— Любовь Александровна, существует ли в России спрос со стороны высокотехнологичных отраслей промышленности на новые материалы?

— Наш мир, который меняется каждый день, ставит перед промышленностью новые задачи, заставляя изобретать и открывать что-то новое. Наука и промышленность пытаются воплотить то, что упростит нашу жизнь, сделает интереснее и поднимет ее на совершенно другой уровень.

Развитие высокотехнологичных отраслей промышленности и, так называемых, прорывных производственных технологий неизменно требует соответствующих новых материалов. Новые технологии приводят к изменению производственных процессов, методов их организации, повышению производительности, требуют привлечения высококвалифицированных специалистов. Ассортимент материалов различного назначения постоянно расширяется. В последние десятилетия создана естественно-научная база для разработки принципиально новых материалов с заданными свойствами.

— На базе СЗРЦ создан Научно-исследовательский институт прикладного материаловедения Концерна ВКО «Алмаз – Антей» (НИИПМ). Какие задачи он будет решать?

— Научно-исследовательский институт прикладного материаловедения (НИИПМ) создан в целях решения задачи обеспечения потребностей предприятий АО «Концерн ВКО «Алмаз – Антей» и иных высокотехнологичных предприятий оборонного, авиационного и машиностроительного секторов промышленности перспективными материалами и технологиями, а также совершенствования технологий, используемых на предприятиях СЗРЦ при проектировании и производстве продукции.

Основная целевая функция НИИПМ – осуществление научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области разработки перспективных материалов нового поколения, технологий их производства и применения для повышения эксплуатационных характеристик продукции военного и гражданского назначения.

Создание института будет способствовать реализации Концерном единой научно-технической политики по развитию перспективных материалов и технологий и позволит усилить инновационный, научно-технический и производственный потенциал предприятий Концерна.

Помимо специализированных лабораторий в состав института входит Научно-исследовательский технологический центр аддитивных технологий и материалов (НИТЦ АТиМ). В настоящее время НИТЦ АТиМ совместно с лабораторией аддитивных технологий и материалов института проводит работы по разработке технологических решений и отработке режимов для модернизации литейных участков с помощью внедрения метода 3D-печати песчаных форм с последующим трансфером на предприятия Концерна.

Модернизация известных и создание новых технологических процессов невозможна без разработки соответствующих полимерных, керамических и металлических 3D-материалов. Для внедрения в серийное производство технологий 3D-печати необходимо иметь отечественные металлические порошки со свойствами, отвечающими высоким требованиям по форме, размеру частиц и чистоте материала. В связи с этим в настоящее время НИИПМ в сотрудничестве с Фондом развития промышленности реализует проект «Создание научно-исследовательского технологического центра аддитивных технологий и материалов на базе современного литейного производства». В рамках проекта разрабатывается технология порошка стали и запланировано его промышленное производство. В институте создан полный цикл, включающий разработку технологий аддитивных материалов, производство металлических порошков, 3D-печать, постобработку, сканирование, моделирование и контроль изделий.

В лаборатории керамических и магнитных материалов ведутся научно-исследовательские работы в области разработки технологий керамических, в т.ч. ферритовых материалов и технологий изготовления изделий из них для электронной техники, средств радиолокации, радиопоглощающих покрытий, конструкционных элементов ракет и т.п. Объем производства керамических материалов во всех странах мира растет необычайно быстрыми темпами. Предполагается, что в ближайшие 20 лет мировой объем производства керамики вырастет в 10 раз (!) и превысит 60 млрд долл. в год. Использование керамики открывает возможность для создания разнообразных по свойствам материалов в пределах одной и той же химической композиции. Преимуществом керамики является возможность получения заранее заданных характеристик путем изменения состава массы и технологии производства. В химическом и нефтяном машиностроении керамические материалы применяются из-за способности противостоять износу в тяжелых условиях гидро- и аэроабразивного износа и коррозионной стойкости.

Например, в лаборатории ведутся работы по разработке технологии инструментальных материалов. Режущий инструмент должен иметь высокую твердость, особенно при нагреве, низкий коэффициент температурного расширения, высокие износостойкость и теплостойкость. По этим свойствам керамические материалы значительно превосходят традиционные материалы – твердые сплавы и быстрорежущие стали. К сожалению, наряду с преимуществами, керамические материалы имеют и недостатки, тормозящие их широкое применение – это сложность обработки, и соответственно высокая стоимость готового изделия.

В последние десятилетия большое внимание уделяется разработке композиционных материалов (композитов), т.е. материалов, состоящих из компонентов с различными свойствами. В таких материалах содержится основа, в которой распределены усиливающие элементы: волокна, частицы и т.п. Композиты могут включать стекло, металл, дерево, искусственные вещества, в том числе и пластмассы. Большое число возможных комбинаций компонентов позволяет получить композиционные материалы с разнообразными свойствами, разработанные в соответствии с требованиями, предъявляемыми к материалу. В институте ведутся работы по созданию алмаз-карбид-кремниевых композитов для облегченной керамики с применением бионического дизайна. Такие композиты возможно использовать для бронекерамических элементов с улучшенными энергорассеивающими характеристиками.

Сотрудники лаборатории функциональных покрытий работают над созданием инновационных технологий функциональных покрытий различных назначений, над технологией их нанесения на изделия любой геометрической сложности для снижения скорости химического взаимодействия материала с окружающей агрессивной средой, сохранения механических свойств, придания поверхности изделия новых электрофизических свойств, управления процессом теплообмена, изменения оптических свойств поверхности и т.д. Так, в настоящее время большой востребованностью обладают защитные пленки для корпусных деталей, обтекателей, антенн, т.е. для изделий, работающих в экстремальных условиях, в т.ч. в условиях Арктики.

Мы ведем работы по проведению исследований материалов в области антифрикционных и антиадгезионных покрытий различного назначения; разработки технологий модифицирования поверхностных свойств подложек различного типа (придание гидрофобности, гидрофильности); увеличение активности поверхности перед склейкой, пайкой, покраской, пропиткой и т.д.

Аналитическая лаборатория института располагает необходимым исследовательским оборудованием для изучения физико-химических и механических свойств материалов, предназначенных для работы в различных условиях, и проведения неразрушающего контроля изделий. Мощности и ресурсы лаборатории задействованы как для аналитического сопровождения исследований и разработок, осуществляемых другими структурными подразделениями НИИПМ, так и для выполнения сторонних заказов.

НИИПМ станет одним из крупнейших центров материаловедения на Северо-Западе России благодаря тому, что в его состав входят не только научно-исследовательские лаборатории, но и лаборатория с самым современным аналитическим оборудованием для проведения широкого спектра анализа химического состава, структуры, физико-химических свойств материалов. Особое внимание уделяется нашему передовому, активно развивающемуся в мире направлению – аддитивным технологиям. В состав института вошел созданный ранее научно-исследовательский центр аддитивных материалов и технологий с производственным отделом, где на имеющихся в его распоряжении 3D-принтерах проводится отработка технологий печати полимерными, керамическими и металлическими материалами, ведутся работы по сканированию и реинжинирингу.

В связи с нехваткой квалифицированных кадров, обладающих необходимыми компетенциями в области материаловедения, НИИПМ проводит семинары, организует консультирование, повышение квалификации, подготовку специалистов предприятий СЗРЦ и сторонних организаций. Поскольку сотрудников, обладающих необходимыми компетенциями, необходимо готовить практически с детства, мы организуем учебно-производственную практику для студентов среднего профессионального образования.

В институте разработана программа обучения по дополнительному образованию и повышению квалификации по направлению подготовки «Аддитивные технологии». Мои коллеги выступают с докладами на научных конференциях, ведут активную публикационную деятельность, совмещают работу с преподаванием на кафедрах университетов, руководят научной работой аспирантов предприятий СЗРЦ.

— Возможно ли на государственном уровне построение системы поиска потребностей и внедрения в промышленность изобретений и новых материалов, разработанных такими центрами компетенций как НИИПМ?

— Процесс внедрения изобретений достаточно трудоемкий и ответственный, он нередко требует большой подготовительной работы. Успешнее других, как правило, осуществляют внедрение изобретений, новых материалов и технологий те организации, которые имеют лабораторию или научный центр с необходимым исследовательским и аналитическим оборудованием и опытный участок.

Изобретения сравнительно быстрее внедряются на тех предприятиях, где они созданы. Зачастую изобретения, сделанные в научно-исследовательских институтах, в течение продолжительного времени остаются неиспользованными, поскольку не всегда удается найти ведомства или предприятия, заинтересованные в их реализации даже при том, что спрос на сделанные научно-исследовательские разработки существует.

27 апреля 2020 г. правительством РФ была утверждена дорожная карта развития высокотехнологичной области «Технологии новых материалов и веществ». Этому предшествовало соглашение между правительством РФ и госкорпорацией «Росатом», подписанное в июле 2019 г.

Дорожная карта стала основой для партнерства правительства России с высокотехнологичными компаниями. Основой дорожной карты стала поддержка развития четырех наиболее перспективных технологических трендов: аддитивные технологии, полимерные композиционные материалы, редкие и редкоземельные металлы, а также новые конструкционные и функциональные материалы и вещества. Все эти направления тесно связаны между собой и все более активно входят в повседневную жизнь.

Генеральный директор СЗРЦ М.Л. Подвязников и директор НИИПМ Л.А. Нефедова входят в подгруппу, которая координирует работы по продуктовому направлению «Аддитивные технологии».

— Очевидно, что перед внедрением новых материалов в производство необходимо исследовать их свойства и провести контроль изделий. Это возможно реализовать в лабораториях института?

— Аналитическая лаборатория, которой располагает институт, оснащена новейшим оборудованием, необходимым для всестороннего изучения материалов. Наши возможности позволяют исследовать твердые вещества и их поверхность, покрытия и пленки, порошковые композиции, растворы и суспензии, газы и аэрозоли, металлы, керамику, а также композиты на их основе; определять элементный и химический состав веществ, изучать структуру материалов на макро-, микро- и наноуровне; исследовать широкий спектр свойств материалов, включая механические, реологические, гранулометрические, теплофизические и электрические свойства. На основании проведенных исследований сотрудники института имеют возможность прогнозировать использование материалов в технике, полностью реализуя принцип: состав-структура-свойства-применение.

Для контроля изделий аддитивного производства мы используем два сканера: переносной и стационарный. Контроль производимой продукции осуществляет каждое производство. Однако те, кто пользуется классическим оборудованием метрологического анализа, тратят гораздо больше времени и средств по сравнению с производителями, выбирающими современные методы, а именно 3D-сканирование. 3D-сканеры позволяют проводить входящий и исходящий контроль, анализировать взаимное расположение элементов в изделии, а также следить за качеством формообразующих поверхностей.

Квалифицированные кадры лаборатории участвуют в деятельности института по выполнению научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

— Известно, что НИИПМ будет заниматься не только собственными разработками, но и анализом сторонних предложений представителей науки. Как проводится экспертная оценка таких проектов?

— По экспертным оценкам в ближайшие 20 лет 90% материалов будут заменены принципиально новыми. Об этом же говорит и динамика роста мировых рынков основных видов новых материалов до 2000 г. В России до сих пор сохраняется достаточно высокий научно-технический потенциал в этой области научных разработок. К нам обращаются представители научно-исследовательских организаций по вопросам рассмотрения целесообразности и перспективности использования их наработок на предприятиях Концерна.

Аналитическая лаборатория НИИПМ работает в тесном взаимодействии с подразделениями института, предприятиями СЗРЦ и всего Концерна, а также сторонними предприятиями. Лаборатория располагает ресурсами и компетенциями для осуществления экспертного и аналитического сопровождения научно-исследовательских проектов, осуществляемых различными организациями. Поскольку НИИПМ имеет тесные научные связи с другими научно-исследовательскими институтами и высшими учебными организациями, находящимися не только в Санкт-Петербурге, мы располагаем возможностью привлечения необходимых специалистов по тому направлению материаловедения, по которому непосредственно поступает запрос. При проведении экспертизы проекта оценивается научно-технический уровень предлагаемых разработок, новизна продукции, патентоспособность, потребительский спрос, возможность научно-технической и производственной базы для организации производства и выпуска продукции. Так, например, совсем недавно сотрудники института с целью определения целесообразности организации нового направления работы, связанного с применением установок для отработки режимов электронно-лучевой наплавки металлов из прутка различного диаметра, посетили с деловым визитом г. Таганрог и обсудили варианты возможного дальнейшего сотрудничества.

— Какую поддержку в работе института оказывает Концерн ВКО «Алмаз – Антей»?

— Сегодня институт получает все больше заказов от предприятий различных секторов промышленности. Особое внимание уделяем заказам, поступающим от предприятий Концерна. Организации заинтересованы в проведении работ по исследованию свойств материалов или по подбору материалов для конкретного изделия, по изготовлению конечных изделий на имеющемся у нас оборудовании.

Научные исследования являются источником технологий, материалов и механизмов, при помощи которых становится возможным создавать, в конечном итоге, продукты лучшего качества. Однако занятие наукой всегда было весьма дорогостоящим, так как вероятность получения успешного практического результата из результатов исследований может быть скромной, а стоимость исследований может быть весьма значительной в связи с потребностью в экспериментальном оборудовании и сырье. Таким образом, позволить себе содержать собственные исследовательское подразделение могут лишь немногие коммерческие компании. Поэтому НИИПМ заинтересован в новых разработках перспективных материалов и технологий в соответствии с приоритетными направлениями развития предприятий Концерна.

— Как просчитать экономическую эффективность и целесообразность внедрения и применения новых материалов?

— Создание новых материалов является одной из главных актуальных задач современного материаловедения. Процесс создания новых материалов происходит сегодня быстрее, чем когда-либо, что связано с ускорением научно-технического прогресса в целом.

Для того чтобы новый материал или технология нашли скорейшее практическое применение на производстве, необходимо уже на первоначальном этапе разработки учесть требования конструкторов и проследить, каким образом данный материал будет коррелироваться с существующими технологиями производства и оборудованием. Таким образом, принципы создания современных материалов и технологического развития во многом дополняют друг друга. Однако необходимо уже на этапе создания нового материала в ходе научного исследования прогнозировать, каким образом данный материал будет произведен в условиях промышленного производства и потребуется ли для его производства разрабатывать принципиально новые технологические процессы. Основными критериями для оценки целесообразности внедрения новых материалов являются инновационность продукта, актуальность нововведения, достоинство данного материала или технологии, экологичность, безопасность и многое другое.

Наряду с механическими и эксплуатационными характеристиками следует обращать большее внимание на экономические показатели нового материала (стоимость, коэффициент использования материалов, энергоемкость, трудоемкость и др.). Все это, в свою очередь, будет влиять на экономическую эффективность внедрения новых материалов.

—  Как вы считаете, какое место способны занять новые материалы в очередной технической революции?

— О перспективности работ по новым материалам свидетельствует тот факт, что почти 22% мировых патентов выдаются на изобретения в этой области. Развитие технологий неразрывно связано с производством новых материалов. От характеристик материалов зависят прочность, надежность, долговечность выполненных из них деталей, изделий, машин. В настоящее время все большее применение имеют различные покрытия и материалы, позволяющие значительно улучшить качество поверхностей и модернизировать их под конкретную задачу. Характерной чертой современных технологий является то, что в них традиционно значительную долю занимают научные исследования, однако эти исследования сейчас все быстрее внедряются в производство.

Новая техническая революция в результате приводит к более полному взаимодействию между наукой, техникой и производством. Это позволяет сократить время от зарождения новой идеи до ее практической реализации. Достижения науки стимулируют работы по созданию новых технологий или усовершенствования уже имеющихся.

Научно-техническая революция оказывает огромное и все возрастающее влияние на наше с вами настоящее и будущее. Мы станем свидетелями создания совершенно новых материалов с уникальными свойствами, которые, надеюсь, будут вести нас не по пути тотального разрушения, а к созиданию, развитию и мирной жизни.