ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!

СТЕКЛО И КЕРАМИКА - ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВА РАЗВИТИЯ

Шевченко В. Я., Терещенко Г. Ф.


Без стекла и керамики сегодня немыслим не только наш быт, но и практически вся человеческая деятельность. От их разнообразия и совершенствования во многом зависит прогресс общества в целом. Об истории этих материалов, сегодняшнем состоянии и области применения, а также перспективах развития рассказали члены- корреспонденты РАН В. Я. Шевченко (директор Института химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН) и Г. Ф. Терещенко (первый заместитель министра науки и технологий РФ).

В широком понимании керамика - это совокупность всех материалов на основе неорганических неметаллических соединений, изготавливаемых спеканием (обжигом). Стеклом же обычно называют вещества в аморфном метастабильном состоянии.

Археологические раскопки показали: уже 10 000 лет до н.э. люди пользовались утварью из обожженной глины, а первый материал на другой основе - фаянс - получили в Египте и на Ближнем Востоке около 4000 г. до н.э. Он представлял собой смесь измельченного кварца или песка (часто с примесью извести) с окислами щелочных металлов и красителями на основе соединений меди.

Новый толчок к развитию керамических материалов придала зародившаяся в начале III тыс. до н.э. металлургия, где их использовали для футеровки плавильных печей, форм и тиглей. Огнеупоры Древнего Рима и средневековья имели приблизительно тот же состав, что и некоторые современные. А в начале I в. н.э. римские инженеры создали технологию получения цемента, что привело к расцвету гражданского строительства и формированию городов.

Производством же стекла владели еще ремесленники бронзового века, массовое изготовление изделий из него начали на рубеже II столетия до н.э. в Римской империи.

Качественные огнеупоры, автомобильные свечи зажигания, люминесцентные экраны, сегнетоэлектрики(*), радиодетали, сверхпроводники - вот далеко не полный перечень изделий современной керамической промышленности. Сегодня без нее нельзя себе представить ракетостроение, авиацию и ряд других отраслей военной и гражданской техники.

В 70-е годы широкое распространение нашли вновь созданные материалы - ситаллы(**) и неорганические волокна. На их основе стали изготавливать высокопрочные кварцевое, базальтовое и стекловолокно, а также различные технические ткани. В то же время были освоены технологии производства биосовместимых материалов и особо чистых веществ заданного состава, что помогло наладить выпуск необходимых в медицине биосовместимых остео- и дентопротезов.

Значительные успехи пришлись на 80-е годы. Тогда нашли дальнейшее развитие теоретические предсказания и методы исследований строения оптического и технического стекла, материалов из него. Это, в свою очередь, послужило толчком к улучшению лазерной техники, волоконно-оптической связи, нелинейной оптики и т.д. Совершенствование диссоциативной теории разрушения хрупких тел (керамики) способствовало разработке специальных броне- и ударопрочных конструкций. Большое значение имело изучение поверхностных явлений в стеклообразных и керамических материалах. Последние позволили выпускать многофункциональные покрытия: теплозащитные, антикоррозионные и химически стойкие, а также эмали.

Химия и физическая химия коллоидных оксидных систем в 90-е годы стали научной основой производства нанодисперсных материалов. А на базе теории химической и радиационной стойкости аморфных сред удалось предложить технологии и материалы для утилизации химических, радиоактивных и биологических техногенных отходов.

Особое внимание В. Я. Шевченко и Г. Ф. Терещенко уделили положению дел в этой области в России. К 90-м годам СССР имел мощную керамическую промышленность. Доля производства сырья и изделий из керамики и стекла составляла около 5% общего валового объема страны, что находилось на уровне достижений высокоразвитых государств (скажем, в США тот же показатель составлял тоже 5%, в Японии - 7, в ФРГ - 6,5).

Весьма впечатляющи и успехи наших ученых и инженеров, ряд разработок которых были приоритетными. Это открытие сегнетоэлектриков, создание новых видов материалов из керамики для изготовления тепловыделяющих элементов в ядерной энергетике, синтез ультрадисперсных алмазных порошков и производство изделий из них, инструментальные материалы на основе карбонитридов титана и многое другое.

Однако, отмечают В. Я. Шевченко и Г. Ф. Терещенко, в середине и особенно в конце 90-х годов в керамической промышленности, как впрочем и в других отраслях, в силу ряда организационных и экономических трудностей в нашей стране наступил заметный спад. В связи с этим огромную роль, подчеркивают ученые, в поддержании перспективных исследований сыграли программы Министерства науки и технологий РФ. В дальнейшем в области керамических, стеклообразных и сверхтвердых материалов развитие должно идти как в направлении снижения ресурсозатрат на единицу традиционной продукции (огнеупоры, фарфор, фаянс, листовое стекло и др.), так и на разработку новых перспективных материалов для машиностроения, транспорта, медицины. И уже появились первые плоды такого подхода. Например, созданы образцы ударопрочной керамики для твердотельной электроники и техники связи, а также медико-биологического назначения.

Кроме того, освоена технология промышленного изготовления широкого ассортимента стекломатериалов и покрытий для лазерной и аэрокосмической техники, получены композиционные материалы с керамической и металлической матрицей. Скажем, на Лебединском горно-обогатительном комбинате внедрено предложение Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева по выпуску стеклокристаллического материала типа "сигран". В Институте физико-химических проблем керамических материалов РАН получили изделия на основе карбида кремния, а также нитридов кремния и бора. Инженерным центром "Шлаколит" совместно с Ижорским заводом (Санкт-Петербург) организован выпуск керамических облицовочных материалов, тюбингов метро и коллекторов, вкладышей для сопряжения рельсовых путей. Научно-исследовательский институт стекла совместно с Московским авиационно-производственным объединением "МиГ" разработали технологию остекления самолетов коммерческого класса типа "Гжель". А Научно- производственный комплекс "Терм" освоил производство высокомодульных волокон и тканей различных структур для Газпрома и Минатома РФ. Нужно подчеркнуть, что только экспортные поставки таких материалов и технологий принесли предприятиям прибыль в размере

--------------------------------------------------------------------------------
* Сегнетоэлектрики - вещества, обладающие в определенном интервале температур самопроизвольной (в отсутствие электрического поля) электрической поляризацией, сильно зависящей от внешних условий (прим. ред.).

** Ситаллы - стеклокристаллические материалы, состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределенных в стекловидной фазе (прим. ред.).
--------------------------------------------------------------------------------
1 млн. долл., а общий экономический эффект превысил 225 млн. руб.

Следует отметить еще ряд достижений российских исследователей в этой области. В Институте химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН создана и запатентована технология синтеза реакционно-связанных покрытий, позволяющая в 3 раза снизить ресурсные затраты на единицу продукции. На комбинате "Североникель" освоена созданная в том же институте технология осаждения никеля и кобальта в виде наплывов на титановых электродах с покрытием, что позволяет увеличить выход готовой продукции в 1,5 раза. На Салаватском стеклозаводе в Татарстане внедрена линия по изготовлению окрашенного листового стекла производительностью до 5000 м2 в год. Экономия сырья и материалов при этом составила более 20 млн. руб.

В результате финансовой и организационной поддержки Министерства науки и технологий РФ удалось сохранить признанные в мире научные школы. Это исследовательские коллективы под руководством академиков М. М. Шульца (стекломатериалы), П. Д. Саркисова (стеклокристаллические материалы), Г. Т. Петровского (оптическое материаловедение) и члена-корреспондента РАН В. Я. Шевченко (керамика).

Рассматривая такие материалы, как полимеры, стекло и керамика, а также металлы и сплавы, ученые заметили, что есть всего две основные характеристики, определяющие целесообразность их применения в той или иной сфере производства - прочность и удельная стоимость единицы продукции. Причем для всех названных материалов они одинаковы в очень узкой полосе значений, и значит, выбор надо вести именно здесь. Впервые это обстоятельство отметил в 1997 г. академик Н. А. Платэ. В результате определилось направление дальнейших поисков.

В. Я. Шевченко и Г. Ф. Терещенко полагают: в ближайшее десятилетие самыми перспективными и потому приоритетными должны быть работы по расширению границ эксплуатационных свойств материалов для использования их в экстремальных условиях. Большое внимание надо уделять изучению ультрадисперсного состояния данных веществ. В результате появятся новые биоматериалы, прежде всего имплантанты, биосенсоры, материалы, обеспечивающие доставку лекарственных средств к нужному участку органа (пористые среды) или химических веществ - растениям.

Особое место в технике сейчас занимают так называемые "интеллектуальные" материалы, способные не только воспринимать внешние воздействия, но и изменять свои характеристики необходимым образом. Некоторые из них могут моделировать биологические системы и даже способны "обучаться", т.е. регулировать степень своего отклика в зависимости от внешнего воздействия. Речь идет, в первую очередь, о функциональном стекле и керамике, отличительной чертой которых являются нелинейные зависимости электрических, механических и тепловых свойств.

В технологии изготовления материалов предпочтение будет отдано процессам, обеспечивающим наибольшую экономическую эффективность, включая малотоннажную химию и технологии микро- и нано-порошков и материалов более высокого класса (биокомпозитов, тех же функциональных стекол).

Все это, полагают ученые, позволит керамической и стекольной промышленности России вернуть утраченные позиции.

Исследования, разработки и инновации в области керамических и стекломатериалов. - Вестник Российской академии наук, т. 70, N I, 2000.

Материал подготовил А.К. МАЛЬЦЕВ

Александр Лебедев · 2103 days ago 0 5967
Link
Permanent link to this publication:

http://elibrary.com.ua/blogs/entry/СТЕКЛО-И-КЕРАМИКА-ИСТОРИЯ-И-ПЕРСПЕКТИВА-РАЗВИТИЯ


© elibrary.com.ua
Professional Authors' Comments:
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Guest comments




Actions
Rate
0 votes
Publisher
17.12.2013 (2103 days ago)
 

Who Like this
Likes · Dislikes
 
Empty

Libmonster, International Network:

Actual publications:

Libmonster Partners

Latest BOOKS:

Actual publications:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
СТЕКЛО И КЕРАМИКА - ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВА РАЗВИТИЯ
 

Contacts
Watch out for new publications:

About · News · For Advertisers · Donate $ to Libmonster ($)

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2019, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Germany China India Sweden Portugal Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Uzbekistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones