ДЕ РОСТУТЬ АЛМАЗИ - ЕСТЬЧТОСКАЗАТЬ

джерело

- Наука не має національності, вона існує для всіх.
- Відповідальність - наша основна конкурентна перевага.
з інтерв'ю В.Д. бланка

Для більшості з нас алмази - це блискучі жіночі прикраси високу вартість. Хтось скаже брязкальця, хтось - хороше вкладення. Але в будь-якому випадку тема буде крутитися навколо ювелірних виробів. Можна ще згадати східні традиції, де найбільш привілейованим ворогам пропонували чашечку кави з товченими алмазами. Можливо, деякі згадають про Шерлока Холмса, незаконно проникав на приватну територію шляхом злому віконного скла. Якщо нічого не плутаю, робив він це за допомогою алмазного персня. Уже тепліше. Ну і самі просунуті, звичайно, знають, що алмаз, це не тільки ювелірка, але і безліч технологій для науки і виробництва. І як на мене, так це набагато цікавіше класичного способу вживання (я не про каву). Саме тому, ми з Михайлом Федіним , Троїцьким активістом і популяризатором науки, сидимо в кабінеті Директора « ТІСНУМ »* - Бланка Володимира Давидовича.

ТІСНУМ розробляє теорію, продумує технології, втілює в життя вироби з надтвердих матеріалів. Ось такий список розробок, числиться за ТІСНУМ:

- Тепловідводи
- Оптичні вікна
- Мікрохірургічні леза
- Напівпровідникові пластини (алмазні, так, це не помилка)
- Чутливі елементи для датчиків іонізуючого випромінювання
- Сопла для гідроабразивного різання з монокристала алмазу
- Ковадла високого тиску
- Різці для бурових установок
- Алмазна мікромеханіки
- Твердосплавний інструмент (ось це не алмази, це інші цікаві матеріали)
- Прилади і технології необхідні для використання та отримання всього вищеописаного

І ще багато всього від чого захоплює дух!

Підприємство співпрацює з іноземними партнерами. Іноземні компанії - це конкуренція, тут треба переконати весь світ, що ти найкращий у своїй галузі, в тому числі і за ціною. Тобто виграти тендер і ТІСНУМ з успіхом справляється з цим завданням. Ось наприклад: одне з провідних напрямків розробок і виробництва для ТІСНУМ: оптика для рентгенівських лазерів на вільних електронах. Виявляється зараз, одержувані з прискорювачів пучки фотонів використовують в тому числі в медицині, для високоточної мікроскопії. Зокрема, можна спробувати побачити дефект генома ембріона. І це не медична фантастика, такий прискорювач запрацював в 2012 в США і працює він на оптиці, виготовленої в ТІСНУМ. Алмазна оптика не тільки виключає втрати на розсіювання, так як рахунок дефектів кристалічної решітки вуглецю, вирощеної штучно, йде на штуки в атомах. При проектуванні прискорювача проектувальники спробували заощадити і поставили оптику на мідні гвинти. При включенні навантаження в пучку залишилася тільки алмазна оптика, а кріплення благополучно випарувався. Тому в таких проектах затребувані не тільки оптичні елементи з алмазів, а й алмазна мікромеханіки. Ось ці шестерінки по-справжньому «діамантові». У таких деталей точність виготовлення набагато вище, ніж у металевих.

Ну а в нашій країні таких програм високоточної діагностики на жаль, поки немає. Будемо сподіватися що «поки».

Фото з сайту ТІСНУМ. Автор фото: Сергій Новіков

На наступному фото: так зростає на металевій підкладці кристал алмазу за технологією високого тиску і температури HPHT ** при газофазних синтезі.

Темний він тому, що зверху покритий аморфним вуглецем. Якщо такий алмаз огранувати і відполірувати, то він все одно буде коричневий. Це ефект пов'язаний з поверхневим напругою. Виявляється не тільки стали після кування відпускають, а й алмази після «випічки» теж треба літати для відпустки і зняття напруги. Тільки після цього ми отримаємо чистий білий алмаз. До речі, абсолютно не цікавий для ювелірів. Занадто він чистий. У ювелірній справі цінуються індивідуальні, цікаві камені, а на мові кристалографії це означає наявність домішок і дефектів. Наука ж вимагає абсолютно чистих, бездомішкових і бездефектних каменів, причому у вигляді стабільного, повторюваного результату. Тому штучні алмази і ювелірні - це дві майже не перетинаються області і у них абсолютно різні цільові аудиторії.

Крім оптично прозорих і неймовірно чистих виробів, ТІСНУМ виробляє і інші корисні алмазні вироби. Як ми всі знаємо алмаз - штука дуже міцна. Тому з нього можна, наприклад, зробити лезо скальпеля, для операції на очах.

Синє в нашому випадку воно тому, що з прозорим важко працювати, його погано видно. Ось і фарбують їх шляхом присадок. Або не прикрашають, якщо скальпель буде працювати в непрозорих середовищах, наприклад, в нейрохірургії. Це вже як замовнику зручніше. Інструмент цей набагато перевершує металеві аналоги, їм із задоволенням користуються ті хірурги, хто може собі дозволити замовити і купити такий скальпель, але якогось держзамовлення на них не існує. Може бути і буде і тоді в наших клініках з'являться такі скальпелі (поки я його фотографувала мене на два голоси вмовляли скальпель не чіпати і не торкатися - ріже ніжно, не порушуючи сну).

Запитуємо у Володимира Давидовича, чим ще корисні алмази в науці і виробництві:
- Наприклад, перехід з кремнієвого спектрометра на алмазний дозволяє поліпшити дозвіл в 8 разів. А ще алмази в усьому світі використовуються в робочих голівках бурових установок.

Хоча алмаз і славний своєю міцністю і крихкістю, але ТІСНУМ вдалося домогтися того, що їх алмазні пластини товщиною 20-30 мікрон можна гнути. (Поки весь світ б'ється над гнеться екраном телефону, вони гнуть алмази). Володимир Давидович каже, що даний результат був давно передбачений і пружність алмазу описувалася ще в підручниках середини 60-х років.

А мені дали пограти ось таку штуку - це модель молекули Фуллер (С60)

У всіх вузлах цієї структури стоять атоми вуглецю. Кожен п'ятикутник оточений з усіх боків шестикутниками. Футбольний м'яч бачили? - Ну ось, один в один. Це не графіт і не алмаз. Спочатку було передвіщено, що вуглець може утворювати подібні структури, а в 85 році англійці отримали С60 експериментально.

Зараз цей матеріал використовуються при виготовленні ядерного палива, яке представляє собою складну композитну конструкцію. В цілому ця група матеріалів вважається дуже перспективною. На основі Фуллер в ТІСНУМ отримано - ультратвердий фуллерит. Це матеріал, яким можна досліджувати алмаз на твердість. Так, така штука дряпає алмаз.

Володимир Давидович і Фуллерен 🙂

Фулерени, це здорово, але нас не відпускають алмази, напевно ми, як сороки, ласі на все блестючее. Нам не терпиться подивитися на інкубатор, де їх вирощують і тому нас передають з рук в руки Безкоровайний Сергію В'ячеславовичу, головному по вирощуванню алмазів і ми їдемо Технопарк «ТІСНУМ» - це науково-виробничий майданчик, яка знаходиться в спільному використанні у концерну з приватних виробничих компаній.

В даний час світ знає два основних відпрацьованих способу вирощування алмазів:
- з газової фази
- в камерах з великими тисками і температурами

Технопарк застосовує виключно ті технології, що були розроблені на науковій основі ТІСНУМ. Насамперед ми потрапляємо в цех, де ростуть алмази. Якщо хтось очікує побачити скла, білі халати, якісь космічні види, то нічого такого. Ось так виглядає лінія росту монокристалів алмазу.

У робочих камерах цих установок створюється дуже велика температура і тиск. Крім нас, такі лінії є в США і в Японії.

- Чи є обмеження на розмір вирощених штучно алмазів?
- Є чисто технічні обмеження, але якщо у вас багато грошей, можна виростити і більше. Зараз ТІСНУМ переходить з розміру оптичних елементів 10х10 мм на розмір 15х15 мм. Але є в засіках і амбітне завдання виростити 50х50 мм.

Цех введено в роботу в 2015 році, а установку устаткування почали в 2012 році - тоді тут стояло дві установки. Зараз їх 52.

За основу установки узятий прес рязанського виробництва. Зараз в Рязані їх уже не роблять і ті преси, що ми бачимо, збирали буквально штучно по всій країні і навіть за кордоном. Кажуть, що конкуренти не змогли досі домогтися потрібних характеристик за допомогою пристроїв настільки ж скромних габаритів і ціни. Західні аналоги істотно більше і на порядок дорожче.

Зрозуміло, прес доопрацьований під вимоги технології. Зусилля Тиск, який створює прес 2 500 тонн. Усередині робочої камери створюється тиск до 60 000 атмосфер.

Система управління автономна на кожен прес. На випадок відключення електрики є друга лінія харчування і дизель-генератори. Програми управління процесами - власна розробка ТІСНУМ. В якості сировини - чистий вуглець.

Даний цех обслуговують два оператори на моменти завантаження і вивантаження. Весь інший час алмазів для зростання персонал не потрібен - відмінні вихованці, ні поливати, ні годувати ... хоча підживлення завантажують відразу. Контроль процесу проводиться віддалено.

У цеху великого тиску проводиться 22 номенклатури продукції. Це і алмазна оптика, і скальпелі, це і тепловідводи для мікросхем, що використовуються в атомних реакторах. Зараз ведуться переговори з автовиробниками, які зацікавлені в установці алмазних датчиків в робочих камерах двигунів. Космос і авіація, також помічені в інтересі до цього виду продукції.

Вихід алмазів, які можуть застосовуватися у високих технологіях у цього цеху більше 80%.

І, ми нарешті добралися до бурових!
У цьому цеху є камери, де всього за 40 хвилин спікається композитні ріжучі елементи для буріння: основа твердий металевий сплав, ріжучий шар - графитизированного алмаз. Алмазна крихта покупна, розробка ТІСНУМ - технологія спікання композиту з металу і алмазу в єдиний «пиріжок».

На фото: камера в якій запікали різець

Раніше в бурових установках стояли тверді сплави. Зараз алмаз за ціною став конкурентноспособен, а породу він проходить набагато краще і бурові намагаються користуватися алмазними різцями. ТІСНУМ розробив алмазні різці, готові до використання в бурових. На першому етапі цех готовий закрити 15% вітчизняної бурової потреби, при розширенні виробництва, зможе закривати до 80-90%. Виріб пройшов випробування і сертифікацію, є експертний висновок, є результати буріння. Це той самий випадок, коли для імпортозаміщення, причому високотехнологічного імпортозаміщення, готове все. Але не так-то й просто влізти на вже зайнятий ринок, але ми побажаємо ТІСНУМ удачі!

Перед нами робоча частина бура. Ось це чорне - алмаз. Таблетки ці бувають різних розмірів: 8, 13.5, 16 мм - найбільш ходові .. В залежності від розміру і якості алмазного шару ціна такого виробу на ринку від 40 до 50 доларів.

Фото з інтернету: ось так виглядає бур «заряджений» такими ж таблетками, як ми розглядаємо

Коли все це затівалося, 8 років тому і в цеху зростання монокристалів стояло два рязанських преса, за проектом таких пресів повинно було бути близько 170 для забезпечення виходу цеху на виробничі потужності та обсяги. За ці 8 років технологія була вдосконалена настільки, що ті ж обсяги без зниження якості можуть бути досягнуті на 30 установках. Перші преси працювали практично в серійної зборки, такі преси перебиралися і допрацьовувалися під потрібні виробництва так, що від серійних моделей залишалося відсотків 50, потім 20.

Ночами місцеві будинкові грають буровими різцями в го ...

Вся оснащення для виробництва проводиться тут же, самостійно. А так як навантаження великі і вона зношується, тобто окремий слюсарний цех, обладнаний хорошими верстатами з ЧПУ. У кутку слюсарного цеху «скромно» прилаштувалася американська установка водо-абразивного різання. Установка американська, а алмазна форсунка в ній стоїть рідна - ТІСНУМовская.

Іржаві болванки - насправді якась дуже хитра і спеціальна сталь і отримані вони куванням.

Вибірково продукція проходить перевірку боєм на твердість.

Доморощені прилади тут теж є - ось цей малюк наприклад власної збірки.

А ось на контрасті - помаранчевий монстр - німецький прес, зусиллям 3500 тонн

Електро-емульсійна різання. Нею обрізають заготовки.
Питання: Як же можна обрізати алмаз?
Відповідь: дротом. По суті вона не ріже, а випаровує матеріал навколо себе.

Ще частина робіт ТІСНУМ - напилення твердих сплавів на головки інструментів для металообробки і для інших потреб.

ТІСНУМ займається підготовкою кадрів - у них є кафедра в фізтеху. Регулярно на роботу приймається молодь. Є у ТІСНУМ і житло для іногородніх співробітників. Так само як і будівля, де знаходиться дослідний центр, житлові корпуси побудовані на власний бюджет, як результат успішної комерційної діяльності.

Ми завершуємо нашу екскурсію і я щиро бажаю підприємству нових відкриттів, проривних досліджень і звичайно ж, вдалого завоювання ринку!

Довідка:
* Федеральне державне бюджетна наукова установа «Технологічний інститут надтвердих і нових вуглецевих матеріалів».
ФГБНУ ТІСНУМ заснований в 1995 році як Науково-технічний центр «надтверді» (НТЦ СТМ). У 1998 році наказом Міністерства науки і технологій реорганізовано в Технологічний інститут надтвердих і нових вуглецевих матеріалів. Організаційно-правова форма ТІСНУМ - бюджетна наукова установа. Відомча приналежність - Міністерство освіти і науки Російської Федерації (Міністерства освіти та науки Росії).
У 2008 році на факультеті молекулярної і біологічної фізики МФТІ створена кафедра «Фізика і хімія наноструктур». ТІСНУМ визначено базовою організацією, що здійснює підготовку магістрів за напрямом «Прикладні математика і фізика» за магістерською програмою «Хімічна фізика».

** HPHT - процес вирощування монокристалів алмазу при високій температурі (близько 1500 ° C, з потрібним градієнтом) і високому тиску (50-70 тис. Атм.). Гідравлічний прес обжимає спеціальний контейнер, всередині якого знаходиться металевий розплав (залізо, нікель, кобальт і ін.) І графіт. На підкладці розміщується одна або кілька запалів - невеликих кристалів алмазу. Крізь камеру протікає електричний струм, що розігріває розплав до потрібної температури. У цих умовах метал служить розчинником і каталізатором процесу кристалізації вуглецю на затравки в формі алмазу.