Нанокераміка – броня майбутнього
ВЕДУЧИЙ: Кераміка відома людству кілька тисячоліть. І головний недолік - крихкість. У моїх руках теж кераміка, але виготовлена за сучасними технологіями. Подивіться, я її кидаю на підлогу. А вона б'ється. У чому ж справа? І сьогодні ми дізнаємося, як сучасні нанотехнології із крихкої кераміки зробили матеріал із фантастичними можливостями. Сьогодні все складніше знайти високотехнологічну галузь, де не застосовувалася, так звана нанокераміка. Там, де треба протистояти високій температурі, потужному електроструму, підвищеному тертю, де потрібно забезпечити швидке охолодження мікроелектроніки — скрізь успішно працює матеріал нового покоління.
Дмитро ЛИСЕНКОВ, керуючий директор компанії Роснано: Ринок кераміки сучасний оцінюється в 15 році, фактично вже через 2 роки в розмірі 73 мільярди доларів США.
ВЕДУЧИЙ: Це 5 частина річного бюджету України. Саме стільки сьогодні витрачає Америка на розробку та проходження нових видів озброєння. Тож за що ж збирається платити світ найближчими роками? Звідки беруться ці неймовірні можливості в крихкому природному матеріалі? Це одне з найстаріших підприємств електронної промисловості України — Новосибірський електровакуумний завод. Незважаючи на свій 70-річний вік, підприємство запустило в роботу найсучасніший в країні технологічний комплекс виготовлення нанокераміки.
Олег МЕДВЕДКО, виконавчий директор компаніїНЕВЗ-КЕРАМІКС: Це кераміка для електронної промисловості, кераміка для медицини, кераміка для бронезахисту особового складу, бойових машин, це кераміка для ізоляторів, для енергетиків. І п'ятий напрямок – це керамікадля нафтогазового сектора
ВЕДУЧИЙ: Народжуються широкі можливості нанокераміки в закритій лабораторії підприємства. Тут, використовуючи ексклюзивну рецептуру, поєднують компоненти майбутнього матеріалу.
— Я маю таке відчуття, що тут у вас справжня алхімічна лабораторія. Ви звичайну кераміку робить ударостійкою. Як це відбувається?
Любов БОГДАНОВА, заступник начальника технічного відділу компаніїНЕВЗ-КЕРАМІКС: Зараз іде саме приготування шлекера, з якого потім виходять керамічні підкладки.
— Шлекер це що?
Кохання БОГДАНОВА: Шлекер — це керамічна суспензія, яка за певної термічної обробки переходить у тверду кераміку. В основі лежить, звичайно, при приготуванні це порошок AL2О3. І плюс добавки — мінеральні добавки та трохи нанодобавок. Нанодобавки забезпечують механічну міцність.
ВЕДУЧИЙ: Найбільш явно побачити різницю між звичайним матеріалом та його нанобратом можна під електронним мікроскопом. Ось таку пухку та пористу структуру має традиційна тендітна кераміка. А ось так завдяки доданню нанопорошків змінюється структура нанокераміки. При сильному нагріванні добавки обліплюють великі зерна матеріалу і починають притягувати їх один до одного на відстань до 100 нанометрів. В результаті виходить дрібнозерниста, рівномірна структура підвищеної міцності та теплопровідності.
Дмитро ЛИСЕНКОВ: Індустрія розвивається досить активно останнім часом в Україні. Продукція, яка зараз виробляється у нас в КЕРАМІКС, насамперед може використовуватися у світлодіодних виробах, яскравих світлодіодах, які вже виготовляються в Україні. Тим не менш, поки що немає всієї елементної бази, що виробляється в Україні.
ВЕДУЧИЙ: Сьогодні більша частина світлодіодних підкладок поставляється з Італії та Китаю. Компанія НЕВЗ-КЕРАМІКС має намір покласти край цій експансії. Ця сучасна потокова лінія може випускати за рік мільйон плат підкладок для світлодіодів. Процес майже повністю автоматизований. Оператору необхідно спочатку завантажити ємність з рідким керамічним складом в автомат. Далі машина самостійно починає лити розчин тонким шаром полімерну плівку. Вона конвеєром повільно рухається через сушильну камеру. Її загальна довжина 26 метрів.
— Лиття закінчилося. Що далі?
Євген КАЛАШНИКОВ, технічний директор компаніїНЕВЗ-КЕРАМІКС: Звичайно, після завершення лиття оператор дістає готову продукцію і поміщає її в наступну установку.
— А як змінився сам матеріал?
Євген КАЛАШНИКОВ: Фізико-хімічні властивості матеріалу поки що не змінилися. Ми на установці лиття зробили з рідкого матеріалу резиноподібний. Він гнеться та придатний для подальшого використання при виготовленні підкладок.
— Навіщо його завантажують у цю установку?
Євген КАЛАШНИКОВ: На цій установці відбудеться розрізка з рулону на одиничні штучні заготовочки 8 на 8 дюймів.
ВЕДУЧИЙ: Розрізані заготовки - це шари майбутньої нанокерамічної підкладки. У кожній з них автомат із мікронною точністю пробиває отвори. Потім робот, наче пиріг, все збирає в єдину високотехнологічну конструкцію з десятка шарів.
— Що це за монтаж? Я бачу тут якісь мішені. Мабуть, зараз буде якась стрілянина?
Євген КАЛАШНИКОВ: Це установка для позиціонування різних шарів, елементів підкладки, які на даній установці з точністю до мікрона збираються у стек. Уявіть собібагатошарову керамічну плату. Раніше плати і зараз плати для мікроелектроніки виготовляються зі склотекстоліту. Усередині керамічної плати ми так само, як і всередині склотекстолітової плати, можемо розмістити гальванічні контакти, гальванічні доріжки, різну топологію для того, щоб забезпечити проходження електричного сигналу між шарами та від 2 поверхонь підкладки зверху та знизу.
ВЕДУЧИЙ: Далі зібрана багатошарова конструкція обпалюється в електропечі при температурі 1600 градусів, відбувається остаточне спікання всіх компонентів та металевих провідників підкладки. Залишається лише перевірити її якість. Як правило, одружується лише одна з 25 платівок.
Олег МЕДВЕДКО: З погляду вартісних показників ми маємо пропонувати нашим замовникам не менше 30% у співвідношенні з найбільшими закордонними постачальниками. Це наша ціль. Особливо йдеться, звісно, насамперед про європейський ринок. Ми припускаємо, що порівняно з європейським, зарубіжними аналогами наша продукція коштуватиме мінімум на 30% дешевше.
ВЕДУЧИЙ: На даний момент загальні інвестиції в проект склали 1,5 мільярда рублів. З них 590 мільйонів рублів вкладено компанією Роснано. Всі кошти витрачені на придбання передового технологічного обладнання. До виробництва матеріалу нового покоління залучено як фінанси, а й наука. Створено регіональний науково-виробничий консорціум "Сибірська кераміка".
Олег МЕДВЕДКО: Нам вдалося спільно з сибірським відділенням української академії наук створити новий матеріал, так звана нітридна кераміка, теплопровідна кераміка, яка, з одного боку, є діелектриком, а з іншого боку, вона є теплопровідною підкладкою. І за рахунок ось цихЦікавих властивостей нам вдалося значно підвищити надійність приладів, які виготовляються на базі наших підкладок.
ВЕДУЧИЙ: Ще один напрямок, який розширюється в рамках проекту — виробництво ізоляторів для електроенергетики. Сьогодні тут також гостра конкуренція із зарубіжними виробниками. 2/3 керамічних ізоляторів для українських електромереж постачає Японія, Німеччина та, звичайно, Китай. Але новосибірці пропонують енергетикам нанокераміку нового покоління. Вона здатна витримувати надвисокі навантаження, кидки напруги понад 20 кіловольт. Такі унікальні властивості у кераміки з'являються після тривалого загартовування високотемпературних камерах. На вогнетривкому піддоні ізолятори повільно завантажують у середину газової печі.
— Таке відчуття, що ти перебуваєш під космічним кораблем. Що зараз тут відбувається?
Ольга ПАНІНА, заступник начальника технічного відділу компаніїНЕВЗ-КЕРАМІКС: Це не космічний корабель. Це піч для остаточного випалу керамічних ізоляторів при певній температурі. Ізолятори обпалюються при температурі понад 1600 градусів. Тобто раніше в багаттях обпалювали, одержували печений черепок. Зараз у нас сучасніша кераміка. Вона потребує більш високих температур випалу. І після випалу вже виходять всі властивості кераміки. Електроізоляційна властивість, механічна міцність.
— І скільки цей процес за часом займає?
Ольга ПАНІНА: Процес триватиме близько 52 годин.
ВЕДУЧИЙ: Фішки, які зараз викочуються з-під преса, це, ви не повірите, броня майбутнього. Унікальний за міцністю та вагою матеріал фахівці між собою називають бронекерамікою. З нього збираються спеціальні легкі панелі. Вони успішно захищають від куль іуламків легку бронетехніку, кабіни гелікоптерів, морські кораблі. Крім того, пластини з бронекераміки ось-ось замінять сталь у захисних жилетах спецназівців та співробітників поліції.
Олег МЕДВЕДКО: Наша кераміка витримувала і кулі, починаючи від 762 СВД гвинтівки, з 10 метрів, закінчуючи важкими кулеметами. Це 12,7 та 14,5 класи захисту. Ми вже провели відповідні випробування у Франції, тобто у Європі. І також наша бронекераміка показала себе з найкращого боку.
ВЕДУЧИЙ: Унікальні властивості кераміки вдається створити завдяки методу ультразвукового пресування. На прессформу, заповнену керамічним порошком, впливають ультразвуковими хвилями, які миттєво стискають та розширюють матеріал. Це призводить до більш рівномірного і щільнішого розподілу частинок усередині форми. При пресуванні частинки матеріалу ще ущільнюються, а після спікання зближуються до нанорозмірних відстаней. У результаті виходить рівномірно щільна структура кераміки у всіх напрямках, за якістю захисту не поступається сталевої броні.
Юрій НЕПОЧАТОВ, начальникнауково-технічноговідділу компаніїНЕВЗ-КЕРАМІКС: Керамічна броня при зустрічі з кулею сприймає кінетичну енергію кулі та стискається. При цьому відбувається руйнація самої кулі на уламки. І кераміка сама руйнується, але її завдання сприйняти це удар, погасити кінетичну енергію кулі. А надалі куля, розлетівшись на уламки, вона вже не завдає шкоди.
ВЕДУЧИЙ: Нанокераміку сьогодні чекають не лише військові, а й медики. Найближчим часом у Новосибірську розпочнеться виробництво керамічних протезів для кульшових суглобів та імплантатів для хребта. Вони прийдуть на зміну титановим конструкціям, які мають безліч недоліків.
ОлегМЕДВЕДКО: Металоімплантати мають ряд негативних якостей, коли міграція іонів металів тканини організму призводять до різних негативних наслідків в організмі. Кераміка, вона, на щастя, має такі властивості, що відбуваються процеси постінтеграції. Тобто зрощення кісткової тканини та кераміки. За рахунок цього відбувається стійкий кістково-керамічний блок, який дозволяє… тобто організм сприймає імплантат як частину кістки та не відкидає його.
ВЕДУЧИЙ: Ще один перспективний напрямок для нанокераміки — нафтовидобуток. Керамічні вузли для запірної арматури мають підвищену термостійкість, успішно протистоять механічному зносу, не схильні до корозії. Термін служби нанокераміки як мінімум у 4 рази більший, ніж у сталі. Проте у планах новосибірців забезпечити матеріалом нового покоління не лише українську промисловість, а й закордонних виробників. Ідуть випробування зразків, готуються контракти. Отже, ринок нанокераміки постійно розширюється, тому через 5 років річний оборот підприємства має сягнути 3 мільярди рублів. І більшість його продукції доставлятиметься за кордон.