Поиск - новости науки и техники

Прочный, как… стекло. Гибридный материал имеет массу достоинств.

Никак не скажешь, что у ученого легкая жизнь: еще вчера профессор японского университета Тохоку Дмитрий Лузгин вел исследования в своей лаборатории в городе Сендае, а уже сегодня прилетел в Москву (в ранге приглашенного профессора НИТУ “МИСиС”), чтобы в своем родном вузе продолжить работу над проектом по созданию легких и высокопрочных конструкционных материалов на основе объемного металлического стекла. Задача сложная: уже лет десять исследователи разных стран пытаются получить такой гибридный материал, обладающий массой достоинств.

– Все время, что работаю в Японии, я не терял связь со своей кафедрой “Металловедение цветных металлов”, – рассказывает Дмитрий Валентинович, – даже участвовал в совместных исследованиях. Примерно год назад коллеги предложили мне возглавить один из проектов МИСиС по моей тематике в качестве приглашенного профессора. Похоже, университет посчитал, что я достоин этой должности: у меня около 300 публикаций в ведущих журналах, а показатель Хирша – почти 30. В заявке мы обозначили свою цель так: создать перспективные легкие и прочные конструкционные материалы и вывести Россию в мировые лидеры в этой области. И хотя конкуренция была высока, экспертный совет МИСиС, а в него, между прочим, входят ведущие иностранные профессора из Кембриджа, Мюнхена и Стэнфорда, одобрил нашу заявку. По условиям проекта мы получили 25 миллионов рублей на два года. Организовали межинститутскую лабораторию на базе двух институтов МИСиС, привлекли МГУ им. М.В.Ломоносова и НИУ “МЭИ” – и сегодня у нас около 40 сотрудников. А мне теперь приходится совмещать работу в двух университетах. Летать далековато, но что делать?
– Какой конструкционный материал вы должны получить?
– Сначала – предыстория появления проекта: так называемое металлическое стекло не имеет традиционной кристаллической структуры. По сути, это застывшая жидкость, однородный аморфный материал. Но такие стекла в два раза прочнее соответствующих кристаллических сплавов, обладают высокой твердостью и износостойкостью, не боятся коррозии, а их поверхность имеет отличное качество. Примерно 20 лет назад ученым удалось наладить производство макроскопических отливок – “объемных металлических стекол” – на основе не только дорогостоящего палладия, но и магния, циркония,   лантана, а впоследствии титана, никеля, меди, железа, кальция и т.д. Все бы замечательно, если бы не один, но очень существенный недостаток: новый материал довольно хрупок. Хотя объемные металлические стекла не такие ломкие, как обычное оконное стекло, они менее пластичны, чем классические металлические сплавы. Пытаясь улучшить механические свойства металлического стекла, расширить сферу его применения, исследователи во всем мире зашли в тупик: как преодолеть непрочность металлических стекол при пластической деформации или ударных нагрузках?
Нашей лаборатории удалось интегрировать знания в самых разных областях. Мы пригласили физиков, нанотехнолога, микроскопистов, специалиста в области рентгеновской дифракции… Общими усилиями решили использовать смесь из металлического стекла и кристаллического сплава, а еще добавить в металлическое стекло пластичный и мягкий полимер и в результате получили искомый гибридный материал. Его достоинства близки к идеалу: твердость и прочность стекла сочетаются в нем с хорошей пластичностью и высокой вязкостью кристаллических сплавов. Главное, что этот материал “держит удар”:  стукни по нему молотком – не сломается. А в связи с добавлением полимеров получили еще и легкость – низкую плотность. В зависимости от области применения ему можно придавать самые разные свойства. В одном случае используем в качестве металла-основы магний, в другом – титан. Здесь кроется еще одно преимущество наших материалов: магний и титан значительно легче и дешевле циркония или никеля.
– Будет ли востребован ваш продукт?
– Да, это вопрос. Проблема в том, что в промышленности сегодня не слишком велик спрос на высококачественные, дорогие (по сравнению с классическими сталями или алюминиевыми сплавами) материалы. Скажем, автомобилестроители стараются снизить стоимость машин – у них чуть ли не каждый доллар на счету. Конкуренция очень жесткая, и они всеми силами стремятся удешевить производство. Новое металлическое стекло или гибридный материал дороже, например, известных магниевых сплавов, хоть у него и выше прочность. Наша продукция заинтересует, в первую очередь, те отрасли, для которых главное – качество, надежность, долговечность деталей. Это космос и авиация. Кроме того, из такого металлического стекла на основе титана получатся отличные имплантаты для стоматологии, механические части высокоточных приборов, хирургические режущие инструменты, спортинвентарь (ракетки, головки клюшек для гольфа). Так что сфера применения достаточно широкая, но спрос надо “спровоцировать” – заинтересовать бизнес этими разработками. Компании могли бы помочь нам решить проблему патентов: ввиду их высокой стоимости пока мы можем рассчитывать лишь на российские (два документа уже находятся в стадии оформления), но международные для вуза слишком дороги – для их получения нужны десятки тысяч долларов. Так что без участия крупного бизнеса достичь широкого применения наших материалов вряд ли удастся.
– Есть ли аналоги ваших материалов за рубежом?
– Да, конечно. Но коллеги в США и Китае, в отличие от нас, пока не достигли нужного результата: их материалы, содержащие цирконий и бериллий, слишком дороги для массового применения.
– Что вам удалось сделать за первый год?
– Мы “обкатывали” наши идеи, определили состав металлических стекол, кристаллических сплавов и полимеров, а также технологию их получения. Важно, что нашу молодежь интересует этот проект – ребята создают нечто новое, что можно “пощупать”, и получают столь необходимый им опыт. За год с небольшим студенты и аспиранты значительно “выросли”. Сужу об этом по их публикациям в престижных, ведущих изданиях. Уровень знаний некоторых из них соответствует компетенции научных сотрудников. Аспиранта Андрея Царькова удалось отправить на стажировку в Японию на два месяца, и он освоил все передовые технологии в этой области. У некоторых аспирантов, например у Андрея Базлова, уже давно есть материал для кандидатской диссертации, хотя до защиты еще год. Надеюсь, что у кого-то из наших энтузиастов откроются и таланты в области коммерциализации. Это было бы здорово: ведь хочется, чтобы новые материалы нашли применение уже сегодня.
– А как вы оказались в Японии?
– В конце 1990-х годов я, аспирант МИСиС, подал заявку на учебу в Японии. Прошел по конкурсу для иностранных специалистов, организованному их Министерством образования, и получил право на год стажировки в достаточно крупном и известном (по публикациям в ведущих мировых изданиях и прикладным разработкам) региональном университете Тохоку. Затем сдал экзамены (на английском, что оказалось не так уж трудно) и поступил в докторантуру. Защитил диссертацию, получил степень Doctor of Engineering, стал научным сотрудником, потом – ассистентом профессора, и вот уже лет семь, как я профессор, заведующий лабораторией. Всего в Японии работаю лет 15.
– Легко ли было найти общий язык с коллегами и студентами?
– В целом, довольно просто, но многое пришлось постигать самому, так как мой научный руководитель был весьма занят: у него было около 20 сотрудников, студентов и аспирантов.

Юрий Дризе
Фотоснимки предоставлены Д.Лузгиным

Нет комментариев