eng
На модельной системе "углерод-углерод" реализованы теоретические основы и технологические принципы создания новых машиностроительных материалов. Получен объемный углеродный наноматериал с уникальными свойствами, которые позволяют производить машиностроительную продукцию с техническими характеристиками выше мирового уровня.
DOI:10.22184/1993-8578.2015.58.4.46.53
DOI:10.22184/1993-8578.2015.58.4.46.53
Теги: bulk carbon nanomaterial one-stage technology structural material конструкционный материал моностадийная технология объемный углеродный наноматериал
Технический уровень машиностроительной отрасли – классический показатель промышленного развития государства. Состояние отечественного машиностроения и перспективы его развития вызывают в этом плане серьезные опасения. Степень изношенности техники практически всех отраслей промышленности, начиная от массовых, например, аграрного производства, до таких элитных, как специальное машиностроение, достигает 60–80 и более процентов [1, 2]. Выработавшая свой ресурс техника требует замены на конкурентоспособную продукцию. Однако машины и оборудование, производимые большинством предприятий отечественного массового машиностроения, в частности, автомобиле- и тракторостроения, по технико-экономическим характеристикам пока не может конкурировать с продукцией зарубежного производства.
Отсутствие современного машиностроительного комплекса, способного производить конкурентоспособную технику массового потребления, тормозит многократно декларировавшуюся диверсификацию экономики, и Россия постепенно превращается в сырьевой придаток промышленно развитых стран. Основными причинами сложившейся неблагополучной ситуации в машиностроении считают моральный и физический износ основного производственного оборудования и резкое падение престижа технического образования, что не позволяет комплектовать квалифицированными кадрами научно-исследовательские организации, конструкторские бюро и производственные предприятия.
Закупка конкурентоспособной импортной техники или ее сборка на российской территории из импортных комплектующих ставит нашу промышленность в невыгодное положение вечно догоняющего. Даже замена импортных деталей на аналоги российского производства встречает серьезные затруднения вследствие низкого качества последних. Новейшую же технику следующего поколения, основанную на использовании принципиально новых материалов, опять придется закупать за рубежом.
Большинство экспертов сходятся во мнении, что для сохранения нашей страной статуса промышленно-развитой державы необходимо незамедлительное реструктурирование отечественного машиностроения. Представители экономической науки считают, что наиболее важным условием успешной конкуренции с зарубежными машиностроительными корпорациями является правильная промышленная политика, которая наряду с финансами сводится к консолидации активов, усилению вертикальной интеграции и освоению современных форм организации НИОКР и производства [3]. Техническая элита, добавляя к этому перечню необходимость пополнения машиностроительных предприятий квалифицированными кадрами, делает упор на перевооружение отечественного машиностроения конкурентоспособной техникой [4].
Предлагаем рассмотреть еще одну возможность – компенсацию недостатков инфраструктуры, которые не позволяют нашим творцам создавать конкурентоспособные технические изделия, многократным повышением уровня конструкционных свойств машиностроительных материалов. Мы полагаем, что для создания в существующих технико-экономических условиях отечественной конкурентоспособной машиностроительной продукции необходимы материалы, конструкционные свойства которых будут многократно превышать мировой уровень, обеспечивая технико-экономические преимущества новых отечественных машин перед их зарубежными аналогами.
Создание новых материалов: традиционные решения
Анализ экспериментальных работ по модификации наиболее широко применяемых в машиностроении металлических материалов показывает, что традиционные способы повышения их технических характеристик практически исчерпали себя. Возможный успех проектов по многократному повышению прочности материала блокируется столь же резким снижением его пластичности. Аналогичные проблемы с улучшением свойств конструкционных материалов традиционными способами отмечены и в других областях материаловедения. Можно предположить, что в обозримом будущем от традиционных способов модифицирования не следует ожидать революционного изменения потребительских свойств материалов, хотя эволюционное их улучшение неизбежно.
Для выхода из этого технологического тупика обратимся к достижениям фундаментальных наук. Предлагаемый подход основан на реализации в потребительских свойствах машиностроительных материалов потенциальных возможностей наноразмерного состояния вещества.
Наиболее массовый продукт современной нанотехнологии – нанопорошки [5]. Хотя производители предпочитают называть их наноматериалами, они являются таковыми только по названию, так как на самом деле состоят из дисперсных частиц размером до 100 нм, которые практически никак не связаны между собой. Технические приложения нанопорошков в настоящее время сосредоточены преимущественно в электронике, а также в некоторых других областях науки и техники, где возможно практическое использование единичных наночастиц.
Использовать дисперсные частицы наноразмерного диапазона в качестве конструкционного машиностроительного материала невозможно. Они могут служить только одним из сырьевых компонентов в производстве объемного материала, который будет пригоден для изготовления деталей машин, приборов и других технических устройств.
Для практического использования дискретных наночастиц в реальных конструкциях их необходимо компактировать в объемный материал. Технология компактирования включает большое количество операций, что резко увеличивает продолжительность цикла производства конечного продукта и повышает затраты.
Моностадийное производство наноматериалов
Нами разработаны теоретические основы и практические принципы моностадийной технологии получения материалов конструкционного и функционального назначения с потребительскими свойствами многократно выше аналогов, изготовленных по традиционной технологии [6]. Для экспериментальной проверки теоретических положений выбран углерод, что представляло как теоретический, так и практический интерес.
Количество известных химических соединений углерода многократно превышает суммарное количество соединений всех остальных элементов таблицы Д.И.Менделеева. Это соотношение существенно возросло после открытия фуллеренов, углеродных нанотрубок и их производных. Многообразие химических соединений углерода позволяет надеяться на универсальное значение результатов, полученных на модели "углерод-углерод". В этом случае реализованные в работе теоретические положения и технологические принципы могут быть использованы для создания объемных наноматериалов и другого химического состава.
Наибольший практический интерес представляет аллотропная модификация графита, которая выделяется среди всех известных химических элементов и их соединений способностью оставаться в твердой фазе и сохранять прочность при температурах выше 4000°С. На его основе создано крупнотоннажное производство углеродных материалов конструкционного назначения, незаменимых в современной металлургии, электроэнергетике, химии, машиностроении, ракетно-космической технике, атомной энергетике и во многих других областях новой техники.
Углеродный наноматериал получают в процессе высокотемпературного пиролиза углеводородов, например, природного газа. Объемный наноматериал состоит из наночастиц углерода размером около 10 нм, которые связаны углеродной матрицей. Наноразмерный наполнитель формируется одновременно с матрицей в том же химическом реакторе, то есть технология является моностадийной: в реактор поступает сырье, а из реактора выходит готовый продукт – объемный углеродный наноматериал. Этим предлагаемая технология принципиально отличается от традиционного многостадийного компактирования наноразмерного наполнителя (рис.).
Одностадийная технология объемного наноматериала экспериментально отработана в производственных условиях на пластинах, трубах и натурных изделиях с габаритными размерами до 200 мм.
Объемный углеродный наноматериал
По прочностным показателям объемный углеродный наноматериал (BCN – Bulk Carbon Nanomaterial, более подробно см.[6]) в три и более раз превосходит лучшие марки традиционных углеродных материалов. Он хорошо обрабатывается механически. Высокая прочность в сочетании с наноразмерными дискретными элементами структуры позволяет изготавливать из него детали сложной геометрической формы с острыми кромками, полированными до высокого класса чистоты поверхности. Данная особенность BCN представляет интерес для изготовления из него деталей точной механики, например для изделий новой техники.
Высокотемпературное поведение BCN имеет аномальный характер: если прочность других материалов конструкционного назначения с повышением температуры, как правило, падает, то прочность BCN – увеличивается. По высокотемпературной удельной прочности BCN превосходит вольфрам.
Плотность BCN не превышает 2,0 г/см³ при гарантированном значении для производственной продукции не менее 1,8 г/см³, что позволяет достичь высоких показателей удельной прочности изготовленных из него деталей. В сочетании с повышенными высокотемпературными свойствами BCN это позволяет рекомендовать его для изготовления деталей тепловых машин летательных аппаратов.
Другие уникальные свойства BCN дополнительно увеличивают технический потенциал его машиностроительного применения. Так, при нормальных условиях BCN инертен практически ко всем химически активным средам, за исключением высокотемпературных окислительных сред. Однако и высокотемпературная химическая стойкость BCN в активных средах с окислительным потенциалом до 300 раз превосходит лучшие марки традиционных углеродных материалов конструкционного назначения. В среде кислот, щелочей, хлорорганических соединений, расплавов цветных металлов, фторидов щелочных металлов и других агрессивных химических соединений BCN демонстрирует абсолютную химическую стойкость. Эта особенность открывает перспективы для его применения в производстве ответственных деталей технологического оборудования для металлургии, энергетики, химической промышленности и других отраслей, связанных с использованием химически активных сред.
BCN непроницаем для жидкости и газа, работоспособен в потоке тепловых нейтронов, что представляет интерес для атомного машиностроения. По электрохимическому потенциалу он близок к благородным металлам: золоту, платине – и в ряде случаев может их заменить. Технико-экономическая целесообразность использования BCN в качестве электродного материала электрохимического оборудования и приборов очевидна.
Наличие промышленной технологии позволяет реализовать уникальные свойства и технический потенциал BCN как в самых смелых проектах человечества (искусственный клапан сердца, термоядерный реактор), так и в традиционном машиностроении (торцевые уплотнения высокотемпературных агрессивных сред, антифрикционные вкладыши газодинамических подшипников и др.) при создании продукции с техническими характеристиками выше современного мирового уровня.
Сырьевые материалы
Предлагаемый подход открывает новые перспективы для радикального изменения существующей технологии производства машиностроительных материалов. В частности, основным сырьем для производства углеграфитовых материалов конструкционного назначения служит нефтяной кокс, который получают путем пиролиза тяжелых остатков термической переработки нефти. Полученный продукт коксования представляет собой пористую массу, которая не может быть использована в качестве конструкционного материала. Для превращения этой массы в конструкционный материал ее измельчают, классифицируют на фракции, после чего компактируют в материал, используя для этого сложный технологический процесс длительностью до трех месяцев.
Представляется целесообразным модифицировать технологические принципы для прямого получения из традиционного сырья готового к техническому применению объемного наноматериала вместо кокса, переработка которого в конструкционный материал требует больших затрат трудовых и энергоресурсов. Принципиальная возможность предлагаемой технологии подтверждена нами экспериментально.
Не менее продуктивным может быть использование принципов моностадийного формирования объемного углеродного наноматериала для утилизации попутного газа, который является побочным продуктом нефтедобычи. В настоящее время попутный газ преимущественно сжигается в факелах. Данные по объемам сжигаемого газа, приводимые различными источниками, варьируют в весьма широких пределах. Наиболее достоверными можно считать результаты мониторинга земного шара космическими спутниками [7], согласно которым в 2004 году в России сожжено 50,7 млрд. м3 попутного газа. Продукты горения попутного газа загрязняют окружающую среду, за что нефтедобывающие предприятия наказывают штрафными санкциями. По итогам 2012 года российские нефтяные компании заплатили 6 млрд руб. штрафов.
Большинство существующих и предлагаемых к разработке проектов утилизации попутных газов ориентируется на их сжигание в котельных и тепловых электростанциях. Отметим, что еще Д.И.Менделеев считал сжигание углеводородов недопустимой роскошью, подобно "топлению печи ассигнациями". Между тем, попутный газ может быть рационально использован в качестве бесплатного сырья для производства объемного углеродного наноматериала с получением коммерческой выгоды вместо штрафных санкций. Процесс синтеза может быть переориентирован и на получение полуфабриката – наноразмерного наполнителя, который состоит из углеродных наночастиц и пользуется устойчивым спросом на мировом рынке.
Рассмотренные работы выполнены на примере модели "углерод-углерод". Однако есть основания полагать, что предлагаемая моностадийная технология может быть реализована и для получения широкой гаммы наноматериалов системы "наполнитель-матрица" другого химического состава c не менее уникальными потребительскими свойствами.
Газо-, жидко- и твердофазные процессы
Объемные наноматериалы со свойствами многократно выше современного уровня экспериментально получены с использованием технологических приемов, основанных на газофазном пиролизе исходного сырья. Однако не все технически значимые материалы конструкционного назначения могут быть получены путем газофазной кристаллизации сырьевых компонентов.
Наряду с газофазными процессами для создания объемных наноматериалов могут применяться также процессы жидкофазной кристаллизации и вторичной кристаллизации твердой фазы. Для практической реализации жидко- и твердофазных процессов необходимо участие в проекте высококлассных специалистов в соответствующих областях.
Предполагается, что в результате тесного междисциплинарного сотрудничества рассмотренные в данной статье результаты будут дополнены синтезом новых объемных наноматериалов с не менее уникальным техническим потенциалом путем использования сырьевых компонентов, находящихся в жидкофазном и твердофазном состояниях. Ожидаемый синергический эффект откроет перспективы промышленного производства объемных наноматериалов со свойствами многократно выше мирового уровня практически из любого сырья, независимо от его агрегатного состояния, используя как газо-, так и жидко- и твердофазные процессы. Моностадийность жидко- и твердофазных процессов получения объемных наноматериалов обеспечит их технико-экономическую конкурентоспособность с традиционными технологиями производства машиностроительных материалов.
Промышленное производство машиностроительных материалов нового поколения, которые по потребительским свойствам многократно превосходят существующие материалы, создаст материаловедческие предпосылки для разработки и производства отечественной конкурентоспособной техники. Однако отсутствие необходимых условий для подготовки предлагаемой концепции к заводскому производству может превратить результаты многолетнего самоотверженного труда многих научных и производственных коллективов в невостребованное отечественной промышленностью интеллектуальное сырье для зарубежной переработки в конечный продукт высоких технологий.
Литература
1. Черноиванов В.И. Сельское хозяйство – что нас ждет? // Мы – россияне. 2012. № 2. С. 5–10.
2. Змиевский В.И. Техническое обслуживание и ремонт оборудования в системе менеджмента качества предприятия // Технология машиностроения. 2013. № 7. С. 62–63.
3. Бодрунов С.Д. Состояние и тенденции развития машиностроения России // Экономическое возрождение России. 2012. № 3. С. 16–18.
4. Григорьев С.Н. Курс на кадровое и технологическое перевооружение отечественного машиностроения // Технология машиностроения. 2012. С. 5–10.
5. Петрунин В.Ф. Ультрадисперсные порошки – российская ниша наноматериалов и перспективная база нанотехнологий // Экология – XXI век. 2005. № 3. С. 90–91.
6. Волков Г.М. Объемные наноматериалы – М.: "КноРус", 2011, 168 с.
7. Евтушенко Н., Черемисова А. Спутниковый мониторинг обнаруживает факелы ПНГ // Rusenergy: Разведка и добыча. 2013. № 3. С. 50–52.
Отсутствие современного машиностроительного комплекса, способного производить конкурентоспособную технику массового потребления, тормозит многократно декларировавшуюся диверсификацию экономики, и Россия постепенно превращается в сырьевой придаток промышленно развитых стран. Основными причинами сложившейся неблагополучной ситуации в машиностроении считают моральный и физический износ основного производственного оборудования и резкое падение престижа технического образования, что не позволяет комплектовать квалифицированными кадрами научно-исследовательские организации, конструкторские бюро и производственные предприятия.
Закупка конкурентоспособной импортной техники или ее сборка на российской территории из импортных комплектующих ставит нашу промышленность в невыгодное положение вечно догоняющего. Даже замена импортных деталей на аналоги российского производства встречает серьезные затруднения вследствие низкого качества последних. Новейшую же технику следующего поколения, основанную на использовании принципиально новых материалов, опять придется закупать за рубежом.
Большинство экспертов сходятся во мнении, что для сохранения нашей страной статуса промышленно-развитой державы необходимо незамедлительное реструктурирование отечественного машиностроения. Представители экономической науки считают, что наиболее важным условием успешной конкуренции с зарубежными машиностроительными корпорациями является правильная промышленная политика, которая наряду с финансами сводится к консолидации активов, усилению вертикальной интеграции и освоению современных форм организации НИОКР и производства [3]. Техническая элита, добавляя к этому перечню необходимость пополнения машиностроительных предприятий квалифицированными кадрами, делает упор на перевооружение отечественного машиностроения конкурентоспособной техникой [4].
Предлагаем рассмотреть еще одну возможность – компенсацию недостатков инфраструктуры, которые не позволяют нашим творцам создавать конкурентоспособные технические изделия, многократным повышением уровня конструкционных свойств машиностроительных материалов. Мы полагаем, что для создания в существующих технико-экономических условиях отечественной конкурентоспособной машиностроительной продукции необходимы материалы, конструкционные свойства которых будут многократно превышать мировой уровень, обеспечивая технико-экономические преимущества новых отечественных машин перед их зарубежными аналогами.
Создание новых материалов: традиционные решения
Анализ экспериментальных работ по модификации наиболее широко применяемых в машиностроении металлических материалов показывает, что традиционные способы повышения их технических характеристик практически исчерпали себя. Возможный успех проектов по многократному повышению прочности материала блокируется столь же резким снижением его пластичности. Аналогичные проблемы с улучшением свойств конструкционных материалов традиционными способами отмечены и в других областях материаловедения. Можно предположить, что в обозримом будущем от традиционных способов модифицирования не следует ожидать революционного изменения потребительских свойств материалов, хотя эволюционное их улучшение неизбежно.
Для выхода из этого технологического тупика обратимся к достижениям фундаментальных наук. Предлагаемый подход основан на реализации в потребительских свойствах машиностроительных материалов потенциальных возможностей наноразмерного состояния вещества.
Наиболее массовый продукт современной нанотехнологии – нанопорошки [5]. Хотя производители предпочитают называть их наноматериалами, они являются таковыми только по названию, так как на самом деле состоят из дисперсных частиц размером до 100 нм, которые практически никак не связаны между собой. Технические приложения нанопорошков в настоящее время сосредоточены преимущественно в электронике, а также в некоторых других областях науки и техники, где возможно практическое использование единичных наночастиц.
Использовать дисперсные частицы наноразмерного диапазона в качестве конструкционного машиностроительного материала невозможно. Они могут служить только одним из сырьевых компонентов в производстве объемного материала, который будет пригоден для изготовления деталей машин, приборов и других технических устройств.
Для практического использования дискретных наночастиц в реальных конструкциях их необходимо компактировать в объемный материал. Технология компактирования включает большое количество операций, что резко увеличивает продолжительность цикла производства конечного продукта и повышает затраты.
Моностадийное производство наноматериалов
Нами разработаны теоретические основы и практические принципы моностадийной технологии получения материалов конструкционного и функционального назначения с потребительскими свойствами многократно выше аналогов, изготовленных по традиционной технологии [6]. Для экспериментальной проверки теоретических положений выбран углерод, что представляло как теоретический, так и практический интерес.
Количество известных химических соединений углерода многократно превышает суммарное количество соединений всех остальных элементов таблицы Д.И.Менделеева. Это соотношение существенно возросло после открытия фуллеренов, углеродных нанотрубок и их производных. Многообразие химических соединений углерода позволяет надеяться на универсальное значение результатов, полученных на модели "углерод-углерод". В этом случае реализованные в работе теоретические положения и технологические принципы могут быть использованы для создания объемных наноматериалов и другого химического состава.
Наибольший практический интерес представляет аллотропная модификация графита, которая выделяется среди всех известных химических элементов и их соединений способностью оставаться в твердой фазе и сохранять прочность при температурах выше 4000°С. На его основе создано крупнотоннажное производство углеродных материалов конструкционного назначения, незаменимых в современной металлургии, электроэнергетике, химии, машиностроении, ракетно-космической технике, атомной энергетике и во многих других областях новой техники.
Углеродный наноматериал получают в процессе высокотемпературного пиролиза углеводородов, например, природного газа. Объемный наноматериал состоит из наночастиц углерода размером около 10 нм, которые связаны углеродной матрицей. Наноразмерный наполнитель формируется одновременно с матрицей в том же химическом реакторе, то есть технология является моностадийной: в реактор поступает сырье, а из реактора выходит готовый продукт – объемный углеродный наноматериал. Этим предлагаемая технология принципиально отличается от традиционного многостадийного компактирования наноразмерного наполнителя (рис.).
Одностадийная технология объемного наноматериала экспериментально отработана в производственных условиях на пластинах, трубах и натурных изделиях с габаритными размерами до 200 мм.
Объемный углеродный наноматериал
По прочностным показателям объемный углеродный наноматериал (BCN – Bulk Carbon Nanomaterial, более подробно см.[6]) в три и более раз превосходит лучшие марки традиционных углеродных материалов. Он хорошо обрабатывается механически. Высокая прочность в сочетании с наноразмерными дискретными элементами структуры позволяет изготавливать из него детали сложной геометрической формы с острыми кромками, полированными до высокого класса чистоты поверхности. Данная особенность BCN представляет интерес для изготовления из него деталей точной механики, например для изделий новой техники.
Высокотемпературное поведение BCN имеет аномальный характер: если прочность других материалов конструкционного назначения с повышением температуры, как правило, падает, то прочность BCN – увеличивается. По высокотемпературной удельной прочности BCN превосходит вольфрам.
Плотность BCN не превышает 2,0 г/см³ при гарантированном значении для производственной продукции не менее 1,8 г/см³, что позволяет достичь высоких показателей удельной прочности изготовленных из него деталей. В сочетании с повышенными высокотемпературными свойствами BCN это позволяет рекомендовать его для изготовления деталей тепловых машин летательных аппаратов.
Другие уникальные свойства BCN дополнительно увеличивают технический потенциал его машиностроительного применения. Так, при нормальных условиях BCN инертен практически ко всем химически активным средам, за исключением высокотемпературных окислительных сред. Однако и высокотемпературная химическая стойкость BCN в активных средах с окислительным потенциалом до 300 раз превосходит лучшие марки традиционных углеродных материалов конструкционного назначения. В среде кислот, щелочей, хлорорганических соединений, расплавов цветных металлов, фторидов щелочных металлов и других агрессивных химических соединений BCN демонстрирует абсолютную химическую стойкость. Эта особенность открывает перспективы для его применения в производстве ответственных деталей технологического оборудования для металлургии, энергетики, химической промышленности и других отраслей, связанных с использованием химически активных сред.
BCN непроницаем для жидкости и газа, работоспособен в потоке тепловых нейтронов, что представляет интерес для атомного машиностроения. По электрохимическому потенциалу он близок к благородным металлам: золоту, платине – и в ряде случаев может их заменить. Технико-экономическая целесообразность использования BCN в качестве электродного материала электрохимического оборудования и приборов очевидна.
Наличие промышленной технологии позволяет реализовать уникальные свойства и технический потенциал BCN как в самых смелых проектах человечества (искусственный клапан сердца, термоядерный реактор), так и в традиционном машиностроении (торцевые уплотнения высокотемпературных агрессивных сред, антифрикционные вкладыши газодинамических подшипников и др.) при создании продукции с техническими характеристиками выше современного мирового уровня.
Сырьевые материалы
Предлагаемый подход открывает новые перспективы для радикального изменения существующей технологии производства машиностроительных материалов. В частности, основным сырьем для производства углеграфитовых материалов конструкционного назначения служит нефтяной кокс, который получают путем пиролиза тяжелых остатков термической переработки нефти. Полученный продукт коксования представляет собой пористую массу, которая не может быть использована в качестве конструкционного материала. Для превращения этой массы в конструкционный материал ее измельчают, классифицируют на фракции, после чего компактируют в материал, используя для этого сложный технологический процесс длительностью до трех месяцев.
Представляется целесообразным модифицировать технологические принципы для прямого получения из традиционного сырья готового к техническому применению объемного наноматериала вместо кокса, переработка которого в конструкционный материал требует больших затрат трудовых и энергоресурсов. Принципиальная возможность предлагаемой технологии подтверждена нами экспериментально.
Не менее продуктивным может быть использование принципов моностадийного формирования объемного углеродного наноматериала для утилизации попутного газа, который является побочным продуктом нефтедобычи. В настоящее время попутный газ преимущественно сжигается в факелах. Данные по объемам сжигаемого газа, приводимые различными источниками, варьируют в весьма широких пределах. Наиболее достоверными можно считать результаты мониторинга земного шара космическими спутниками [7], согласно которым в 2004 году в России сожжено 50,7 млрд. м3 попутного газа. Продукты горения попутного газа загрязняют окружающую среду, за что нефтедобывающие предприятия наказывают штрафными санкциями. По итогам 2012 года российские нефтяные компании заплатили 6 млрд руб. штрафов.
Большинство существующих и предлагаемых к разработке проектов утилизации попутных газов ориентируется на их сжигание в котельных и тепловых электростанциях. Отметим, что еще Д.И.Менделеев считал сжигание углеводородов недопустимой роскошью, подобно "топлению печи ассигнациями". Между тем, попутный газ может быть рационально использован в качестве бесплатного сырья для производства объемного углеродного наноматериала с получением коммерческой выгоды вместо штрафных санкций. Процесс синтеза может быть переориентирован и на получение полуфабриката – наноразмерного наполнителя, который состоит из углеродных наночастиц и пользуется устойчивым спросом на мировом рынке.
Рассмотренные работы выполнены на примере модели "углерод-углерод". Однако есть основания полагать, что предлагаемая моностадийная технология может быть реализована и для получения широкой гаммы наноматериалов системы "наполнитель-матрица" другого химического состава c не менее уникальными потребительскими свойствами.
Газо-, жидко- и твердофазные процессы
Объемные наноматериалы со свойствами многократно выше современного уровня экспериментально получены с использованием технологических приемов, основанных на газофазном пиролизе исходного сырья. Однако не все технически значимые материалы конструкционного назначения могут быть получены путем газофазной кристаллизации сырьевых компонентов.
Наряду с газофазными процессами для создания объемных наноматериалов могут применяться также процессы жидкофазной кристаллизации и вторичной кристаллизации твердой фазы. Для практической реализации жидко- и твердофазных процессов необходимо участие в проекте высококлассных специалистов в соответствующих областях.
Предполагается, что в результате тесного междисциплинарного сотрудничества рассмотренные в данной статье результаты будут дополнены синтезом новых объемных наноматериалов с не менее уникальным техническим потенциалом путем использования сырьевых компонентов, находящихся в жидкофазном и твердофазном состояниях. Ожидаемый синергический эффект откроет перспективы промышленного производства объемных наноматериалов со свойствами многократно выше мирового уровня практически из любого сырья, независимо от его агрегатного состояния, используя как газо-, так и жидко- и твердофазные процессы. Моностадийность жидко- и твердофазных процессов получения объемных наноматериалов обеспечит их технико-экономическую конкурентоспособность с традиционными технологиями производства машиностроительных материалов.
Промышленное производство машиностроительных материалов нового поколения, которые по потребительским свойствам многократно превосходят существующие материалы, создаст материаловедческие предпосылки для разработки и производства отечественной конкурентоспособной техники. Однако отсутствие необходимых условий для подготовки предлагаемой концепции к заводскому производству может превратить результаты многолетнего самоотверженного труда многих научных и производственных коллективов в невостребованное отечественной промышленностью интеллектуальное сырье для зарубежной переработки в конечный продукт высоких технологий.
Литература
1. Черноиванов В.И. Сельское хозяйство – что нас ждет? // Мы – россияне. 2012. № 2. С. 5–10.
2. Змиевский В.И. Техническое обслуживание и ремонт оборудования в системе менеджмента качества предприятия // Технология машиностроения. 2013. № 7. С. 62–63.
3. Бодрунов С.Д. Состояние и тенденции развития машиностроения России // Экономическое возрождение России. 2012. № 3. С. 16–18.
4. Григорьев С.Н. Курс на кадровое и технологическое перевооружение отечественного машиностроения // Технология машиностроения. 2012. С. 5–10.
5. Петрунин В.Ф. Ультрадисперсные порошки – российская ниша наноматериалов и перспективная база нанотехнологий // Экология – XXI век. 2005. № 3. С. 90–91.
6. Волков Г.М. Объемные наноматериалы – М.: "КноРус", 2011, 168 с.
7. Евтушенко Н., Черемисова А. Спутниковый мониторинг обнаруживает факелы ПНГ // Rusenergy: Разведка и добыча. 2013. № 3. С. 50–52.
Отзывы читателей
