Почему в России трудно внедрить уникальные технологии?
Аннотация.
Новые технологии с трудом находят свое применение в России из-за бюрократического аппарата и отсутствия реальной поддержки государства изобретателей.
В статье рассмотрены технологии, не имеющие аналогов в мире, которые оказались в нашей стране никому не нужными. Это изобретения на уровне открытий в области радиоактивности и в области создания материалов с заранее заданными свойствами. В статье приведены конкретные документы, рассказывающие о данных технологиях и об одном из них авторе, и о том, как госчиновники не обращают внимания на наших ученых, создавших уникальные изобретения и технологии.
Председатель Координационного Совета Московского профсоюза полиции
Пашкин Михаил Петрович. До службы в МВД работал в ЦКБ «Алмаз» старшим инженером в тематической лаборатории по созданию типового производства электронных модулей, имею несколько изобретений.
Расскажу о мытарствах, которые испытывают изобретатели при внедрении своих изобретений на основе опыта общения с такими людьми.
О том, что они придумали, и как это могло бы сказаться на мощи нашей страны, скажу далее. Но, в начале о том, - почему же те, кто что-то придумал, действительно уникальное, не может пробиться на рынок в России и внедрить свое изобретение или открытие, хотя на «загнивающем Западе», такие изобретения и открытия «оторвут с руками»?
Начнем с того, что в нашей стране нет понятия «Открытие», есть только изобретения. В СССР такое понятие было, но в1990 году оно исчезло.
В соответствии с содержащимся в советском законодательстве определением понятия "открытие" открытием признается установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания (п. 10 Положения об открытиях, изобретениях и рационализаторских предложениях, 1973 г.). Официальное признание открытий осуществлялось до 1990 года.
Раньше был Государственный комитет по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, который проверял, регистрировал и выдавал охранные документов на изобретения, руководил делом развития научно-технических открытий, охранял государственные интересы в области открытий, принадлежащих Советскому Союзу, а также организовывал экспертизы открытий.
Сейчас такого нет, - изобретатель, или тот, кто сделал открытие, сам должен пробивать себе дорогу, и ни один госорган ему в этом не помогает.
Основные функции Роспатента ни в какое сравнение не идут с функциями ГКНТ.
Он занимается:
- регистрацией и защитой прав на объекты интеллектуальной собственности;
- контролем за соблюдением прав;
- предоставлением информации;
- консультациями и помощью в подаче заявок.
Где руководство делом развития научно-технических открытий, организация экспертизы открытий?
Изобретатели и те, кто сделал открытия, предоставлены сами себе, хотя про открытия уже говорить не стоит – в России их НЕТ!!!
Почему Правительство и депутаты не обращают на это внимание – вопрос серьезный. Может кому-то не хочется, чтобы наша страна развивалась и стала передовой в технологической области?
Но и это не все.
Как мы знаем, основные средства производства в настоящее время находятся в руках госкорпораций – это Роснефть, Ростех, Росатом, Роскосмос и другие.
Многие средства производства находятся и в руках крупного капитала у Потанина, Дерипаски, Лисина и других.
А теперь попробуем разобраться, - выгодно ли госкорпорациям внедрять что-то уникальное?
Как мы знаем, все, или почти все выделяемые государством деньги на различные проекты распределяются через госзаказы на тендерах по 44-ФЗ и 223-ФЗ. Ну а кто выигрывает их можно догадаться. Недаром в последнее время на руководителей, занимающихся госконтрактами, возбуждают уголовные дела, у них и их родственников изымают имущество, нажитое «непосильным трудом». Ни для кого не секрет, что госзаказы часто достаются аффилированным с чиновниками структурам, и в этих случаях менять финансовые потоки, которые с внедрением новых технологий могут резко поменяться, таким чиновникам не нужны!
Так же, в ситуации, когда появляются технологии на уровне открытий, их обычно дают на рассмотрение действующим докторам наук, академикам для дачи заключения.
А теперь посмотрим на это со стороны этих ученых.
У практически всех академиков есть свои институты. Если тема новой технологии хоть немного совпадает с тем, что делает такой академик со своим институтом, то именно ему и дают данную технологию для рецензии.
Что из этого получается можно представить. Институт годами работает над этой проблемой и не может ее решить. А тут появляется какой-то человек и показывает, что проблема то – решена! А как же знания академика, как же работа всего института – они что, впустую все это время работали и только государственные деньги проедали?
Какой будет ответ института – можно заранее предположить, даже если будут документы, подтверждающие эффективность данной технологии.
Приведу один лишь пример.
В профсоюз ко мне в свое время обратился ученый Архипов В.А. и показал ряд документов, подтверждающих действие его «Закона распределения и перераспределения энергии» (ISBN 978-5-904636-39-5 Архипов В.А., В.Н.Дементьев «Закон распределения и перераспределения энергии» Москва.2011, 42 стр.).
Один из них меня поразил. Оказывается, что можно определенным образом, без затрат энергии, используя только внутреннюю энергию самих веществ, резко уменьшать активность радиоактивных веществ. В голову сразу пришла мысль о том, что измерения времени происхождения органических предметов, используя для этого измерения наличие углерода-14 или берилия-10. Но если при определенных условиях, которые могут быть созданы Природой, период полураспада этих элементов будет изменен, то что тогда?
Подавляющее большинство современных ученых, считают, что период полураспада изменить нельзя! А вот В.А.Архипов создал состав, который при добавлении к водному раствору, в котором содержатся радионуклиды, в разы уменьшает их активность.
К примеру, Цезий -137 за месяц потерял 59% активности, в то время, как считается, что он теряет активность на такую величину за 30 лет!
Кобальт -60 потерял за это же время 20% активности, его период полураспада так же 30 лет.
Я с В.А.Архиповым и еще одним человеком из спецслужбы, пошел к заведующему лабораторией, д/т наук института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН Высоцкому В.Л..
Увидев документ, в котором научный сотрудник ИФХ РАН Ушаков С.И. подтвердил вышесказанное, он сразу сказал, что это Нобелевская премия, и попросил сказать ему состав реагента и принцип его действия, а за это он сможет организовать нам испытания на Ново-Воронежской АЭС.
Естественно, что В.А.Архипов не стал ему давать «тарелочку с голубой каемочкой с ключами от квартиры, где деньги лежат», и тогда д/т наук написал на бумаге с исследованием следующее: «Эксперимент не завершен. Обсуждать нечего» и расписался.
После этого мы встали и ушли, поняв, что здесь нам больше делать нечего.
Этот документ можно увидеть здесь: https://www.prof-police.ru/novosti-iz-podrazdelenij/3307
Я мог бы более подробно описать наши дальнейшие шаги, как мы обращались в Росатом, как там провели эксперимент, при котором активность Америция -214 сразу после начала реакции упала с 11500 Кэв до 3000 Кэв (период полураспада этого радионуклида – 3000 лет!!!) и один из наблюдателей от ОАО «ВНИИХТ», доктор наук, который должен был подписывать акт эксперимента, сразу убежал, и больше мы его не видели!
В итоге, мы из этой организации ушли ни с чем, а от Росатома получили ответ, что дальнейшее исследование по этой тематике за счет средств Госкорпорации «Росатом» нецелесообразно.
Подписано Заместителем генерального директора Блока по управлению инновациями В.А.Першуковым.
Я мог бы много рассказывать о других открытиях В.А.Архипова, но хочу перейти к следующей уникальной технологии, не имеющей аналогов в мире, разработанной другим нашим ученым. Его имя я называть здесь не буду, по его просьбе, но документы, подтверждающие написанное я передал в редакцию журнала.
Вот сколько можно было бы сэкономить, если бы в «Росатоме» действительно были государственники в руководстве и в первую очередь думали не о том, чтобы получить от государства огромные деньги, а о том, как бы их сберечь!
Ну а теперь перейдем, как я и обещал к другой технологии, так же имеющей уровень открытия мирового масштаба.
В 2005г. научно-исследовательской группой под руководством российского ученого, доктора технических наук, была создана инновационная опытно-промышленная установка - реактор (УР) для производства композитных материалов, порошков, смесей и суспензий.
Вкратце рабочий процесс установки можно описать следующим образом: в её рабочую зону помещаются материалы (органические и неорганические, в жидкой, твёрдой или газообразной форме). Далее под управлением специально созданного программного обеспечения происходит измельчение всех компонентов до необходимого, заранее заданного размера, в требуемой, заданной в программе пропорции. При этом получаемая смесь абсолютно однородна благодаря тому, что все частицы компонентов смеси взаимно активированы.
Закон нормального распределения Гаусса по размерам частиц здесь не действует.
Суть самого закона в том, что значения случайной величины сгруппированы вокруг среднего значения, и чем дальше от среднего значения, тем меньше вероятность того, что такое значение появится. Поэтому, при получении любых порошков при существующих технологиях их размеры варьируются именно по закону Гаусса, а в нашем случае все размеры частиц задаются программой и не подпадают под график нормального распределения, в общем виде имеющего форму колокола: в центре — среднее значение, а по краям — отдалённое от среднего.
Процессы, происходящие в рабочей зоне установки - это сложный вид энергетического воздействия на материалы (вещества), который смело можно назвать открытием, поскольку имеет кардинально новый подход к технологии получения композитных материалов, принципиально отличающийся от существующих традиционных технологий.
Нет ни одного даже приближенного аналога использования подобного энергетического воздействия на материалы ни в нашей стране, ни за рубежом. Изобретение, а вернее открытие, базируется на многолетних научных исследованиях и практических экспериментах и может иметь большую коммерческую ценность для заинтересованных производителей. По этой причине автор не делал научных публикаций.
Применение этой установки в различных областях промышленности может вывести их на новый, инновационный уровень развития, в том числе решить задачу быстрого импортозамещения. Установка запатентована автором изобретения, прошла комплексные испытания, пройдена стадия НИОКР. Отработаны технологические процессы промышленного производства ряда композитных материалов, порошков и суспензий.
Конкурентные преимущества технологий, реализуемых на установке:
- Получение высокогомогенных активных многокомпонентных нано-смесей (ВАМС) со стабильными химическими и физико-химическими свойствами и постоянным, заранее заданным составом компонентов, что является основной проблемой существующих производств. ВАМС обеспечивают повышение эффективности за счёт межатомного и молекулярного проникновения в создаваемых системах материалов.
- Получение субмикронных порошков с размером частиц, не превышающих заранее заданный (до ±2.0 нм) без дополнительной сепарации, что невозможно сделать на существующем оборудовании.
- Получение высокогомогенных (однородных) смесей порошков с заданными размерами частиц, в строго заданном процентном соотношении ингредиентов. Количество ингредиентов не ограничено. Возможно гомогенное смешение таких материалов, смесь которых невозможно получить по традиционным технологиям в настоящее время.
- Получение гомогенных суспензий со строго заданными параметрами и свойствами. Традиционно это энергоёмкий и трудоёмкий процесс, который невозможно реализовать на одной установке.
- Одновременное измельчение, смешивание и активация материалов в заданной среде, при заданной температуре. Ни на одной из существующих в настоящее время установок по получению субмикронных композитных материалов это невозможно делать.
- Получение материалов любого качества и с любыми заданными свойствами из дешёвого низкосортного сырья.
Следует особо отметить уникальное преимущество использования этой установки – её низкое энергопотребление при высокой производительности. Например, при производстве 1 т субмикронного металлического порошка, установка затрачивает в 200 раз меньше электроэнергии, чем при производстве такого же количества порошка на существующем оборудовании, при этом её производительность сравнима с самыми мощными существующими установками. Стоит особенно подчеркнуть, что предлагаемая установка (или ряд установок) могут успешно встраиваться в уже существующие производства, тем самым многократно сокращая энергетические затраты и модернизируя производственный процесс.
Отрасли, в которых можно успешно реализовывать предлагаемые технологии:
1. В аддитивных технологиях (метод создания трёхмерных объектов, деталей или вещей путём послойного добавления материала. Такие объекты создаются с помощью 3D-принтеров.) - производство металлических «чернил-порошков» для 3D печати и создание 3D-принтера нового поколения.Стоимость производимых в настоящее время металлических порошков для 3D печати очень высокая, что связано с большой энергоёмкостью и сложностью производственного процесса получения таких порошков. Себестоимость получения чернил-порошков по предлагаемой технологии в сотни раз ниже, чем по традиционным технологиям, а их качество позволит печатать готовые изделия с заданной точностью обработки по всей поверхности (внешней и внутренней) до ±5нм, что избавит от необходимости дальнейшей механической обработки, которая необходима при существующих 3D технологиях.
2. В производстве высокотемпературной керамики (как пример алюмонитридной керамики AlN). Внедрение новых технологий решит основную проблему существующих технических систем производства керамических материалов – отсутствие высококачественных компонентов со стабильными химическими и физико- химическими свойствами, что препятствует выпуску высококачественной керамики с требуемыми параметрами. Возможность получения безусадочных смесей для композитных керамических материалов.
3. В порошковой металлургии. Металлические порошковые смеси по новой технологии имеют плотность смесей 99-100 %, что невозможно получить при традиционных технологиях (не выше 67-70%). Такая плотность полностью исключает усадочные деформации в процессе получения готовых изделий. Новая технология исключает необходимость использования энергоёмких плавильных печей.
4. Производство панелей из пеноалюминия. Новая технология обеспечивает получение пенометаллов с высокой гомогенностью пор. Этого невозможно добиться ни при одной из известных технологий, в том числе у ведущих немецких разработчиков пеноалюминия – института Фраунгофера. Отсутствие гомогенности пор существенно ограничивает применение этого перспективного материала. В России нет производства пеноалюминиевых панелей.
5. Производство чистого кварца. Новая технология значительно сокращает себестоимость получения чистого оптического кварца (более чем в 100 раз)
6. Производство порошковых РЗМ. По новым технологиям порошковые РЗМ получают новые свойства – частицы порошков взаимно активированные и высокочистые с плотной упаковкой, себестоимость производства сокращается в десятки раз.
7. Производство гибридных источников электроэнергии. Новая технология значительного сокращает себестоимость и улучшает качественные характеристики материалов для суперконденсаторов и аккумуляторов, тем самым создаёт возможность получения новых гибридных источников энергии.
8. Производство элементов Пельтье — термоэлектрических преобразователей, принцип действия которых основан на эффекте возникновении разности температур при протекании электрического тока. По новой технологии элементы Пельтье обеспечиваются более высоким КПД.
9. Производство высокоплотных радиофотонных модулей с использованием отечественных исходных наноструктурированных материалов для получения требуемых керамических, металлокерамических и комбинированных функциональных подложек, и составных частей с требуемыми специфическими параметрами.
10. Производство высокогомогенной изоляции (ВГИ) и материала сердечника для проводников. Новая технология позволяет повысить плотность тока в проводнике, при одинаковом сечении, более чем в 5 раз, уменьшить вес электропроводки и повысить надёжность электрических цепей
График измерения распределения числа частиц полученного на УР высокогомогенного порошка Мо.
Если внимательно посмотреть на результаты исследования, то можно обнаружить следующее.
Плотность порошка (частиц) Молибдена составляет 10.20 гр/см3, а плотность металлического Молибдена 10.22 гр./см3. То есть плотность порошка 99.9% по отношению к такому же изделию того же объема и веса, но из литого металла!!!
Для специалиста это невозможный результат, так как все существующие в настоящее время порошки имеют плотность около 70% за счет округлой формы, в промежутках которой газ.
Учитывая, что плотность двуокиси Церия 7.73 гр./см3, плотность порошка составляет 90.55%, что на много превышает существующие аналогичные плотности порошков.
Варианты использования технологий УР.
«Адаптация и освоение технологии получения наноструктурированных материалов»
На настоящий момент существует проблема гидроакустики как прямой задачи во взаимосвязи с необходимостью совершенствования её теоретической модели с низкой технической и технологической культурой ее исполнения в существующих технических системах производства керамики.
Для того, чтобы возможности пьезокерамики проявились в полной мере необходимо обеспечить высокую воспроизводимость параметров при массовом производстве. Это условие, в свою очередь, выполнимо только при достижении высокогомогенного с плотной упаковкой активных керамических материалов.
Сложность решения этой задачи с использованием традиционных технологий в значительной мере повышается вследствие использования в рецептуре керамических материалов микродобавок, модификаторов.
Существующая промышленная «керамическая» технология получения керамических материалов основана на механическом смешении индивидуальных элементов, входящих в рецептуру, в шаровых, планетарных или вибрационных мельницах, прессовании брикетов для твёрдофазного синтеза керамических материалов.
Существующий метод не позволяет получить частицы порошка керамических материалов с высокой однородностью химического состава. В случае введение микродобавок это ещё больше затруднит задачу, так как химический состав частиц порошка существенно отличается от среднего химического состава керамического материала. Кроме того, показатели качества продукции находятся в большой зависимости от стабильности качества исходных порошковых сырьевых компонентов.
Даже ограничение выбора двумя-тремя компонентами не снижает остроты этой проблемы, поскольку основные компоненты любых композиций, а качество керамики определяется стабильными химическими и физико-химическими свойствами этих порошковых материалов, систем.
Отмеченные обстоятельства накладывают существенные ограничения на использование традиционной технологии производства керамических материалов для высококачественной керамики с требуемыми параметрами. Эти ограничения препятствуют выпуску изделий, отвечающих новейшим требованиям.
Предлагаемое решение является комплексным и предполагает возможность модернизации существующих керамических материалов и технологий их получения за счёт включения в технологические цепочки новейшую разработку УР, производящую высокогомогенные активные многокомпонентные нано-смеси (ВАМС).
Использование ВАМС позволит значительно снизить как энергозатраты на производство, так и температуру получения конечных изделий.
ВАМС обеспечивают повышение эффективности за счёт межатомного и молекулярного проникновения в создаваемых системах материалов, набором которых можно обеспечивать управление конкретными показателями.
Принципиально данный подход ранее мог рассматриваться только в рамках теории ввиду отсутствия технологий, в том числе отсутствия производства наноматериалов, необходимых элементов с заданной плотностью, активностью, высокой гомогенностью.
Данные технологии позволяют получать материалы для создания изделий с заранее требуемыми свойствами, и управлять этими свойствами, как требуется в
Указе Президента Российской Федерации от 18 июня 2024 г. № 529 "Об утверждении приоритетных направлений научно-технологического развития и перечня важнейших наукоемких технологий" :
II. Сквозные технологии
п. 23. Технологии создания новых материалов с заданными свойствами и эксплуатационными характеристиками.
Таким образом, предлагается создать опытное производство, обеспечивающее получение высокогомогенных активных многокомпонентных смесей и композитов с плотной упаковкой для создания и изготовления отечественных высокоплотных радиофотонных модулей из исходных наноструктурированных материалов. Получения требуемых керамических, металлокерамических и комбинированных функциональных подложек, и составных частей с требуемыми специфическими параметрами.
Радиофотоника (MWP - Microwave Photonics) представляет собой современное научно-техническое направление, которое занимается исследованием взаимодействия оптического излучения и радиочастотных и СВЧ сигналов в рамках задач по приему, передаче и обработке информации. В рамках радиофотоники происходит интеграция оптических и радиоэлектронных цепей, элементов, схем и устройств. Это позволяет улучшить технические, эксплуатационные и другие характеристики оборудования, а также расширить его функциональные возможности.
«Пьезокерамика и пьезоэлектрические композиты для гидроакустики»
На настоящий момент существует проблема гидроакустики как прямой задачи во взаимосвязи с необходимостью совершенствования её теоретической модели с низкой технической и технологической культурой ее исполнения в существующих технических системах производства керамики.
Для того, чтобы возможности пьезокерамики проявились в полной мере необходимо обеспечить высокую воспроизводимость параметров при массовом производстве. Это условие, в свою очередь, выполнимо только при достижении высокогомогенного с плотной упаковкой активных пьезокерамических материалов.
Сложность решения этой задачи с использованием традиционных технологий в значительной мере повышается вследствие использования в рецептуре пьезокерамических материалов микродобавок модификаторов.
Существующая промышленная технология получения пьезокерамических материалов основана на механическом смешении индивидуальных оксидов или карбонатов элементов, входящих в рецептуру, в шаровых или вибрационных мельницах, прессовании брикетов для твёрдофазного синтеза пьезокерамических материалов при температуре 800 - 1100°С с последующим измельчением и распылительной сушкой продуктов тонкого измельчения.
Такой метод не позволяет получить частицы порошка пьезокерамических материалов с высокой однородностью химического состава. Введение микродобавок ещё больше затрудняет эту задачу, так как химический состав частиц порошка существенно отличается от среднего химического состава пьезоматериала. Кроме того, показатели качества продукции находятся в большой зависимости от стабильности качества исходных порошковых сырьевых компонентов.
Даже ограничение выбора двумя-тремя компонентами не снижает остроты этой проблемы, поскольку, как пример, оксиды свинца, стронция и титана – основные компоненты любых композиций, а качество керамики определяется стабильными химическими и физико-химическими свойствами этих порошковых материалов, систем.
Отмеченные обстоятельства накладывают существенные ограничения на использование традиционной технологии производства пьезокерамических материалов для высококачественной керамики с электрофизическими параметрами. Эти ограничения препятствуют выпуску изделий, отвечающих современным требованиям.
Предлагаемое решение является комплексным и предполагает возможность модернизации существующих пьезокерамических материалов и технологий их получения за счёт включения в технологические цепочки новейшую разработку УР, производящий высокогомогенные активные многокомпонентные нано-смеси (ВАМС). Использование ВАМС позволит значительно снизить как энергозатраты на производство, так и температуру получения конечных изделий.
ВАМС обеспечивают повышение эффективности за счет межатомного и молекулярного проникновения в создаваемых системах материалов, набором которых мы можем обеспечивать управление конкретными показателями гидроакустических комплексов с учётом специфики их носителя, района использования, особенностей объектов обнаружения.
Предложения по изготовлению частей конструкции самолёта новым способом с использованием сэндвич-панелей из вспененного алюминия.
Как сейчас собирают самолёт или любой летательный аппарат? Стапель, шпангоуты, стрингера, лонжероны, нервюры, огромное количество отверстий и заклёпок, установленных вручную.
Или мотают части крыла из препрега (композитного материала высокой горючести).. Прочностные и эксплуатационные параметры изделия зависят от разброса химического состава полимерного связующего, свойств нити, абсолютной повторяемости этих свойств. А потом склеивают полимерные части с металлом, пытаясь учесть температурные коэффициенты линейного расширения. А у металла и композита они отличаются! В результате при эксплуатации начинается расслоение.
Сборка конструкция фюзеляжа SSJ-100
Фрагмент поверхности фюзеляжа
Можно всё делать проще. Есть предложение - упростить сборку фюзеляжа (собирать как модель из пластмассового конструктора). Склеивать – соединять половинки фюзеляжа, половинки консолей крыла, половинки хвостового оперения. А потом всё собрать воедино с минимальным количеством отверстий и заклёпок. Или может всё просто сварить? Опыт уже есть – цельносварная герметичная конструкция фюзеляжа знаменитого МИГ-25.
Если кто не знает, сообщу, что на корпусе самолета МС-21 более миллиона заклепок!!!
Или корабелы – весь корабль сваривают из больших деталей. Давно отказались от заклёпок и болтов.
Для «большого конструктора» сборки летательных аппаратов есть такой материал как пенометалл, а производная от него – сэндвич-панели. Вспененный метал между двумя тонкими листами металла. Абсолютная стабильность свойств материала, единый температурный коэффициент линейного расширения, скорость и простота сборки. Любая толщина, любая кривизна и можно сваривать. Как в пластмассовой модели - склеивать!
К середине 1990-х годов учёным удалось освоить все тонкости получения вспененного алюминия и вывести его производство на уровень, близкий к промышленному. При этом прямых конкурентов у сэндвич-панелей с таким высокотехнологичным наполнителем, как вспененный алюминий на сегодняшний день нет, потому что в тех сферах, где предполагается его применение, не все конкуренты решатся попробовать свои силы.
Вспененные металлы являются довольно сложными системами как по макро-, так и по микроструктуре. Микроструктура и их механические свойства регулируются составом сплава, условиями вспенивания и охлаждения и возможной термической обработкой материала после вспенивания.
Макроскопические морфологические характеристики, такие как размер пор или кривизна стенок ячеек, имеют явно выраженное влияние на механические свойства.
При всей возможной вариативности своих характеристик, вспененный алюминий всегда остаётся лёгким, прочным материалом, способным поглощать большое количество механической энергии, электромагнитное излучение, обладающий завидной тепло- и шумоизоляцией как у пенопласта, в том числе и по весу!
Металлические пены и алюминиевые пены в частности обладают уникальной комбинацией этих характеристик, которой нет ни у одного другого материала.
Материалы из вспененных металлов наиболее конкурентоспособны в тех случаях, когда задействуются большее количество их свойств.
Производство сэндвич-панелей стало возможным благодаря тому, что учёными однажды было предложено получать заготовку (полуфабрикат), содержащий в себе равномерно распределенный порофор.
Порофор подбирают так, чтобы он выделял газовую составляющую при температуре солидус-ликвидус выбранного сплава.
Образование самой пенной структуры происходило на втором этапе при плавлении заготовки, в процессе чего внутри заготовки выделялся газ. Преимущество данной технологии заключается в том, что можно производить детали сложной формы за счёт того, что их литейные формы целиком заполняются пеной при её расширении.
Наиболее технологичным является порошковый метод получения заготовки – начинается со смешивания металлических порошков – простых металлических порошков либо порошков различных сплавов или смесей – с порофором, после чего смесь уплотняется для получения плотной заготовки, чтобы при вспенивании выделяющийся газ просто не улетучился бы из материала.
Уплотнение может быть достигнуто холодным прессованием порошковой смеси с последующей холодной экструзией, либо за счёт проката металлического порошка.
Трение между частицами в процессе этих операций разрушает оксидную плёнку на частицах и соединяет их вместе.
Также порошковая смесь может быть спрессована с подогревом до температуры ниже той, которая может вызвать разложение порофора. В некоторых случаях возможно спрессовать порошки и при температуре выше температуры разложения вспенивающего вещества, т.к. его порошок оказывается зажат между частицами металла, нагретыми до температуры, не превышающей температуру их плавления, и разложение порофора сдерживается высоким давлением. Структура пор получаемых из этих заготовок пеноматериалов сильно зависит от температуры прессования, температуры и длительности спекания и типа используемых сплавов, а также незначительно зависит от скорости, при которой заготовка нагревается на втором этапе производства.
Производство заготовки по этим технологиям должно осуществляться очень тщательно, вследствие возможности возникновения остаточной пористости или любых других дефектов, которые могут привести к неудовлетворительным результатам при дальнейшей обработке (неравномерное распределение пор).
Метод горячего прессования используется в основном для производства пен из алюминия, а в качестве вспенивающего агента (порофора) используется гидрид титана (TiH2), бикарбонат натрия (NaHCO3) или карбонат кальция (CaCO3) в количестве от 0.5 до 1% от общей массы. Этот метод используется для производства пен из различных алюминиевых сплавов с пористостью в диапазоне от 63 до 89% и размером пор примерно в миллиметр, что проиллюстрировано на рисунке 1. Эта технология и легла в основу создания сэндвич-панелей из вспененного алюминия, благодаря тому, что этот метод позволяет легко получить заготовку, имеющую изначально листовую форму.
Технология производства таких сэндвич-панелей начинается с плакирования (совместная прокатка) двух обычных листов металла с листом вспениваемого материала, размещённого между ними. Затем заготовку формуют с применением обычных штамповочных операций, в результате чего можно получить поверхность практически любой кривизны.
Последним этапом является нагрев детали до температуры, когда смесь алюминиевого порошка с порофором превращается в пену. При этом вспениваемый средний слой увеличивается в размерах, а наружные панели фактически свариваются с пеной, что и приводит к образованию сэндвич структуры.
Рисунок 1. Пена, полученная при двухэтапном процессе из вспениваемой заготовки,полученной из металлических порошков и последующего их спекания (существующая технология)
Эта технология носит название AFS – Aluminium Foam Sandwich. На рисунке 2 лицевая поверхность сэндвич-панели загнута для того, чтобы можно было увидеть пористую внутреннюю структуру. Стоит отметить, что сила соединения между лицевой поверхностью и вспененной сердцевиной больше, чем сила, связывающая сам вспененный материал.
Рисунок 2. Сэндвич-панели из вспененного алюминия (AFS).
Всё хорошо, но есть одна проблема. Для того чтобы получить абсолютную повторяемость физико-механических свойств в самой панели, надо очень хорошо перемешать частицы порофора с частицами металла. Сделать высокогомогенную с плотной упаковкой смесь. Существующими способами это сделать невозможно.
Невозможно обеспечить стабильность распределения частиц порофора между частицами металла, как бы долго мы не мешали. Именно поэтому такие сэндвич-панели не могут использоваться в самолетостроении, где требуется очень высокая надежность корпуса и крыльев.
Технология УР предлагает.
Так как недостатком существующих технологий является малая и нерегулируемая дисперсия пузырьков, обусловленная гетерогенным ( наличием неодинаковых частей в структуре материала) распределением частиц порофора, например, гидрида титана в массиве алюминиевого (металлического) порошка. Гетерогенность распределения и обуславливает крайне неравномерное распределение и размер пузырьков газа в объёме изделия.
То для получения высококачественных заготовок необходимо создавать высокогомогенные смеси металлов с взаимно активированными ингредиентами (пресплавы), которые обеспечивают в последующей термической обработке получение самоорганизующейся системы пор. В результате чего можно получать изделия из этих пресплавов с более высокими физико-механическими характеристиками.
Традиционными методами невозможно получить высокогомогенные структуры исходных материалов, из-за высочайшего коэффициента внутреннего трения в порошках.
На этапе получения активных смесей металлов с порофорами с заданных средах при заданных температурах, целесообразно использовать выше названную технологию УР, которая обеспечит конкурентное преимущество смеси (по качественному составу и стоимости приготовления).
С помощью УР возможно получать высокоактивные смеси - пресплавы в заданных средах, позволяющих исключить процесс окисления ингредиентов и тем самым упростить процесс изготовления AFS панелей и создать автоматизированное производство заданных фасонных деталей с нужными физико-механическими свойствами.
Например, такие панели могут быть использованы в авиастроении в качестве крупномасштабных деталей фюзеляжа, планера, хвостового оперения. Использование AFS панелей позволит полностью отказаться от клёпочных и клеевых соединений, что даст возможность создавать самолеты с лучшими показателями по потреблению топлива, грузоподъемности и безопасности в значительно более короткие сроки.
Данный материал обладает высокой удельной жёсткостью, малой термической проводимостью, отличной звукоизоляцией, не горит и хорошо подходит для поглощения и демпфирования энергии удара, а также снижает вес выполненных из него конструкций. Сделанные по технологии AFS элементы летательного аппарата позволят сократить количество конструкционных единиц, что сократит вес всего изделия.
Для примера.
В настоящее время на сборку только корпуса вертолета у нас тратится около 6 месяцев. При использовании данной технологии УР, корпус, по словам руководителей Вертолетного завода в Казани, будет собираться за 2-3 недели!
ВЫВОДЫ:
Сэндвич-панели из вспененного алюминия по своим качествам значительно превосходят другие типы сэндвич-панелей и имеют намного более широкий спектр применения.
Вспененный алюминий сочетает в себе уникальные свойства: высокую удельную жесткость, возможность поглощать большое количество энергии, низкую плотность; высокий уровень энерго- и звукопоглощения; хорошую теплоизоляцию и устойчивость к огню; низкую гигроскопичность; широкий диапазон рабочих температур; а также хорошую рециркулируемость. В комбинации с цельнометаллическими внешними листами мы получаем практически идеальный современный материал.
В отличие от сотовых материалов, сэндвич-панели из вспененного алюминия могут одинаково воспринимать нагрузку, направленную под разными углами к конструкции. В отличие от стандартных сэндвич-панелей, они могут образовывать конструкции не только не уступающие по своим характеристикам конструкциям, выполненным из стандартных материалов, но еще и наделять эти конструкции новыми качествами.
Недостатком любой стандартной сэндвич-панели является то, что все её три основных слоя склеены друг с другом, и при повышенных нагрузках, перепадах температур они склонны к расслоению!
Сэндвич-панели из вспененного алюминия не обладают этим недостатком, т.к. в процессе их производства наружные панели спекаются с алюминиевой пеной, образуя единый, монолитный материал.
Панелям можно придать почти любую объёмную форму, деформируя заготовку перед вспениванием. В сравнении с алюминиевыми композитными панелями с неметаллическим наполнителем, которые тоже можно формовать, качество, диапазон и точность получаемых поверхностей несравнима с тем, что можно получить, используя в качестве наполнителя вспененный металл.
За счёт использования необходимых металлических порошков можно получить широкий спектр сплавов, а при выборе необходимых термических обработок в процессе вспенивания можно добиться такой структуры пор, которая даст необходимые механические характеристики.
Работа в направлении дальнейшего развития сэндвич-панелей может позволить получить новые технологии и новые типы материалов и сэндвич-панелей, которые помогут решить разнообразные проблемы, стоящие сегодня перед инженерами.
Производство сэндвич-панелей из пеноалюминия (AFS – Aluminium Foam Sandwich).
Пеноалюминий был изобретён достаточно давно, крупные производства сэндвич-панелей из пеноалюминия существуют в Германии, Франции, США и Китае. За рубежом активный интерес к нему проявляют производители военной техники, судостроители и железнодорожники.
В нашей стране также были разработаны технологии производства сэндвич-панелей из пеноалюминия, однако пока нет ни одного работающего предприятия, все панели закупаются в Китае, Германии и Франции.
Какие преимущества имеют сэндвич-панели из пеноалюминия по сравнению с листами сплошного металла?
- Улучшенные теплоизоляционные и звукопоглощающие свойства.
- При деформации показывает сильно нелинейное поведение, характерное для пористых структур. Обладают более высоким уровнем прочности.
- Легче по весу.
- Электрическая и термическая проводимости значительно меньше, лежит в области свойств обычных металлических материалов.
- Более высокие энергоабсорбирующие свойства.
- Широкая температурная область применения и негорючесть.
- Хорошая рециклируемость.
- Хорошо обрабатывается пилением, сверлением, фрезерованием, обточкой. В
качестве способов соединения могут быть использованы
пайка или сварка.
- Низкая гигроскопичность (1- 3%), что обусловливает морозостойкость и отсутствие трещин при перепаде температур.
- Нет необходимости в обработке антисептиками и антипиренами. На поверхность свободно наклеиваются различные декоративные материалы, хорошо воспринимает краску.
Использование сэндвич-панелей из вспененного алюминия значительно ускоряет и совершенствует технологический процесс создания готовой продукции, улучшает её технические характеристики, сокращает издержки производства.
Области применения сэндвич-панелей из пеноалюминия.
- В железнодорожной промышленности и инфраструктуре - изготовление контейнеров, в том числе термических, шумопоглощающие конструкционные элементы для изготовления вагонов. Изготовление облицовки в железнодорожных тоннелях под шоссе и мостами.
- В автомобильной промышленности - изготовление элементов кузова автомобиля.
- Для аэрокосмической промышленности материалы из алюминиевой пены, сэндвич-панели из пеноалюминия могут заменить композитные материалы, такие как угле- и стеклопластики, дорогие сотовые конструкции.
- В судостроении - для изготовления корпусов судов.
- В строительстве зданий и сооружений.
- В строительстве - возведение лёгких конструктивных элементов, например, мобильных мостов.
- В дизайне бытовых предметов и мебели - изготовление ламп, столов, предметов домашнего обихода и аксессуаров, а также офисной мебели и при оформлении промышленных выставок.
Недостатки существующих технологий производства сэндвич-панелей из пеноалюминия.
- Невозможность получить полностью однородную ячеистую структуру материала, особенно на большой площади поверхности. По этой причине возможности применения панелей из пеноалюминия сильно ограничены.
- Невозможность получения продукции с требуемыми заданными свойствами.
- Высокая себестоимость производства 1 кв. м панели. Как правило, производители снижают себестоимость за счёт увеличения производительности.
Суть инновационного предложения по производству сэндвич-панелей из пеноалюминия.
Предлагается включить в существующую известную технологию производства сэндвич-панелей из пеноалюминия УР.
УР по своим функциональным возможностям и техническим характеристикам не имеет даже приближенных аналогов ни за рубежом, ни в нашей стране.
Изготовленный промышленный образец многократно испытан в России и за рубежом.
Преимущества использования инновации.
- Решение основной технологической проблемы производства сэндвич-панелей – получение полностью однородной ячеистой структуры материала.
- Получение сэндвич-панелей высочайшего качества с заданными свойствами.
- Сокращение технологического процесса, увеличение производства.
- Сокращение себестоимости производства по сравнению с традиционной на 70%.
Производство контейнеров из пеноалюминиевых сэндвич-панелей по новой технологии.
Пеноалюминий был изобретён достаточно давно, крупные производства сэндвич-панелей из пеноалюминия существуют в Германии, Франции, США и Китае. В нашей стране также были разработаны технологии производства сэндвич-панелей из пеноалюминия, однако пока нет ни одного работающего предприятия, все панели закупаются преимущественно в Китае.
Сэндвич-панели из пеноалюминия изготавливаются из двух металлических плотных лицевых листов и сердцевины в виде металлической пены. Листы соединяются с алюминиевой пеной, фактически свариваются с пеной, что и приводит к образованию сэндвич структуры (диффузионная сварка).
В ходе исследований в Институте перспективных материалов им. Фраунгофера
(Германия) установлено, чтосэндвич-панели из пеноалюминия имеют следующие преимущества по сравнению с листами сплошного металла:
- Улучшенные теплоизоляционные и звукопоглощающие свойства.
- При деформации показывает сильно нелинейное поведение, характерное для пористых структур. Обладают более высоким уровнем прочности.
- Легче по весу.
- Электрическая и термическая проводимости значительно меньше, лежит в области свойств обычных металлических материалов.
- Более высокие энергоабсорбирующие свойства.
- Широкая температурная область применения и негорючесть.
.
Использование сэндвич-панелей из вспененного алюминия значительно ускоряет и совершенствует технологический процесс создания готовой продукции, улучшает её технические характеристики, сокращает издержки производства.
Однако при традиционных технологиях возможности применения панелей из пеноалюминия сильно ограничены из-за ряда недостатков, а именно:
- Невозможность получить полностью однородную ячеистую структуру материала, особенно на большой площади поверхности, и как следствие – достаточно большой процент брака готовой продукции.
- Невозможность получения продукции с требуемыми заданными свойствами.
- Высокая себестоимость производства 1 кв. м панели. Как правило, производители снижают себестоимость за счёт увеличения производительности.
Преимущества использования инновации.
Включение УР в традиционную технологическую линию позволит решить основную технологическую проблему производства сэндвич-панелей – получить полностью однородную ячеистую структуры материала.
А также:
- получить сэндвич-панели высочайшего качества с заданными свойствами,
- сократить технологический процесс, увеличить производительность,
- сократить себестоимость производства по сравнению с традиционной на 70%.
- получить экологически чистый материал для изготовления конструкций (например пищевых термоконтейнеров 6 - 20 футовых).
- отказаться от использования в термоизоляции вспененных пластиков – например таких, как пенополистирол (газит, выделяя стирол во внутреннее пространство контейнера, насыщая им перевозимые товары).
Можно и дальше рассказывать о применении данной технологии в десятках, если не сотнях направлений, как в оборонной промышленности, так и в гражданской сфере – к примеру, получению масла из оливок при 100% выходе высококачественного продукта (при настоящем производстве выход не более 40%).
Но я хочу рассказать о том, - почему наши чиновники не внедряют эту технологию.
После того, как профсоюз написал об этой технологии Президенту России, Администрация президента направила материал в Минпром и Ростех.
Первые нам ответили, что учтут эту технологию при разработки дальнейших планов развития ( дали форменную отписку):
Далее начались встречи с представителями Ростеха, на которых выяснилось, что ряд предприятий «Ростеха», получивших информацию, попросили о созыве Научно-технического совета по рассмотрению данной технологии. (письма в редакции имеются).
Но, как стало понятно после последней встречи с тремя представителями этой организации, «Ростеху» данная технология не нужна – нас направили в закрытый к этому моменту венчурный фонд, заявив, что у компании денег на создание УР – нет!
НТС так и не проведен.
Не захотели менять финансовые потоки. Вот и всё. А на интересы государства этим чинушам дела нет, зарплаты у них и так хорошие и заниматься чем-то другим не интересно.
В Курчатовском НИЦ, по нашей информации, решили прийти на заседание НТС в «Ростехе», которого нет до настоящего времени.
Сами же «Курчатовцы» инициативы не проявляют.
В «Росатоме» аналогичная ситуация.
Вроде бы интересно, но и там, видимо не хотят что-то менять.
Вроде бы заинтересовались данной технологией в Татнефти, но опять ушли от конкретных шагов по внедрению.
И ведь для создания одной установки требуется всего около 100 млн.рублей, срок окупаемости около 6 месяцев, а то и меньше, но госчиновникам это не нужно, хотя на производствах в том же «Ростехе», руководители были бы рады использовать изделия, изготовленные по данной технологии, но они, к сожалению, без решения сверху, ничего не решают.
Ну вот и получается, что западные фирмы предлагают ученому миллионы долларов, но чтобы только он уехал к ним с семьей, а в России он никому не нужен, так же, как и сотни других изобретателей.