Существенно улучшить свойства и расширить диапазон применения материалов можно с помощью наноструктурирования их поверхности, достигаемого специальной обработкой либо нанесением на нее соответствующего покрытия. Для первого варианта наиболее эффективны методы вакуумной электронно-ионно-плазменной модификации - воздействия концентрированных потоков заряженных частиц и плазмы, позволяющего управлять веществом на атомарном уровне. В итоге повышаются твердость, коррозионная и износостойкость изделия, к тому же ему придается заданная электро-, теплопроводность и т. д. Причем затраты на эту технологию минимальны, а конечный продукт дорогостоящий. О работе отечественных ученых в этом направлении в газете "Наука в Сибири" рассказали доктор технических наук Н. Коваль, кандидат физико-математических наук Н. Сочугов и доктор физико-математических наук А. Батраков.

В Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск) уже два десятилетия идут исследования в данной области, охватывающие проблемы формирования сильноточных разрядов, генерации плотной плазмы, создания на этой основе эффективных генераторов и источников заряженных частиц. В последние годы здесь разработали научные основы электронно-ионно-плазменных методов обработки поверхности металлов и сплавов - получения на ней нанокристаллических и нанокомпозитных слоев с уникальными физическими и эксплуатационными свойствами, что представляет интерес для различных отраслей промышленности.

К настоящему времени в Институте создали технологию и оборудование для модификации поверхности материалов сильноточными низкоэнергетическими импульсными электронными пучками, по совокупности параметров не имеющие аналогов в мире. Суть процесса заключается в следующем. Воздействие такого пучка приводит к нагреву, затем расплавлению и сверхбыстрой рекристаллизации верхнего тонкого слоя изделия (остающегося внутри практически холодным). В результате оно приобретает меньшую, чем прежде, шероховатость (значит, перед нами - новый метод шлифовки), защиту от коррозии, высокую прочность, стойкость к ударным нагрузкам и резким перепадам температуры. Причем обработке можно подвергнуть даже инструменты из столь тугоплавкого материала, как карбид вольфрама, что вдвое повысит срок их службы.

Второй вариант наноструктурирования поверхности материалов, над которым трудятся в том же Институте, - нанесение на нее, в частности, ионно-плазменными методами покрытий с небывало высокой твердостью. Это крайне актуально: развитие большинства технологических процессов влечет за собой увеличение нагрузок, температур, агрессивности сред, в которых работают механизмы и детали, что определяет их преждевременный износ. Сейчас ученые уже могут предложить способ упрочнения металлов и сплавов, заключающийся в защите их нанокомпозитной "оболочкой" состава Ti-Cu-N, втрое более твердой, чем известный сплав "победит". Методику и оборудование для ее реализации планируется в недалеком будущем внедрить в производство.

Еще один важный аспект использования поверхностных наноструктур - создание теплосберегающих стекол. Традиционные окна, как мы знаем, - самое слабое звено в тепловой защите зданий. Поэтому все чаще их заменяют низкоэмиссионными, или спектрально-селективными стеклопакетами, устанавливаемыми в специальные блоки. Однако такие новинки

стр. 58

не дешевы. Ученые Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН (Новосибирск) предложили создавать теплосберегающее покрытие не на стекле, а на прозрачной полиэтиленовой (полиэтилентерефталатной) пленке. Оно может представлять собой, по мнению сотрудников Института сильноточной электроники СО РАН, нанокристаллический слой допированного алюминием оксида цинка, наносимый несбалансированным импульсным магнетронным распылением. Если прикрепить такую термоизоляцию между рамами в обычном окне, теплопотери снизятся более чем вдвое, т.е. эффект будет не ниже, чем при установке дорогостоящих стеклопакетов.

Внедрение предложений сибиряков позволит не только сэкономить тепло, но и существенно улучшить микроклимат в помещениях, устранив зоны холода вблизи окон. Ныне идет работа над совершенствованием этой технологии и оптимизацией характеристик самого покрытия. Можно надеяться, что в ближайшие два-три года она будет реализована в промышленном масштабе.

Коваль Н., Сочугов Н., Батраков А. Поверхностные наноструктуры - от исследовании к применениям. "Наука в Сибири", 2007, N 3

Иллюстрации предоставлены авторами Материал подготовила Ольга БАЗАНОВА

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: