессора Сергея Владимировича Добаткина (Институт металлургии и материаловедения имени А.А.Байкова РАН). Мы с коллегами опубликовали обзорную статью в журнале Journal of Materials Science, где отражены результаты недавних исследований по созданию наноструктурированных проводниковых сплавов на основе алюминия и меди. Очень рекомендую читателям этого интервью ознакомиться с ней.
— Что помогает вашему коллективу успешно выполнять такую сложную работу?
— Тематика исследований и разработки наноструктурных проводниковых материалов — междисциплинарная. Наш коллектив включает высококвалифицированных специалистов разного профиля — физиков, механиков, материаловедов, технологов в области обработки металлов давлением. В составе коллектива много молодых сотрудников.
Наш Институт физики перспективных материалов УГАТУ (www.nanospd.ru) тесно взаимодействует с рядом подразделений университета — кафедрами нанотехнологий, физики, материаловедения и физики металлов, сопротивления материалов, химии и технологии машиностроения. Это сотрудничество дает отличные результаты как при выполнении научно-исследовательских проектов, так и в ходе подготовки бакалавров, магистрантов и аспирантов. Коллектив ведет совместные исследования и проекты со многими ведущими университетами и научно-исследовательскими институтами разных стран (США, Германия, Австрия, Франция, Чехия, Великобритания, Корея, Китай, Япония, Австралия). В теплой, творческой атмо-сфере, где все мы нацелены на хороший научный результат, работается слаженно и интересно. Это естественный процесс.
— Какова конечная цель вашего проекта?
— Мы ставим перед собой задачу создать научные основы технологий получения проводников в виде проводов и проволок для линий электропередачи и транспортных средств, разработать такие технологии, обладающие новым уровнем механических и функциональных характеристик и не имеющие мировых аналогов. На наш взгляд, мы достаточно динамично приближаемся к намеченной цели.
Беседу вела Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото Руслана Давлетбердина
Нет комментариев