CC BY
106
В. Я. Базотов, В. А. Ахмедшина
В.М. БОЧКОВ - ОСНОВОПОЛОЖНИК ЕДИНСТВЕННОЙ В СТРАНЕ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ И ИЗУЧЕНИЮ СВОЙСТВ МОНОКРИСТАЛЛОВ БРИЗАНТНЫХ ВВ
Ключевые слова: научная школа, кристаллы бризантных ВВ, выращивание, изучение
свойств.
Дан краткий обзор многолетней творческой деятельности создателя научной школы профессора Василия Михайловича Бочкова.
Keywords: the scientific school, monokrystals of brizan explosives, the cultivation, the studying
properties.
The brief review of long-term creative activity of the founder of scientific school of professor Vasily Mihajlovicha Bochkova is given.
Мир кристаллов богат и многообразен. Природные и искусственно полученные кристаллы различных химических соединений привлекали и всегда будут привлекать необыкновенным совершенством, богатством граней, цветом, блеском своих почитателей. И в этом огромном многообразии особое достойное место принадлежит кристаллам бризантных взрывчатых веществ (БВВ). Под понятием монокристалл следует понимать всего лишь единичный кристалл конечных размеров, не обязательно обладающий высокой структурой или химической однородностью. Однако высокое качество и высокая степень чистоты без макроскопических нарушений монокристалла по сравнению с поликристалли-ческим веществом во многих случаях позволяет яснее определять физические свойства материала. Именно это и явилось для В.М. Бочкова основой не только увлечения, но и глубокого понимания значимости выбранного направления.
Профессор В.М. Бочков - один из известных ученых в области переработки ВВ является основоположником научной школы. Его понимание необходимости изучения свойств монокристаллов и практическая реализация идей позволили заинтересовать, вовлечь и воспитать целую плеяду учеников, которые внесли свой определенный вклад в учение о кристаллах ВВ и поныне работают в этой области, продолжая научные направления своего учителя.
Первые попытки получить монокристаллы ВВ, в частности тротила, были сделаны Василием Михайловичем еще в годы обучения в аспирантуре (1946-48гг). В дальнейшем изучение свойств монокристаллов тротила в плане кандидатской диссертации позволили ему дать научно-обоснованное объяснение поведения шнекованных разрывных зарядов (р/з) боеприпасов в различных условиях формирования, хранения и практического использования [1]. По совету В.М. Бочкова для объяснения особенностей поведения р/з, содержащих гексоген, аспирантка кафедры А.И. Пряхина провела комплекс исследований по изучению физико-механических и тепловых свойств гексогена на монокристальных образцах, предварительно отработав методику их выращивания.
Выращиванием монокристаллов других БВВ, таких как тетрил и ТЭН, были увлечены первые аспиранты Василия Михайловича Бочкова - это В.А. Куприянов и А.Е. Никифоров.
Группа исследователей под руководством А.Е. Никифорова занималась вопросами физической стабильности литых тротиловых р/з. Ими было доказано, что при переменных температурных воздействиях в р/з боеприпасов возникают внутренние напряжения, вызванные анизотропией теплового расширения в кристаллах тротила, так называемые напряжения термической анизотропии (НТА). Для качественного анализа НТА необходимо было экспериментально оценить физические константы монокристаллов тротила. В частности, скорость распространения звуковых волн, константы упругости, тепловое расширение по основным кристаллографическим осям и другие. Результаты этих исследований были использованы в последующем для решения теоретических и практических задач, связанных с формированием р/з из тротила и обеспечением их физической стабильности (докторская диссертация, 1984 г.).
На первых этапах методика выращивания монокристаллов БВВ была проста и несовершенна. Однако искусство выращивания кристаллов, приобретенное упорным трудом некоторыми учениками В.М. Бочкова, начали приносить свои плоды. После вступления на должность зав. каф. ТТХВ (1959 г.) В.М. Бочков вплотную подошел к реализации своих научных планов. К исследовательской работе он привлекает наиболее одаренную молодежь, которая впоследствии становятся его аспирантами. В 1962 году в аспирантуру к В. М. Бочкову поступил выпускник кафедры - отличник учебы А.В. Александров. Альберт Васильевич заинтересовался прежде всего вопросами адсорбционного понижения прочности монокристаллов БВВ. Им экспериментально доказано, что адсорбционно-активные вещества оказывают влияние на поверхностные и объемные свойства кристаллов. Были выявлены структурные особенности деформации и разрушения монокристаллов в чистом виде и в присутствии ПАВ. Это позволило доказать, что в основе явления понижения механической прочности лежит уменьшение свободной поверхностной энергии в результате адсорбции активных (центров) молекул ПАВ, приводящих в конечном итоге к облегчению возникновения различных дефектов кристаллической структуры - зародышей сдвигов и разрушения. Для реализации научных планов В.М. Бочкову необходимы были кристаллы достаточно в большом количестве и значительных размеров. В одном из номеров журнала «Кристаллография» А.В. Александров случайно обнаружил статью А.В. Белюстина «Простой метод выращивания кристаллов»[2]. Своей находкой он поделился с мл.н.с. Ахмед-шиной В. А. На следующий же день описанный метод был реализован ею в виде стеклянного кристаллизатора, и в течении суток выращен в нем идеальный кристалл сегнетовой соли. Окрыленные неожиданной находкой ученики В. М. Бочкова при его соучастии и материальной поддержке создали, так называемую «маленькую тайную фабрику» выращивания кристаллов. Учитывая, что БВВ растворяются в органических растворителях и, как правило токсичных, с целью обеспечения и соблюдения определенных правил по ТБ необходимо было совершенствовать конструкцию описанного кристаллизатора. Прежде всего был предложен совершенно новый надежный метод крепления кристалла затравки, вариант исключения испарения растворителя, а так же образования и роста кристаллов паразитов. Но самым главным было отработка для каждого БВВ параметров роста и развития затравочного кристалла. Все элементы реконструкции апробировались и были обоснованы в работах В. А. Ахмедшиной и А.В. Александрова. С этого момента каф. ТТХВ стала создателем и обладателем совершенного, простого по конструктивным особенностям, надежного с точки зрения безопасности кристаллизатора для выращивания монокристаллов
практически всех БВВ из различных органических растворителей. На рис. 1 и 2 представлены кристаллы штатных БВВ, выращенные методом внутреннего перепада температур в реконструированном кристаллизаторе. Заслугой В.М. Бочкова было так же оснащение кафедры уникальными оптическими приборами, предназначенными для изучения различных
Рис. 1 - Монокристаллы бризантных ВВ: а - тротила, б - тетрила, в - октогена
свойств кристаллов. Им была создана лаборатория микроскопических исследований, в которой можно было воспользоваться практически всеми видами микроскопов, производимыми отечественными и зарубежными производителями: от простых биологических до электронных с большой разрешающей способностью. Результаты многолетних и многоплановых исследований по изучению различных свойств кристаллов и поверхностей их граней, выявлению и изучению свойств дефектов кристаллической решетки - дислокаций, а также закономерностей зарождения и роста кристаллических зародышей в логической последовательности изложены в кандидатских диссертациях его учеников. В работе Ахмедшиной В.А. (1971г.) экспериментально подтверждена, разработанная к тому времени дислокационная теория роста кристаллов (рис.3). Значительным достижением было доказательство возможности изменения внешней формы кристалла путем подбора кристаллизационной среды. В частности, при кристаллизации гексогена из растворов в различных
Рис. 2 - Монокристаллы гексогена, выращенные из раствора в: а - ацетоне, в -
ДМФА
Рис. 3 - Картина спирального и послойного роста на гранях кристаллов различных бризантных ВВ
органических растворителях и их смесях наблюдается плавный переход от игольчатой (из ацетона) до равноосной (из ДМФА) форм кристалла (рис.4). Результаты этих исследований позволили выдать практические рекомендации по получению кристаллического гексогена и октогена с заданным комплексом технологических характеристик в условиях массовой кристаллизации.
Особый интерес во второй половине XX века был проявлен к термостойкому мощному ВВ - октогену. Существенным его недостатком была склонность к полиморфным превращениям, т. е. возможность существования в различных метастабильных полиморфных модификациях [3]. Опыт и накопленные знания в области кристаллизации позволили
осуществить полиморфный переход а - модификации октогена в стабильную в - форму через раствор. Было экспериментально доказано, что природа кристаллизационной среды и температурный режим влияют существенно на скорость и полноту полиморфного превращения. Эти работы были выполнены аспиранткой Ахмедшиной В.А. под руководством проф. В.М. Бочкова. Практическое значение и научный интерес имели работы по сокри-сталлизации гексогена и ТЭНа из растворов в ацетоне. Результаты этих исследований легли в основу технологии получения низкоимпульсного листового заряда. Авторы работ В. А. Куприянов и В.А. Ахмедшина.
------------1---------------------------------------------------------------------------
А
О
Рис. 4 - Изменение огранки кристаллов гексогена при кристаллизации из различных растворителей: из ацетона - игольчатая, из диметилформамида - равновесная
Следующим этапом в основной цепи экспериментальных исследований было изучение дефектной структуры монокристаллов БВВ (канд. диссертация В.И. Петрунина, 1971г.). Главная цель этой работы - выявление и изучение свойств дислокаций - линейных дефектов кристаллической решетки, а так же доказательство их роли в пластической деформации и разрушении кристаллов БВВ. Методом избирательного травления были выявлены линейные дефекты решетки, экспериментально оценена их плотность, доказана подвижность дислокаций, которая является необходимым, но недостаточным условием пластической деформации. В.М. Бочковым впервые экспериментально было обнаружено проявления одного из видов пластической деформации - двойникование в кристаллах в - октогена [4]. Объяснение механизма этого явления с точки зрения теории дислокаций было дано позднее в диссертационной работе В.И. Петрунина. Двойникование в кристаллах в -октогена происходит не только при механическом, но и тепловом воздействии на кристалл. Причиной его появления в последнем случае являются внутренние напряжения, возникающие при полиморфном превращении этого ВВ. В работе В.И. Петрунина высказано предположение о том, что наблюдаемые изменения двойниковой структуры зерен при механическом уплотнении порошкообразного материала, содержащего в - октоген, могут быть причиной физической нестабильности зарядов.
Значительный вклад в учение о кристаллах БВВ внесли работы ученика Василия Михайловича В.Я. Базотова. В его кандидатской диссертации (1973г.) изложены результаты исследований электрического микрорельефа поверхности кристаллов БВВ и влияние его на свойства граничных слоев. Идеи В.М. Бочкова развертывались, как видно не только в ширь, но и проникали глубоко в суть происходящих явлений. Он прекрасно понимал, что структура и свойства поверхности кристаллов представляют одну из актуальных задач физики твердого тела, в частности физики поверхности. Из всего многообразия свойств реальной поверхности наиболее важным является ее электрический микрорельеф, обусловленный заряженными структурными дефектами. Обладая ориентирующим эффектом, сферой дальнодействия, электрический микрорельеф является активным элементом в формировании структуры и свойств граничных слоев, а через них и свойств гетерогенных систем, к которым относятся различные взрывчатые композиции. Дальнейшее развитие этого направления позволили В.Я. Базотову с его творческой группой набрать богатый экспериментальный материал, который лег в основу докторской диссертации (2000 г.). Разработка научных основ явления электризации твердых органических ВВ с учетом их молекулярного и реального кристаллического строения позволили изыскать эффективные способы понижения электризации ВВ с целью обеспечения безопасности снаряжательных производств. Кроме того, изучение электрических и электрофизических свойств ВВ полезно в решении вопросов создания взрывчатых композиций, улучшения технологических, прочностных свойств ВВ и ВС, создания взрывчатых пьезоэлектрических композиций, составов с повышенной чувствительностью к механическим воздействиям на основе вторичных ВВ с целью применения их в качестве пьезоэлементов и в малогабаритных СИ. Все эти вопросы реализуются в кандидатских диссертациях его учеников.
В. М. Бочков был в большой дружбе с известным в области синтеза энергоемких органических соединений профессором А.Д. Николаевой. Их дружба переросла в творческое содружество. Новые энергоемкие соединения, синтезированные под руководством А. Д. Николаевой, по комплексу свойств были рекомендованы в качестве энергетических добавок в твердые ракетные топлива (ТРТ), термостойкие пороха и ВС. Технология их формирования предъявляла высокие требования к указанным соединениям по их технологическим характеристикам. В. М. Бочков берется за решение возникшей проблемы. Последние его аспиранты О.И. Юскевич и Н.С. Хайруллина выполнили под их общим руководством диссертационные работы по изучению кинетики массовой кристаллизации и влияния различных факторов на качество и выход кристаллического осадка. Начальным этапом исследования в этих работах был анализ особенностей зарождения и роста кристаллов, что позволило в конечном итоге определить кристаллизационную среду и выбрать параметры кристаллизации.
К сожалению, в нашей стране до настоящего времени отсутствует сырьевая база по получению указанных соединений с заданным комплексом технологических характеристик, что не позволило, как отмечается в работе [5], своевременно наладить промышленный выпуск термостойких зарядов на их основе.
Не остались без внимания и термостойкие соединения, синтезированные под руководством д.х.н, профессора Г.П. Шарнина, по комплексу свойств рекомендованные для термостойких составов и снаряжения СИ. В лаборатории ТТХВ под руководством В.М. Бочкова и его ученицы В. А. Ахмедшиной были отработанны режимы их кристаллизации с целью получения кристаллического осадка с заданным комплексом технологических характеристик.
Увлеченность, глубокое понимание теоретических основ и комплексные экспериментальные исследования в уникальной области знаний позволили Василию Михайловичу Бочкову не только создать свою научную школу, воспитать достойных учеников - продолжателей дела своего учителя. Его идеи и поныне реализуются при решении важных практических задач, связанных с разработкой новых рецептур ВС самого различного назначения.
Литература
1. Бочков, В. М. Некоторые физические свойства шнекованных тротиловых зарядов: Дис. канд. тех. наук / В.М. Бочков. - Казань: КХТИ, 1948. - 115 с.
2. Белюстин, А.В. Простой метод выращивания кристаллов из растворов / А.В. Бедюстин // Кристаллография. - 1961. - Т.6. - Вып. 5. - С.807-808.
3. Проблемы физики и химии твердого состояния органических соединений / Под ред. В.М. Сахарова. - М.: Мир, 1968. С. 422-440.
4. Никифоров, А.Е. Кафедра технологии твердых химических веществ / А.Е. Никифоров. Казань: КГТУ, 2004. - 114 с.
5. Косточко, А.В. Успехи в создании термостойких порохов и применение их в нефтедобывающей промышленности / А.В. Косточко // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №4. - С. 158-171.
© В. Я. Базотов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии твёрдых химических веществ КГТУ; В. А. Ахмедшина - канд. техн. наук, доц. каф. технологии твёрдых химических веществ КГТУ, svetlanagoryunova@yandex.ru.
