Порошковая металлургия… Именно ей в этом номере журнала посвящается несколько публикаций

Виктор Трефилов, директор Института проблем материаловедения НАН Украины

Порошковая металлургия… Именно ей в этом номере журнала посвящается несколько публикаций, которые помогут читателям составить более полное представление о том, какое место в мировом промышленном производстве
занимает проблема создания новых материалов, на каких направлениях сосредоточены усилия материаловедческой науки. Каково состояние и тенденции развития металлургической промышленности в различных регионах мира и у нас.
В Украине.

Практическая реализация подавляющего большинства стратегически важных научно-технических достижений нашего времени и обозримого будущего связана с проблемой создания новых материалов. Это научно-техническое направление является основой большого числа базовых технологий современности. Материаловедческая наука и
основанные на ней технологии не только удовлетворяют потребности современной цивилизации в производстве необходимых материалов и изделий, но и в значительной мере определяют пути решения таких глобальных для
будущего человечества проблем, как исчерпание природных ресурсов, предотвращение загрязнения окружающей среды, предотвращение нарушения теплового баланса планеты. Все это является обязательным условием возможности сохранения высоких темпов экономического развития. Структура производительных сил и производительность труда во многом зависят от успехов в материаловедческом секторе экономики планеты.

Именно отсутствие необходимых материалов, обладающих определенным уровнем свойств, сдерживает сегодня прогресс в области новых высокоэффективных и экологически безупречных способов генерирования и преобразования энергии, микроэлектроники и компьютеров, новых систем памяти, высокопрочных износостойких материалов для машиностроения, эффективных “ремонтных деталей” живых организмов (искусственные сердечные клапаны,
детали скелета и суставов, стоматологические “наборы” и др.).

Результаты научных работ в области физики твердого тела и многих направлений химической науки, являющихся
базовыми научными дисциплинами материаловедения, привели к созданию новых классов веществ (очень необычных и во многом еще загадочных квазикристаллов; ранее неизвестных форм углерода, т.н. фуллеренов, впервые
обнаруженных в начале 80-х годов в космической пыли межзвездного пространства, а ныне успешно синтезируемых во многих лабораториях мира; чрезвычайно высокодисперсной формы материалов в виде т.н. наноматериалов; материалов с памятью формы; высокотемпературных сверхпроводников; сложных композиционных материалов со специально организованной субструктурой армирующих матрицу полос, сеток, микропор, слоев и волокон; аморфных материалов или так называемых металлостекол и т.д. Эти вещества открывают совершенно новые возможности научных и технических решений.

Среди производственных процессов, обладающих большими потенциальными возможностями как с точки зрения создания новых материалов с уникальным комплексом свойств, так и с точки зрения экономических и технологических
преимуществ, особое место занимает порошковая металлургия. Этот процесс получения изделий позволяет увеличить коэффициент использования металла до 0,98, ограничить, а иногда и исключить обычные металлургические переделы с присущими им недостатками, резко улучшает экологическую ситуацию на производстве. На использовании технологии порошковой металлургии базируется производство обширнейшего класса изделий из так называемой новой керамики.

Важнейшим достоинством порошковой металлургии является возможность создания уникальных комбинаций различных веществ в одном материале, которые другими способами получить невозможно. Именно это преимущество технологий порошковой металлургии позволило создать широчайшую гамму композиционных материалов, так называемых псевдосплавов, керметов, дисперсно-упрочненных и армированных материалов.

Кроме того, технология порошковой металлургии дает возможность создать в материале особо мелкозернистые состояния, которые методами традиционной металлургии либо вообще не могут быть получены, либо реализуются с
большим трудом. Это так называемые металлостекла или аморфные состояния, интерес к которым постоянно нарастает в связи с решением труднейшей материаловедческой задачи – созданием конструкционной керамики, изделия со специальными магнитными и электрическими свойствами, особо коррозионностойкие материалы;
в их числе и уже упоминавшиеся наноматериалы. Методы порошковой металлургии широко используются при изготовлении изделий из алмазов и алмазоподобных материалов, фуллеренов, а также при синтезе квазикристаллов.

Спектр изделий, получаемых методами порошковой металлургии широк:
в машиностроении – конструкционные, фрикционные, антифрикционные;
в электротехнике – контакты, магниты, ферриты, нагреватели, сверхпроводники;
в металлообработке и горной промышленности – твердые и сверхтвердые сплавы и материалы для режущего и абразивного инструмента;
в авиации и космической технике – жаропрочные, жаро- и радиационностойкие сплавы и керамика;
в химической промышленности – химически- и термостойкие материалы, огнеупоры и др.

Особый большой класс представляют функциональные материалы (иногда называемые также интеллектуальными
материалами), использующие пьезо – и сегнетоэлектрические свойства веществ и резко меняющие комплекс физико-химических характеристик в зависимости от параметров окружающей среды (температуры, давления, электрических и магнитных полей и т.д.). Области их применения настолько широки, что в технической и научной литературе появился
специальный термин – диэлектроника. Пьезоэлектрические трансформаторы, вторичные источники тока, полосовые фильтры для широкого диапазона частот с перестраиваемыми характеристиками, пьезоэлектродвигатели, кодирующие и декодирующие устройства, линии задержки, волноводы и другие устройства на поверхностных акустических волнах, частотные модуляторы, преобразователи частоты, системы ночного видения, устройства памяти и отображающие устройства компьютерной техники, уникальные по электрической емкости аккумуляторы и многое другое, – такова сфера приложения этих материалов.

Потребление порошковых изделий на современных рынках Европы по тоннажу распределяется следующим образом:
автомобилестроение – 80%, машиностроение – 15%, электроприборы – 3%, прочие области – 2%. В связи с увеличением применения порошковых изделий в каждом европейском автомобиле (с 6-15 кг в настоящее время до 23-26 кг в 2004 году), по оценке специалистов Европейской Ассоциации порошковиков, рынок порошковых изделий в Европе удвоится в ближайшие годы. Заметим, кстати, что за годы после распада Союза в мире фактически уже
произошло удвоение объемов производства изделий порошковой металлургии.

Украина, имея значительный потенциал в области порошковой металлургии (примерно 1/3 часть всего потенциала бывшего СССР), могла бы занять видное место среди производителей порошковых изделий в мире. 

К  сожалению, экономический и организационный кризис привел к тому, что многие предприятия закрылись или переориентировались на выпуск другой продукции. Однако, вопреки всему, научно-технический потенциал в области
порошковой металлургии (как и в целом в материаловедении) продолжает развиваться. Достаточно назвать ряд программ, инициатором которых выступил ИПМ НАН Украины: Межгосударственная научно-техническая программа “Создание новых материалов на основе высокодисперсных металлических, композиционных и керамических систем и разработка ресурсосберегающих технологий производства изделий из них”, программы двустороннего сотрудничества с Российской Федерацией, Республикой Беларусь, Республикой Узбекистан, Республикой Казахстан, национальная программа в области порошковой металлургии и т.д. 

В условиях перехода к энергосберегающим и наукоемким технологиям создается принципиально новый рынок товаров и услуг – рынок научных знаний, информационных технологий и “ноу-хау” как товара. По мнению специалистов, в начале XXI века страны содружества при осуществлении единой согласованной научно-технической 

А пока в этот переходный период главным вопросом дальнейших перспектив научных исследований и разработок становится проблема ожидания спроса на науку со стороны предпринимателей и рыночных структур. Очень важен и необходим механизм взаимодействия науки с малыми и средними производственными предприятиями, способными воспринять наукоемкую продукцию.

Цель публикации состоит в том, чтобы помочь отественным производителям отказаться от импорта некоторой части продукции, заменить традиционные материалы на менее дефицитные и экологически чистые, помочь в организации выпуска деталей и запчастей, а также предложить наукоемкие продукцию и технологии для реализации на рынке.