CC BY
4
Дело тонкое
«Мал золотник, да дорог» - этот афоризм как нельзя лучше отражает важность специальных износо-, коррозионно-, эрозионностойких и других типов покрытий, наносимых на детали, инструменты и оборудование. О работе одного из флагманов этой технической области - научном инженерном центре «Плазмотег» Физико-технического института НАН Беларуси - рассказывает директор доктор технических наук Игорь ПОБОЛЬ.
- Какое направление работы НИЦ «Плазмотег» вы могли бы охарактеризовать как основное?
- Среди множества решаемых научных и практических задач я бы, конечно, выделил нанесение покрытий. Такой работой наша организация занималась еще до официального основания (1990 г.), будучи в составе Института электроники, и весьма в этом преуспела. В этой отрасли НИЦ «Плазмотег» лидирует не только
в рамках Национальной академии наук, но и, пожалуй, всей Беларуси. Так, нами разработаны инновационные вакуумные технологии нанесения уникальных многослойных, многокомпонентных, нанострук-турированных покрытий, алмазоподобных слоев с крайне низкой изнашиваемостью, высокими химической инертностью и коррозионной стойкостью. Они используются для упрочнения инструмента, машиностроительных деталей, нанесения оптических покрытий. Очень хорошие результаты показывают оксидные покрытия на титановых сплавах, которые применяются для изготовления, в частности, имплантатов. Наши методы позволяют в достаточно широком диапазоне варьировать толщины наносимых покрытий - практически от моноатомных слоев до нескольких микрометров, чего нельзя добиться при применении традиционных способов.
- Что является «сердцем» ваших систем?
- Один из центральных узлов наших установок - ускоритель плазмы импульсного действия. Как это ни удивительно, первоначально такие изделия создавались для космической техники. Велись работы по использованию потока частиц для управления космическими аппаратами - изменения орбиты. Но впоследствии результаты исследований нашли применение в решении более «земных» задач. Так, в НИц «Плазмотег» был создан уникальный вакуумно-дуговой импульсный источник плазмы «ЭПИТРОН-С-М», который потенциально может использоваться как элемент корректирующих двигателей. Но при этом он также предназначен для получения наноматериалов, нанесения алмазоподобных углеродных, металлических, оксидных, нитридных, карбидных пленок, в том числе сверхтвердых
и композиционных. В качестве материалов катодов могут быть использованы графит и практически все металлы и их сплавы. Отмечу, что устройство входит в перечень перспективных изобретений Республики Беларусь.
- Где находят применение разработки?
- В первую очередь в промышленности. Например, после обработки на наших установках значительно снижается износ
литейных форм и штампов, при этом они выдерживают в несколько раз больше рабочих циклов, чем традиционные. Это свойство крайне полезно и для рабочего инструмента - упрочняющие нанострук-турные покрытия повышают ресурс от 2 до 5 раз. Особенно важно, что наша технология позволяет заменять дорогостоящие, энергоемкие и экологически вредные гальванохимические способы покрытия хромом. В ближайшее время планируем также запустить оборудование по нанесению толстых металлургических покрытий для различных узлов и деталей, но в этом случае речь идет не о вакуумных технологиях.
- Предположу, что основным потребителем покрытий является промышленность. Могут ли они использоваться в других областях?
- У нас достаточно активно развивается сотрудничество с медиками, в том числе в сфере трансплантологии и протезирования. Дело в том, что для лечения различных заболеваний начинает применяться все большее количество металлических имплантатов из нержавеющих сталей, сплавов титана и Со-Сг-Мо, но они не всегда безвредны для организма человека. В центре создана технология нанесения биосовместимых нанокомпо-
ИННОВАЦИИ
зиционных покрытий на основе алмазопо-добного углерода, а также оксида титана. Они химически инертны, совместимы с тканями живых организмов, не вызывают аллергических реакций и уже несколько лет успешно используются в травматологии, хирургии позвоночника, кардиохирургии, ортопедии. Так, мы сейчас наносим покрытия на детали искусственных клапанов сердца, выпускаемых заводом «Электронмаш» ГНПО «Планар», причем результаты соответствуют уровню лучших зарубежных аналогов. Более того, оказалось, что некоторые покрытия, возможно, могут оказывать помощь в лечении опухолей - совместно с Институтом физиологии было показано, - естественно, вначале на животных, - что алмазоподобные покрытия, допированные серебром, оказывают выраженное ингибирующее влияние на рост ряда новообразований.
- Какие ваши последние разработки вы могли бы охарактеризовать как новаторские?
- В 2011 г. мы открыли для себя новое направление, которым пока практически никто не занимается - нанесение покрытий, в первую очередь титана, меди, хрома, серебра, на тканые материалы. Для экспериментальных исследований ткань закрепляется на цилиндре, и на нее электродуговым методом осаждается металл. Конечно, были опасения, что деликатные материалы при нанесении будут деструктировать, но, несмотря на определенные сложности, эта проблема была решена путем подбора оптимальных параметров. Сейчас мы можем обрабатывать практически все ткани и уже сделали сотни процессов с различными
Вакуумно-дуговой импульсный источник плазмы ЭПИТРОН-С-М
комбинациями материи и металлов. На эту, на мой взгляд, инновационную идею вышли за счет научного поиска - использовали информацию о том, что многие металлы обладают выдающимися с точки зрения медицины свойствами. Уже есть обнадеживающие результаты, которые свидетельствуют о возможности применения новинки. Наметились определенные перспективы в нанесении благородных металлов, хотя здесь возникают организационные трудности - работать с драгметаллами в Беларуси сложно.
- Где такой материал может использоваться?
- Сфера применения просто гигантская, и, например, в 7-й Рамочной программе ЕС нанесение покрытий на ткани выделено в отдельное направление. Мы обнаружили, что при нанесении покрытий можно экранировать человека или объект от электромагнитного излучения, при этом снижение интенсивности может достигать 20 децибел. Второе направление - предотвращение роста грибов. Их количество в наших квартирах существенно возросло при повсеместном использовании окон со стеклопакетами, поскольку в помещении увеличивается влажность, температура и создаются благоприятные условия для их размножения. Даже на Международной космической станции после тщательнейшей очистки было обнаружено 200 видов грибов. Еще одна область - ветеринария. Совместно с Витебским технологическим университетом проводим работы по улучшению материи, предназначенной для операций на животных - бинто- и перевязочных материалов и т.д.
Эндокорректоры-фиксаторы позвоночника
- Зачастую для ученых серьезной проблемой является коммерциализация своих разработок, вывод на рынок. С другой стороны, для практически ориентированных научных структур исследования и наука отходят на второй план. Получается ли у вас поддерживать необходимое равновесие науки и практики?
- У нас, наверное, один из тех редких случаев, когда соблюдается достаточно гармоничный баланс исследований и внедрений. Как я уже говорил, изучением вопросов получения покрытий НИЦ «Плазмотег» занимается уже более 20 лет, и изыскания в этой области ведутся одновременно со всем остальным научным миром, нередко даже с опережением. В целом основными направлениями фундаментальных исследований для нас являются теория взаимодействия низкотемпературной плазмы, электронных
и ионных пучков, лазерного излучения с поверхностью твердых тел, физика тонких пленок, теоретические основы и методы получения наноразмерных покрытий, создание тонкопленочных материалов, чувствительных элементов датчиков и сенсорных устройств - достаточно широкий спектр вопросов. При этом у нас есть конструкторское подразделение, поскольку для нашей работы необходимо создание технически сложных установок, в том числе генераторов плазмы. Это позволяет нам выпускать комплексы, которые используются в промышленности, и эти работы ведутся постоянно и непрерывно. Так, за время существования центра наши системы были проданы в Россию, США, Финляндию, Германию, Чехию, Корею, Тайвань, Швейцарию.
- Контакты с зарубежными коллегами носят исключительно коммерческий характер или имеет место научная кооперация?
- Научное взаимодействие очень важно для нас. Так, начиная с 2000 г. в рамках Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований мы совместно с Сибирским отделением РАН выполняем несколько проектов.
В первую очередь это теоретические и экспериментальные исследования осаж-
28 НАУКА И ИННОВАЦИИ №4(110) Апрель 2012
Электронно-механический комплекс для диагностики патологии стоп
дения покрытий, получения неразъемных соединений неоднородных материалов. Последнее направление представляет особый интерес, поскольку, когда появляется необходимость соединить керамику и металл, возникает множество трудностей как теоретического, так и практического характера. Мы научились решать эту проблему с помощью электронно-лучевого нагрева и адгезионно-активных припоев, содержащих титан, цирконий и другие активные элементы. В целом совместно с российскими коллегами уже выполнено порядка десяти проектов, которые получили очень высокую оценку. Коллектив авторов за цикл работ «Теоретическое и экспериментальное исследование, разработка технологий модификации материалов и получения соединений с использованием концентрированных потоков энергии» удостоен в 2006 г. премии им. академика В.А. Коптюга. Нужно отметить, что россияне занимаются в основном моделированием процессов, тогда как мы берем на себя экспериментальную часть. Мы пытаемся расширять географию наших контактов, и в основном в восточном регионе. С Китаем взаимодействие пока не очень активное, а вот с Кореей налажены хорошие отношения. Кроме того, ведутся работы со Словакией, Польшей, Украиной, подаем проекты в 7-ю РП, правда, пока не очень удачно - крайне высокие конкурсы по нашей тематике.
- Выйдя на международный рынок, вы начали конкурировать с именитыми зарубежными компаниями. Насколько вам удается их «подвинуть»?
- Как качество наших комплексов, так и функциональные свойства покрытий, которые мы получаем, ни в чем не уступают тем, которые предлагают наши зарубежные коллеги. Но есть понятие бренда, которое существенно влияет на продажи, в том числе высокотехнологичных установок. У нас отличное оборудование, но нет «раскрученной» торговой марки, поэтому и торговлю нельзя назвать очень активной. Каким образом решать эту проблему - вопрос открытый, поскольку, на мой взгляд, не все распространенные сегодня подходы можно использовать. Так, многие западные фирмы, перенесшие производство в Юго-Восточную Азию или вовсе не имеющие его, а лишь перепродающие чужое под своим именем, уже начинают осознавать, что это не всегда идеальное решение.
- Насколько отечественные предприятия заинтересованы в ваших технологиях, ведь нередко даже не сложности внедрения, а отсутствие мотивации становится непреодолимым барьером для инноваций?
- Нам удалось наладить взаимовыгодные контакты с организациями в ряде стран, в том числе с известной американской фирмой 3М, но я очень ценю работу, которая была завершена в 2010 г. - поставка комплекса по нанесению упрочняющих многослойных нанострук-турированных покрытий на белорусское предприятие ОАО «Тормозная аппаратура и механизмы». И это не ирония - в целом отечественные предприятия, к сожалению, мало восприимчивы к нововведениям. Так, например, несколько лет назад мы в инициативном порядке разработали метод нанесения алмазоподобных покрытий с привлекательным черным цветом на корпуса часов. Технологию предложили Минскому часовому заводу, но руководство отказалось, мотивируя отсутствием спроса. Через несколько лет, когда часы
с такими покрытиями стали продаваться в Швейцарии, мы предприняли вторую попытку, но ответ был таким же. Однако после перехода завода под контроль
швейцарской компании Franck Muller возник вопрос: почему до сих пор завод не выпускает часы с черным корпусом? И только сейчас, смахнув пыль с папок, мы приступили к реализации проекта.
- Занимаетесь ли вы непрофильными исследованиями, поиском новых ниш, которые нельзя назвать вашей основной специализацией?
- Безусловно, нам есть чем похвастаться. Так, в 2004-2006 гг. совместно с Гродненским медуниверситетом была создана комплексная система для функциональной диагностики, профилактики и ортопедической коррекции патологии стоп, представляющая собой электронно-механический комплекс, который с помощью тензодатчиков в динамике измеряет давление, создаваемое ногой. Если раньше плоскостопие изучали с помощью намазывания стопы чернилами, то сейчас врач может получить картину на экране монитора в виде визуальных и цифровых данных. Наша система на более чем 20% повышает количество выздоровлений у детей. Кроме того, она дешевле, чем существующие на рынке зарубежные аналоги, и может найти широкое применение не только в медицине, но и в спорте, например, для определения биомеханических параметров спортсмена в процессе тренировок. Ключевое преимущество нашего устройства - измерение реального давления, а не относительного, как у конкурентов. Уже ведутся работы над комплексом второго поколения, более совершенного, гибкого и презентабельного.
- Обеспечиваете ли вы защиту вашей интеллектуальной собственности, ведь при продаже высокотехнологичных систем за рубеж возникает опасность копирования и заимствования используемых решений?
- Мы патентуем свои разработки в Беларуси. Но в целом выпускаемое во всем мире вакуумное оборудование в нашей области уже пришло к какому-то общему знаменателю, и поэтому речь идет только о тонкостях, незначительных различиях, которые вполне эффективно защищаются как ноу-хау.
Павел ДИК
