CC BY
191
Кучменова М.К.
соискатель Академии народного хозяйства при Правительстве РФ, г. Москва [email protected]
карбид вольфрама
и нанореволюция
анализ состояния и перспективы производства ультрадисперсных и нанокристаллических
порошков карбида вольфрама
_Аннотация
В статье освещены перспективы развития вольфрамовой отрасли России. Предложено создать производства по выпуску нанокристаллических, ультрадисперсных и субмикронных порошков карбида вольфрама, что будет способствовать выводу из кризисной ситуации металлургических и оборонных предприятий.
Нанотехнологии являются главным источником глобальной конкурентоспособности в будущем мире. В долгосрочной перспективе (2015-2030 годы и далее) видна глобальная тенденция к переходу мировой экономики на новую базу. В эти годы начнется тотальное отмирание всей промышленности в нашем нынешнем понимании. Все заводы, фабрики, электростанции и другая устаревшая промышленность остановятся по причине абсолютной неконкурентоспособности по сравнению с индустрией, основанной на молекулярной сборке.
Рынок вольфрама
Развитие вольфрамовой отрасли определяется исключительными
свойствами самого вольфрама (тугоплавкость, химическая, абразивная и эрозионная стойкость, высокая механическая прочность и эмиссионная способность). Это позволяет использовать его в производстве высококачественных сталей, сверхтвердых и кислотоупорных сплавов, карбидов, бори-дов и специальных материалов для многих отраслей промышленности. Важнейшей областью использования вольфрама является его применение в виде карбида вольфрама в производстве режущих и износостойких материалов, используемых в металлообработке, в нефтяной, газовой и горнодобывающей промышленности, в строительной индустрии, в электронике и в электротехнике. Мировой спрос на воль-
фрам составляет 90 тыс. т в год. Из них до 30 тыс. т составляет карбид вольфрама (разного качества). Мировой оборот карбида вольфрама составляет около 2 млрд евро. Оборот карбида вольфрама на внутреннем рынке России с учетом ввезенного по импорту составляет ориентировочно 170 млн долл. США. Карбид вольфрама является основным материалом в составе твердосплавного инструмента, от 66% до 94% в зависимости от наименования сплава. Объем мирового рынка инструмента оценивается в 17 млрд евро, из которых на инструмент из твердосплава приходится 4 млрд евро.
Новаятехнология
ЗАО «Техмаш» совместно с Институтом структурной макрокинетики и проблем материаловедения разработало новую технологию получения карбида вольфрама (WC-SHS) на основе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) для создания производства, построенного на модульном принципе. Использование разработанных универсальных технологий и базовых технологических модулей позволяет легко масштабировать производство - наращивать его производительность в соответствии с требованиями рынка. Использование технической и технологической базы данного производства для его диверсификации - расширения ассортимента производимых продуктов востребованных рынком, с минимальными затратами на переоснащение. Россия обладает 12% мировых запасов вольфрама - это второе
место в мире. Используя высокотехнологический СВС - метод для производства высококачественного нанокристаллического, ультрадисперсного и тонкодисперсного карбида вольфрама, Россия может стать, по поставкам на внутренний и внешние рынки, альтернативой западным поставщикам и Китаю. Ожидаемый спрос России на вольфрам будет расти - с нынешних 1-2 тыс. до 3-5 тыс. т к 2010-2015 году. Реализация проекта получения нанокристаллического, ультрадисперсного и тонкодисперсного порошка карбида вольфрама (WC-SHS) в промышленных масштабах на основе новейшей запатентованной технологии при возрастающем спросе на внутреннем и мировом рынках является стратегически значимой для вольфрамовой отрасли России.
Ключевые слова:
нанотехнологии,
конкуренция,
вольфрамовая отрасль,
самораспространяющийся
высокотемпературный синтез,
вольфрамосодержащие
композитные материалы,
металлургическая
промышленность,
карбид вольфрама
Keywords:
nanotechnology, competition, tungsten industry,
self-propagating high-temperature synthesis,
tungsten composite materials, metallurgical industry, tungsten carbide
Преимущества технологии
Конкурентные преимущества продукта WC-SHS произведенного ЗАО «Техмаш»:
1. Себестоимость нано- (100 нм), ультра- (500 нм) и тонкодисперсного (850 нм) карбида вольфрама (WC-SHS) произведенного ЗАО «Техмаш», составляет 44 долл. США за 1 кг. Для сравнения:
- стоимость карбида вольфрама (WC) 90-300 нм в США - 360 $ за 1 кг;
- стоимость карбида вольфрама + кобальт 8% - 12% (WC/Co) 60-250 нм - 550 $ за 1 кг.
2. Получаем побочный высококачественный продукт:
- Сульфат магния чистоты 99,9%;
- Водород чистоты 99,9%. Для сравнения:
- стоимость сульфата магния (97%) на рынке России - от 17 руб. за 1 кг без НДС;
- стоимость высокочистого водорода на рынке в баллонах 6 куб. м (40 л) - 5600 руб.
3. Компактность производства порошка карбида вольфрама (WC-SHS). Производство размещается на площади до 1500 кв. м, с персоналом до 127 чел.
Для сравнения:
- ОАО «Победит» (г. Владикавказ), выпуская до 500 т металлических и композитных порошков из WO3, использует 39 га и 1800 чел.
4. Высокое качество порошка карбида вольфрама (WC-SHS). Физико-механические характеристики твердого сплава, полученного из карбида вольфрама (WC-SHS), значительно выше характеристик аналогичных сплавов порошка карбида вольфрама, произведенного традиционным способом.
5. Запатентованная технология.
6. Экологически чистое производство карбида вольфрама ^С^^).
Импортозамещение
В настоящий момент в России нет производства по выпуску нанокристаллических, ультрадисперсных и субмикронных порошков карбида вольфрама. Создание такого производства, обеспечение и насыщение рынка высококачественным и недорогим сырьем для производства твердых сплавов позволит решить важную стратегическую задачу - импортозамещение. Это позволит обеспечить сырьевую независимость российской твердосплавной промышленности и обеспечить выход с конкурентоспособной продукцией на внешние рынки.
При дефиците инвестиций первоочередный интерес вызывают объекты с относительно коротким сроком возврата капитала. В металлургической промышленности это применение новых технологий по производству высококачественных твердых сплавов и тугоплавких материалов, необходимых в первую очередь для нефтегазовой, горнодобывающей отраслей и оборонного комплекса. Реализация проекта получения порошка карбида вольфрама ^С^^) методом СВС-технологии позволит в короткие сроки организовать высокоэффективное промышленное производство продукции высокого качества, имеющей возрастающий спрос как на внутреннем, так и на внешнем рынках вольфрама. Эта задача является стратегически значимой для национальной экономики России.
Миссия ЗАО «Техмаш»
Видение ЗАО «Техмаш» - это стать лидером вольфрамовой отрасли России по поставкам на внутренний рынок и экспорт высококачественного и конкурентоспособного нанокристаллического, ультрадисперсного и субмикронного порошка карбида вольфрама (WC-SHS). Иметь полный технологический цикл от сырья до инструмента, создав собственную сырьевую базу и твердосплавное производство высококачественного инструмента.
Продолжить традиционно инновационный подход общества к производству, основанного на собственной научно-производственной базе, с целью опережения рынка вольфрамосодержащих композитных материалов. Производить гарантированно более качественный продукт, чем у конкурентов. Уникальность и универсальность запатентованных технологий позволяет обществу производить ряд других диверсифицированных высококачественных мелкодисперсных порошков, что помогает иметь хороший запас прочности на рынке. Конкурировать по качеству продукта с лучшими мировыми производителями, тем самым поднять имидж отечественного рынка, в том числе помочь улучшить качество российскому производителю инструмента, так как наш продукт является импортозамещающим. Процветающая держава по определению должна ставить перед собой возвышенные цели. Национальные программы по осуществлению полета человека в космос, создания атомного оружия, индустриализации страны в
момент своего зарождения многим казались излишне амбициозными. Но проходило время, и оказывалось, что те правительства, которые правильно оценивали научные прогнозы, сумели вывести свои державы в мировые лидеры. У нашей страны есть 5-7 лет стабильности, обеспеченной запасами сырья. Либо мы сумеем за это время создать научную и промышленную базу принципиально новой экономики, осуществить нанотехнологический прорыв, либо экономики у страны не будет в принципе.
Остановить грядущую нанорево-люцию не по силам никому. Можно игнорировать факты, но экономические и социальные последствия для государства, не имеющего собственной глобальной нанотех-нологической программы, будут самыми плачевными - от полного коллапса экономики до потери суверенитета. В целом же развитие нанотехнологий как национальной идеи способно кардинально преобразовать общество и страну, и вывести их на новый виток развития.
Литература
1. Третьяков В.И. Металлокера-мические твердые сплавы. - М.: Металлургиздат, 1962. - С. 270-276.
2. Фальковский В.А., Клячко Л.И., Твердые сплавы. - М.: Руда и металлы, 2005.
3. Нанокристаллические и ультрадисперсные порошки вольфрама, карбида вольфрама и вольфра-мокобальтовые твердые сплавы на их основе. - М.: ВНИИТС, 2004.
4. Боровский Г.В. Инструментальное производство в России. - М.: ВНИИинструмент, 2008.
5. Medeiros F.F.P. et.al. Synthesis of WC through gas-solid reaction at low temperature. // Materials Science and Engineering. - 2001. - Vol. 315, № 1-2. - P. 58-62.
6. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. - М.: Физмалит,2005. - С. 46.
7. Вершинников В.И., Игнатьева Т.И., Гозиян А.В., Боровинская И.П., Мержанов А.Г. Способ получения карбида вольфрама и карбид вольфрама, полученный этим способом. Пат. RU № 2200128 С2 // Б.И.
8. Вершинников В.И., Боровинская И.П. СВС субмикронных порошков TiB2, TiC,WC с восстановительной стадией, материалы и изделия на их основе. // Труды научных сессий МИФИ. - 2007. - Том 9.
9. Международная конференция «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилиза-
ции изделий». - Жуковка, Большая Ялта, Крым, Украина. 18-22 сентября 2006 г.
10. Боровинская И.П., Игнатьева Т.И., Емельянова О.Е. и др. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез ультра- и нано-дисперсного порошка карбида титана. // Неорганические материалы. - 2007. - Том 43, №11. - С. 1-8.
11. Боровинская И.П., Игнатьева Т.И., Вершинников В.И., Сачкова Н.В. Получение наноразмерно-го порошка карбида вольфрама методом СВС. // Неорганические материалы. - 2004. - № 10. - С. 1190-1196.
12. Боровинская И.П., Игнатьева Т.И., Вершинников В.И. и др. Технология СВС наноразмерных порошков тугоплавких соединений. // Российские нанотехнологии. -2007. - Т. 2, № 3-4. - С.114-119.
Kouchmenova M.K.
Applicant, Academy of National Economy under the Government of the Russian Federation, Moscow
Analysis of the Condition and Prospects of Production of Super-dispersed and Nano-crystalline Tungsten Carbide Powders
_Abstract
The article shows the development prospects of the tungsten industry in Russia. The author suggests launching the production of nano-crystalline, super-dispersed and submicron tungsten carbide powders, which will help metallurgical and defense enterprises to overcome the crisis.
