Композитные или композиционные?

Наш разговор с ученым начался с «ликбеза» по металловедению. По словам Александра Дьяконова, до сих пор в машиностроении сохраняется тенденция использования традиционных материалов, таких как сталь, чугун и другие.

– В их состав входят легирующие элементы, добавляемые в металл для улучшения его конструкционных свойств, – объясняет Александр Анатольевич. – В связи с этим стоимость производства и эксплуатации этих материалов значительно повышается. Изменить ситуацию может использование композитных (композиционных) материалов. Разберемся, что это такое.

Композитные материалы – это искусственно созданные неоднородные материалы, состоящие из двух и более компонентов с четкой границей раздела между ними. Эти компоненты делятся на связующие (матрица), которые обеспечивают защиту поверхности от механических повреждений и агрессивных химических воздействий, и армирующие (наполнители), которые придают материалу прочность и жесткость. Композитные и композиционные материалы – по большому счету одно и то же. Только первый термин в ходу у специалистов, которые занимаются созданием этих материалов, а второй – у тех, кто их обрабатывает.

Итак, главное преимущество композиционного материала в том, что при его проектировании инженер сам задает ему характеристики, которые значительно превосходят свойства традиционных материалов. В данном случае разработчик может исходить из требований заказчика материала. Кроме того материал и конструкция из него создаются одновременно.

Но с главным преимуществом неразрывно связан и главный недостаток: композиционные материалы экономичнее и технологичнее, но требуют особой обработки. Решением этой проблемы занимаются на кафедре «Технология машиностроения» ЮУрГУ. Именно этой теме посвящено научное исследование Александра Дьяконова «Разработка составов, технологии получения и обработки многослойных конструкционно-функциональных полимерных нанокомпозитов», на осуществление которого он получил грант президента РФ.

– За нанокомпозитами – будущее, – говорит Александр Анатольевич. – Их использование позволит создать новые конструкции с особыми функциональными свойствами и восстанавливать изношенные поверхности без их замены, а значит, и без остановки производства. Кроме того, материалы, содержащие наноструктуры, позволят значительно сэкономить ресурсы и снизить издержки производства.

Немного об авторе

Все началось в 1999 году, когда Александр Дьяконов с отличием окончил Челябинский политехнический техникум и поступил на механико-технологический факультет ЮУрГУ. В 2005 году, получив степень магистра, стал аспирантом. Год спустя досрочно защитил кандидатскую диссертацию на тему «Оценка обрабатываемости материалов в процессах шлифования». Молодой ученый неоднократно представлял результаты своих исследований на конференциях российского и международного уровня, его разработки поддерживались грантами, отмечены дипломами. Александр Анатольевич – автор 130 научных публикаций, 7 монографий, ряда патентов на изобретения и полезные модели.

Следующий шаг – написание докторской диссертации на тему «Разработка научно-методической базы повышения эффективности процессов абразивной обработки на основе многофакторной оценки обрабатываемости материалов». В 2013-м Александр Дьяконов стал самым молодым (32 года) доктором технических наук в РФ по специальностям «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки» и «Технология машиностроения». Еще один показатель признания его научных разработок – получение гранта Российского Фонда фундаментальных исследований.

За композитными материалами будущее!

На данный момент Александр Дьяконов сотрудничает с научно-образовательным центром «Нанокомпозитные материалы и конструкции», который открыт в ЮУрГУ 31 августа 2013 года. Задача центра – проведение научных исследований в области полимерных композитов. Сотрудники НОЦа исследуют, как режимы работы оборудования и свойства исходных компонентов материала влияют на свойства изделий. Под научным руководством Сергея Сапожникова из композитовсоздаются элементы конструкций низкопольных трамваев, автобусов и других транспортных средств.

Как отмечает Александр Анатольевич, «то, что они создают, это хорошо, но потом это нужно будет еще и обрабатывать. Например, сделали корпус трамвая – нужно вырезать окна, посадочные места, и сделать это так, чтобы не повредить материал конструкции. Для этого мы, со своей стороны, начинаем разрабатывать метод, который потом будет внедрен в производство».

Еще одно направление применения данной технологии – восстановление уже поврежденных или изношенных поверхностей. Быстро изнашиваются рабочие валы в машиностроительном оборудовании, подшипники скольжения в металлургических станах. Последние, кстати, отличаются большими размерами и изготавливаются всего на нескольких предприятиях в России. Поэтому гораздо экономичнее и рациональнее, считает ученый, не заказывать новые конструкции, а восстанавливать изношенные поверхности при помощи композитов.

Композиционные материалы применяются также в авиации – для высоконагруженных деталей и двигателей самолетов, в космической технике – для узлов силовых конструкций аппаратов, подвергающихся нагреву, в автомобилестроении – для облегчения кузовов, рессор, рам, бамперов; в горной промышленности и гражданском строительстве. Композитные материалы с неметаллической матрицей используют в судо- и автомобилестроении, из них изготовляют подшипники, панели отопления, детали компьютеров и даже спортивный инвентарь. Таким образом, область применения этих материалов очень широка. А это значит, что в дальнейшем разработанная и научно-обоснованная технология их обработки будет востребована.

Планы и перспективы

– Сейчас мы хорошо умеем обрабатывать традиционные материалы и теперь выходим на новый уровень – композиты. Область их применения широка, а вот их обработкой в стране занимаются единицы, – рассказывает исследователь. – Пока плотно сотрудничаем с НОЦ «Нанокомпозитные материалы и конструкции» и проводим  фундаментальное мультидисциплинарное исследование: они хорошо разбираются в материалах, а мы – в обработке. Также на протяжении нескольких лет осуществляем работы совместно с ведущей российской компанией по разработке систем сквозного проектирования Adem Tehnologics. В планах на 2014 год проведение двух хоздоговорных работ по созданию технологии обработки композитных материалов.

В заключение разговора ученый отметил, что результаты этих исследований будут востребованы в машиностроении, аэрокосмической промышленности, военно-промышленном комплексе:

– Наша задача как ученых повысить ресурсоэффективность производства, уйти от традиционных подходов. И мы работаем над этим, ориентируясь на потенциальные запросы заказчика. При этом добиваемся значительной экономии при создании материала и обеспечиваем сбережение природных ресурсов.