И
сследования профессора РАН, профессора и заведующего лабораторией дизайна материалов Сколковского института науки и технологий
Артема Оганова
сосредоточены на использовании вычислительных методов при создании новых материалов, изучении поведения материи при высоких давлениях и разработке новых вычислительных методологий для прогнозирования структуры и свойств материалов.
В 2006 году совместно со своим студентом Колином Глассом
он создал новый метод, названный USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography), позволяющий рассчитать структуру минерала для заданных температуры и давления, исходя только из химического состава. Этот уникальный эволюционный метод предсказания кристаллической структуры в настоящее время используется более чем 4500 исследователями по всему миру. Этот метод позволяет прогнозировать новые материалы, как органические, так и неорганические, с заданными свойствами и позволили сделать многочисленные открытия и в фундаментальных, и в прикладных исследованиях.
Нашу встречу с Артемом Ромаевичем мы начали с вопроса:
— Вы изучаете, если я правильно формулирую, структуры кристаллов при различных условиях?
— Мы предсказываем структуру вещества. Мы предсказываем структуру, которая стабильна при тех или иных условиях. А также мы предсказываем структуру и состав тех материалов, которые обладают нужными нам свойствами.
— То есть вы задаете в компьютерном алгоритме любые желаемые свойства и от этого результата разматываете процесс в обратном направлении?
— Да, именно так — мы решаем обратные задачи.
— У вас есть конкуренты в этой нише?
— Когда мы начинали, конкурентов было мало. Сейчас очень многие люди пытаются это делать с теми или иными успехами или неудачами, но мы до сих пор держим пальму первенства, и до сих пор наш метод непобиваем по степени надежности и быстроты. И по количеству и разнообразию функций, которые он имеет.
Структура прозрачной формы натрия
«Запрещенная» химия
— Вы часто говорите, что занимаетесь «запрещенной химией». Почему она запрещенная?
— Есть правила классической химии, которые позволяют существование одних соединений и запрещают существование других. Эти правила довольно хорошо работают для очень многих соединений. Например, мы знаем, что ничего, кроме NaCl, не допускается классической химией для хлорида натрия. Хлорид натрия — это всегда NaCl. Но оказывается, что, если вы идете к нестандартным условиям, например к высоким давлениям, то можете получить стабильные кристаллы состава, например, Na3Cl. В классической химии это запрещено.
Вообще-то мы до конца не понимаем, почему они образуются, — но они образуются, это факт. Многие из них являются металлами, а для металлов такого рода правила не действуют. Но вот почему они оказываются металлами, тоже непонятно. Потому что, опять-таки с точки зрения классической химии, между атомами Na и Cl должна действовать ионная связь, где электроны от атомов Na полностью перетекают на атом Cl и там сильно локализуются. Металлической связи тут быть не должно. Но тем не менее она почему-то возникает при давлениях, даже не очень высоких.
— Некоторые физики считают, что все в химии может объяснить физика. Что в конечном счете все сводится к решению уравнения Шредингера. Как вы относитесь к таким утверждениям?
— Есть большая разница между словами «объяснить» и «рассчитать». Или «объяснить» и «предсказать». Наши предсказания и расчеты действительно основаны на законах физики, на квантовой механике, на решении уравнения Шредингера или его аналогов. Но сам по себе расчет не дает объяснений. Расчет вам предскажет, что при давлениях таких-то или других становится стабильным соединение Na3Cl. А почему оно стабильно? Ответа нет.
Квантовая механика оперирует на очень детальном уровне. На уровне ядер и электронов. Мы все-таки привыкли в химии оперировать на уровне атомов, у каждого из которых есть какой-то нрав. Какие-то атомы активны, какие-то пассивны, какие-то атомы любят отдавать электроны, какие-то любят принимать. Какие-то не любят ни отдавать, ни принимать.
Мы предсказываем структуру вещества. Мы предсказываем структуру, которая стабильна при тех или иных условиях. А также мы предсказываем структуру и состав тех материалов, которые обладают нужными нам свойствами.
Если натрий отдаст электрон, он будет иметь заряд +1. А если хлор возьмет электрон, он получит заряд −1. А ведь должна соблюдаться электронейтральность. И мы сразу приходим к тому, что, возможно только одно соединение NaCl в пропорции ровно 1:1, иначе у вас баланс зарядов не сойдется. Почему Na3Cl тогда существует? Не должен.
Но квантово-механические расчеты нас ставят перед фактом, основанном на решениях уравнений квантовой механики. Перед фактом, что Na3Cl будет стабильным. Но как его объяснить с точки зрения характера, нрава атомов Na и Cl, непонятно. С точки зрения известного нам поведения атомов такого вещества быть не должно.
Законы физики определяют химическое поведение элементов. Химическое поведение элементов объясняет биохимическую роль тех или иных молекул. А биохимическая роль тех или иных молекул диктует все процессы, происходящие в живых существах. Да, законы физики определяют вообще всё. Но могут ли законы физики объяснить, например, то, о чем вы сейчас думаете? Поведение человека трактовать на основе уравнения Шредингера было бы достаточно наивно. Это называется редукционизм, и он очень ограничен в степени своей применимости. Для объяснения поведения человека все-таки лучше использовать те знания о нраве человека, которые нам дает психологическая наука. А для объяснения химических явлений нужно использовать те знания о нраве атомов, которые дает нам химическая наука. Работы последних лет показывают, что кое-что важное в нраве, казалось бы, хорошо нам известных атомов мы совсем не понимаем.
Победит – состав и свойства
Появился он в СССР в далеком 1929 году. Материал представляет собой твердый сплав металлов. В состав победита входят карбид вольфрама и кобальт, массовое соотношение которых составляет 90:10.
Победит отличается высокой прочностью, износоустойчивостью и твердостью. Однако изделия из победита демонстрируют такие недостатки, как колкость и хрупкость при ударах, поэтому на практике применяются победитовые напыления и использование наконечников режущего и сверлящего инструмента. Благодаря наконечникам и напылением инструменту придаются свойства, значительно повышающие износоустойчивость к стираниям и затуплению.
Метод изготовления
Сплав в промышленности получают не методом литья, как чугун и сплавы меди, а методом спекания прессованной смеси порошка композита. Металлокерамический композитный сплав создается с помощью смешивания мелкого порошка карбида вольфрама и кобальта в качестве связующего компонента. Полученную мелко порошковую смесь помещают в специальные формы в виде пластины различных форм и размеров и спекают. Благодаря высокой температуре спекания, которая близка к температуре плавления связующего материала, в итоге получается уникальный материал, обладающий высокой прочностью и твердостью.
В отличие от классической технологии основные компоненты сплава могут быть заменены на другие аналоги, например, связующим веществом может выступать никель. Однако и эти сплавы на практике так же принято называть победитом.
Сфера применения
Практически незаменим победит в горнодобывающей промышленности, где он используется в качестве напыления буровых деталей оборудования для бурения твердых пород. В металлообработке победитовые напыления и наконечники используются в металлорежущем оборудовании и волочильном инструменте. Свое применение находит победит и в деревообработке. Высокая твердость и жаропрочность победита эффективно защищает оборудование, используемое в сложных условиях, придавая ему хорошие характеристики износоустойчивости.
На бытовом уровне и в строительстве используются сверла для перфораторов и ударных дрелей в целях сверления бетонных стен.
Наша компания купит победит в любых количествах у частных лиц и организаций.
Источник статьи: https://drag-radiodetali.com/ru/stati/pobedit-svojstva-primenenie
Не забывать о практике
— Вы всегда ищете практическое применение своим разработкам?
— Я был воспитан как фундаментальный, а не прикладной ученый. Более того, в моей среде считалось, что ученый не должен думать о практических применениях своей работы, что это грязная, недостойная мыслящего человека форма науки. Но с годами я понял, что это абсолютно ошибочный и даже порочный подход.
Есть ученые, которые целиком фундаментальные, их открытия, наверное, невозможно применить к практике. Но они расширяют границы познания. Познание, например, черных дыр не имеет никакой практической ценности. Хотя на пути к этому познанию люди совершенствуют математический аппарат, приборную базу, они могут где-то пригодиться.
Я был воспитан как фундаментальный, а не прикладной ученый. Более того, в моей среде считалось, что ученый не должен думать о практических применениях своей работы, что это грязная, недостойная мыслящего человека форма науки. Но с годами я понял, что это абсолютно ошибочный и даже порочный подход.
Я вспоминаю свой приезд в Дубну, в лабораторию ядерных реакций, которой долгие годы руководил наш великий ученый Юрий Цолакович Оганесян. Человек, открывший девять элементов таблицы Менделеева, один из которых — под номером 118 — в честь него назвали «оганесон». Вот у него спросили: какая практическая польза от этих элементов, которые синтезируют в сверхмалых количествах? Он честно ответил, что практической пользы абсолютно никакой нет и никогда не будет. Но на пути к этим открытиям они создали новые ускорители. А эти ускорители могут быть полезны в лечении, может быть, онкозаболеваний, а также для создания особых мембран. И у них есть технология, которую они развивают и используют уже не одно десятилетие. Берут полимерную пленку и протягивают ее перед ускорителем со скоростью, скажем, метр в секунду. За эту секунду квадратный метр пластиковой пленки подвергается интенсивной бомбардировке частицами. И эти частицы оставляют там дырки. И вот эту вот перфорированную полимерную пленку вы можете использовать как мембрану, как фильтр. Например, ни одна бактерия не сможет пройти через эти дырочки, что открывает множество применений. А это просто побочный эффект.
—
Нужно суметь заметить эту сферу применения.
— Не стоит забывать, что мы — люди. А у человека страсть к познанию является одним из базовых инстинктов. Мы обычно говорим об инстинктах самосохранения и размножения, но есть два инстинкта, которые мне тоже кажутся принципиальными для человека. Первый —инстинкт познания. Человеку всегда интересно: «а как это устроено?». Вспомните, сколько игрушек каждый ребенок ломает, пытаясь понять, что же там внутри.
Второй инстинкт — творить и менять мир вокруг себя. Это описано в Библии словами: «Бог сотворил человека по образу и подобию своему». Человек — творец. Он любит менять мир, в котором живет, он любит создавать что-то новое. Такая наша природа.
— Новое знание, которое дает ученый, может сильно поменять практическую жизнь человека и вообще ход истории. В вас этот инстинкт — изменить мир, оставить след после себя — преобладает?
— В себе я вижу очень сильный инстинкт что-то менять. Во многом из-за этого я и вернулся в Россию. Потому что я понял, что, когда проект «Сколково» разворачивался, мне пришлась по душе эта идея Сколково и Сколтеха в частности. И я для себя понял, что это возможность для меня поучаствовать в создании критической массы мозгов здесь. И если я не поучаствую в этом, я себе этого никогда не прощу. Я себе никогда не прощу, если этот проект будет успешным и окажется, что моей роли в этом нет, потому что я струсил и не приехал. И если этот проект не будет успешным, тоже не прощу себе — ведь, если бы я приехал, может быть, это и было бы той самой капелькой, которой было бы достаточно для того, чтобы проект стал успешным.
Структура вещества с формулой Na2He
— Если вы фиксируетесь и на широком практическом применении, вы же можете сделать бизнес на своих открытиях?
— Как раз для этого мы с братом создали компанию. Сейчас она только на старте. Ученым программу USPEX, которую я создал, мы даем бесплатно. Но компаниям мы ее продаем. Sony, Toyota и прочие платят за программу довольно большие деньги. И каждому из основных авторов этой программы, мне, моим ученикам, принадлежит какой-то процент от этих продаж. На свой процент я уже дом купил.
— С какой целью компания
Toyotaиспользует вашу программу? Они что ищут?
— Насколько я понимаю, они ищут материалы для литиевых аккумуляторов. Я вижу по их публикациям, что их интересует именно эта тема. Но кроме публикаций есть и внутренние результаты, они конфиденциальные, и я даже не спрашиваю о них.
Иногда можно даже не уходя из науки стать вполне состоятельным человеком, если вы можете найти что-то меняющее жизнь человечества. Могу привести замечательный пример китайского ученого из Института химии угля Китайской академии наук. Он какое-то время работал в Германии, разумеется, был предельно беден. Но к нему пришла счастливая идея, и он изобрел новый катализатор, который сильно снижает энергоемкость процесса газификации угля, позволяет из грязного угля создавать высококачественные бензин и дизель, не содержащие серы. Если вы можете создать катализатор лучше, чем был создан до вас, вы можете этот процесс запускать гораздо более экономно и эффективно. И вот он вернулся в Китай и за короткое время стал исключительно богатым человеком. При относительно высокой цене на нефть его производство абсолютно прибыльно. И вот кто бы мог подумать, что вот этот богатейший человек, знаменитый в Китае профессор, еще недавно, каких-нибудь пятнадцать лет назад, едва ли имел копейку за душой. У него сейчас свое поместье под Пекином, свои лошади, свой ресторан, в который он возит гостей. Я был глубоко впечатлен, когда увидел все это своими глазами.
Победит — общее название твёрдых сплавов карбида вольфрама и кобальта.
Название “победит” возникло во время битвы под Москвой (1941), благодаря тому, что из сплава были изготовлены бронебойные пули для противотанковых ружей калибра 14,5 мм. Есть и другая версия возникновения названия, которая предполагает, что название возникло на военных заводах в тылу, где без такого сплава не возможно было бы производить необходимое количество вооружения для фронта.
Инструмент на основе спечённого карбида вольфрама начали использовать в середине 1920-х годов в Германии. В СССР победит был разработан в 1929 году, где в основном использовался для режущих инструментов.
Изначально в сплаве победита карбид вольфрама и кобальт соотносились 96:4 по массе. В настоящее время разработаны и другие вольфрам-кобальтовые композитные сплавы, однако для них продолжают использовать название «победит».
Победитель победита
Строители скважин и тоннелей во всем мире ищут полноценную и при этом экономичную замену для дорогостоящих резцов из алмазов и победита, применяемых на буровом оборудовании. Фундаментальная наука, в свою очередь, десятилетиями бьется над поиском новых соединений и сплавов, не встречающихся в природе. О том, как российские нефтяники помогли ученым сделать открытие, способное привести к промышленному получению нового сверхтвердого материала — пентаборида вольфрама, читайте в нашем материале, подготовленном совместно с .
Ювелирный инструмент
Алмазы вот уже полтора века — лучшие друзья бурильщиков. В 1863 году инженер Родольфо Лоше впервые применил прообраз современной алмазной коронки во время строительства железнодорожного тоннеля в швейцарских Альпах.
Стальные буры, которыми пользовались тогда, выходили из строя уже через час работы. По легенде, в отчаянии наблюдая за бесполезными попытками пробить проход в горе, Лоше постукивал пальцами по оконному стеклу и заметил оставшиеся на нем следы от бриллиантового перстня.
Несмотря на сумасшедшую дороговизну (стоимость одного карата алмаза в середине XIX века была сравнима со стоимостью конного экипажа), Лоше смог уговорить инвестора приобрести 100 карат алмазов. Драгоценные камни крепились к буровой трубе вручную: в торце бура для каждого кристалла высверливалось отдельное гнездо, заполнявшееся специальным припоем.
Вскоре работа закипела. Алмазы крошились, выпадали из своих гнезд, некоторые из них наверняка после так и не вернулись на место, закатившись в карманы рабочих, но все равно драгоценные буры окупились: скорость проходки ускорилась в десятки раз — вместо часа их хватало уже на сутки.
Сегодня один алмазный резец стоит от 20 до 200 долларов. Бурильные долота бывают разных конструкций: в среднем в них по 50 резцов, так что стоимость инструмента варьируется от полу- до нескольких миллионов рублей. Срок эксплуатации сильно зависит от состава породы, которую «грызут» бурильщики: в условиях Восточной Сибири одно долото проходит 200-500 метров, а в Западной Сибири — 10 километров и более.
Тверже не бывает
Может ли что-нибудь заменить алмаз? Вопрос о том, существует ли более твердое вещество, крайне интересует не только бурильщиков, но и научное сообщество.
За десятилетия поисков были выпущены сотни публикаций, авторы которых утверждали, что наконец нашли или хотя бы поняли, где следует искать структуру, сравнимую с алмазом, а то и превосходящую его по твердости. Все эти утверждения впоследствии неизменно опровергались.
Пока ни одно известное вещество не может тягаться с алмазом по этому свойству. Но у него есть свои недостатки — в кислородной атмосфере алмаз начинает сгорать при температуре 1000 градусов Цельсия, а при более высоких температурах «растворяется» в железосодержащих породах.
Десять лет назад китайские ученые заявили, что, согласно их расчетам, в случае отсутствия примесей минерал лонсдейлит — это гексагональная полиморфная модификация алмаза, впервые синтезированная в 1966 году в лаборатории, — может быть на 58 процентов тверже алмаза. Однако эти теории так и не нашли подтверждения.
Поиск материала, который заменит алмазную пластину резца, продолжается. Российские ученые уже получили образцы новых сверхтвердых материалов, которые по своим характеристикам вплотную приближаются к такому веществу, как кубический нитрид бора. Это одно из наиболее близких к алмазу сверхтвердых соединений, применяемых в промышленности.
Кристаллические структуры сверхтвердых материалов
Oganov et al. Journal of Applied Physics, 2019
Поделиться
Победит всех победит?
Вплоть до конца XIX века в подземном бурении и горнодобывающей промышленности для создания бурового сверла использовали только инструментальную сталь, насыщенную углеродом. Следом пришла идея использовать для режущего инструмента вольфрам-углеродный сплав. Его впервые применили в 1920-х годах на заводах Круппа в Германии.
В СССР в 1929 году был запатентовано «каноничное» соотношение карбида вольфрама и кобальта в сплаве — 9 к 1. Сплав советские инженеры нарекли вполне в духе времени — победитом. Сегодня победитов уже десятки: в составе многих не только вольфрам и кобальт, но еще и никель, титан, тантал.
Победитовое сверло бурит бетон, может даже пробить металл в нем. Такие буры справляются с работой на твердых почвах и скалистых породах.
Десятки лет головки резцов для буровых установок во всем мире делают из победита (карбид вольфрама) с вкраплениями синтетических алмазов. Они вне конкуренции на рынке, другие материалы не смогли их вытеснить.
Даже более твердые материалы, например диборид титана, либо требуют высоких давлений при их синтезе, а значит обладают высокой себестоимостью, либо имеют гораздо более низкую трещиностойкость и менее практичны в использовании.
Между вольфрамом и бором
В 2015 году российские нефтяники и ученые из Сколтеха решили объединиться, чтобы вместе получить материал, способный победить победит.
«В какой-то момент мы задались вопросом, — вспоминает Артем Закиров, эксперт Научно-технического , — а нельзя ли использовать другой материал для буровых резцов, который будет более износостойким и не будет требовать при синтезе высоких давлений».
Ответ на этот вопрос искали между вольфрамом и бором. Известно, что они могут образовывать между собой много устойчивых кристаллических фаз различного состава: две фазы состава WB и еще три соединения WB2, W2B, WB4.
В ходе новых исследований кристаллографы обнаружили еще три устойчивые структуры, неизвестные ранее: триборид тетравольфрама (W4B3), пентаборид гексавольфрама (W6B5) и пентаборид вольфрама (WB5). Все три фазы оказались тугоплавкими и сверхтвердыми, а наиболее интересной из них ученые назвали пентаборид вольфрама WB5.
Согласно расчетам, твердость пентаборида находится на уровне 45 гигапаскалей. И его свойства должны сохраняться даже при очень высоких температурах — например, твердость нового материала при нагревании до 2000 градусов Цельсия падает только до 27 гигапаскалей. В это же время, к примеру, алмаз уже полыхал бы синим пламенем.
Прототипы резцов для бурового оборудования из новых спроектированных материалов первой испытала «Газпром нефть». Тестировали пентаборид вольфрама на граните. Проверка подтвердила, что образцы тверже победита и его аналогов. Уникальный материал оказался на 30 процентов прочнее и в 2 раза устойчивее к высоким температурам.
Сейчас «Газпром нефть» продолжает исследовать способы производства новых материалов и изделий на их основе на промышленном оборудовании. Специально для этого совместно с Российским научным фондом компания открыла в Сколтехе лабораторию компьютерного дизайна новых материалов.
Газпром нефть
Поделиться
Эволюция успеха
«Самый простой способ взаимодействия с бизнесом — когда тебя просят решить ту задачу, решение которой ты уже наполовину придумал, — рассказывает Артем Оганов, российский кристаллограф и профессор Сколтеха. — Мы на протяжении долгого времени изучали множество систем, предсказывая стабильные химические соединения и рассчитывая их свойства. Это были интересные вещества, но с победитом по твердости они были не сравнимы. Казалось, что победит действительно непобедим».
Оружие Оганова — это USPEX. Читайте это аббревиатуру как хотите, но расшифровывается она как Universal Structure Predictor: Evolutionary (X)Crystallography. Это машинный алгоритм предсказания кристаллических структур. Он предсказывает, какая у вещества с заданным химическим составом будет устойчивая структура в тех или иных условиях.
Наиболее устойчивая структура вещества обладает наименьшей энергией. В данном случае энергия характеризует электромагнитное взаимодействие ядер и электронов атомов, из которых состоит кристалл. Искать структуры с наименьшей энергией простым перебором практически бесполезно: даже если система состоит из всего десятка атомов, вариантов их расположения друг относительно друга будет порядка 100 миллиардов.
USPEX генерирует случайным образом небольшое количество структур и рассчитывает их энергию. А дальше начинается эволюция в прямом смысле этого слова: варианты с наибольшей энергией, то есть наименее устойчивые структуры, отбрасываются, а из наиболее устойчивых алгоритм генерирует производные структуры. Если их энергия оказывается ниже «материнских», но следующее «поколение» производится уже от них.
Понизить давление
Новые сверхтвердые материалы отправились в Институт физики высоких давлений имени Верещагина РАН для проверки результатов ученых Сколтеха.
«У нас был опыт работы с боридами, накопленный за предыдущие 30 лет, но области более высоких концентраций бора мы не исследовали, поскольку такие сплавы более хрупкие», — говорит Вадим Бражкин, директор ИФВД РАН.
В камере с максимальным давлением 15 тысяч атмосфер (примерно соответствует 15 килобар) в ИФВД синтезировали опытные образцы из пентаборида вольфрама в несколько миллиметров длиной. Более крупные прототипы резцов не требуются, поскольку рабочие элементы коронок резцов не превышают 15 миллиметров. По механическим показателям образцы, полученные при высоком давлении, выигрывают, однако проигрывают по себестоимости.
В ИФВД объясняют, что, по их расчетам, для внедрения в промышленных масштабах надо научиться синтезировать пентаборидовые коронки при давлениях менее 10 килобар. Над этим в институте сейчас активно работают. В случае успеха ученым предстоит найти подходящую площадку для производства, убедить сервисные компании в выгодах от внедрения нового материала и защитить патентные права.
«Мы хотели выстроить технологическую цепочку от фундаментальной науки до практического применения. В нашей стране этот институт трансфера и запросов бизнеса к фундаментальной науке не развит. На примере пентаборида вольфрама мы пытаемся его создать практически с нуля», — признают в «Газпром нефти».
«Карта сокровищ»
А пока в ИФВД пекли и испытывали пентаборид, теоретики продолжали свой поиск. И в новой публикации Оганов с коллегами из Сколтеха и МФТИ описали сочетание алгоритма USPEX с двумя новыми методами расчета твердости по Виккерсу и ударной вязкости (способности поглощать энергию без разрушения).
Исключив инертные газы, редкоземельные элементы и радиоактивные нуклиды, ученые проверили бинарные комбинации из 74 элементов периодической таблицы. Итогом их работы стала «карта сокровищ» сверхтвердых материалов, где обозначены как уже известные, так и новые вещества разной степени твердости и ударной вязкости.
На «карте» представлены как известные материалы: карбид вольфрам, корунд, так и перспективные. Одна из новых меток на этой «карте сокровищ» — как раз пентаборид вольфрама.
Кристаллографы также обнаружили сверхтвердые качества у гидрида марганца, материала, который ранее никогда не изучали как сверхтвердую фазу. Тем не менее, он оказался более твердым, чем стишовит, сверхтвердый оксид кремния, возникающий при ударах метеоритов.
Николай Козин
Победитовое сверло: виды, применение, заточка, особенности
При работе с такими материалами как древесина, пластик и нелегированные стали применяются обычные спиральные сверла. Для их изготовления обычно используют инструментальную сталь. Но когда приходится работать с материалами с высокой твердостью, стандартный режущий инструмент может не справиться с задачей и даже разрушиться. У таких часто встречаемых материалов как камень, железобетон, кирпич и прочные высоколегированные стальные сплавы твердость значительно выше, чем у обычного режущего инструмента. Поэтому для их обработки нужно использовать сверла, изготовленные из прочных твердых сплавов. Одним из самых подходящих вариантов для такого инструмента является сплав победит. Победитовые сверла отличаются высокими показателями твердости и могут высверливать отверстия даже в самых трудно обрабатываемых материалах. Разберем, что такое победитовое сверло и как с ним правильно работать.
Нелинейный мозг
— Счастливая идея и трудолюбие, дисциплина, как вы говорите, в комплекте способны вообще на многое.
— Мозг человека работает очень нелинейно. Иногда ему требуется предельная степень напряжения, чтобы дать ответ на вопрос. А иногда нужно просто дать ему отдых.
Ученым программу USPEX, которую я создал, мы даем бесплатно. Но компаниям мы ее продаем. Sony, Toyota и прочие платят за программу довольно большие деньги. И каждому из основных авторов этой программы, мне, моим ученикам, принадлежит какой-то процент от этих продаж. На свой процент я уже дом купил.
Много идей мне приходит, например, когда я парюсь в бане. Я очень люблю баню. Это была, кстати, тоже одна из причин, почему я вернулся в Россию: не могу долго существовать без бани. Я жил на Лонг-Айленде, и, чтобы поехать в баню, мне требовалось три-четыре часа дороги в один конец. Есть и другие сугубо российские вещи, которых на Западе мне очень не хватало, например облепиха и облепиховое варенье. Но, конечно, это второстепенные причины. Кстати, когда я вернулся, уже четыре года назад, сложилась замечательная банная компания из моих близких друзей. Я думаю, у нас самая замечательная банная компания в мире, и ее IQ будет побольше, чем у всего Конгресса США. Там мой друг детства Павел Плечов, директор Минералогического музея, профессор МГУ. В этой же компании Виктор Енин, который создал в Москве сеть замечательных чайных домов. Литературовед и исключительно нестандартный человек Дмитрий Ицкович, который, для того чтобы создать очень продвинутое издательство, создал сеть ресторанов. Профессор востоковедения Алексей Муравьев, который в детстве снимался в фильме «Гостья из будущего»: он владеет половиной европейских языков плюс еще грузинский, армянский, арамейский, арабский, коптский, эфиопский.
И вот это, наверное, вся суть понятия счастья. Найти дело, которое тебе нравится, и найти людей, с которыми ты хочешь жить, общаться, дружить.
— Как вы собираете свои научные команды? По какому принципу?
— Надо, чтобы каждый человек был на своем месте. Но прежде всего надо брать в свой коллектив людей талантливых. Я стараюсь брать людей, которые хоть в чем-то превосходят меня.
Мне везло с учениками, суммарно из них вышло уже двенадцать профессоров. При этом два лучших ученика поначалу мне казались скорее средними.
— А что такое «лучшие» ученики?
— Когда вы думали, что знаете предел этого человека, а он берет и перепрыгивает выше. И вы думаете: ну ладно, теперь-то я уж точно знаю предел этого человека. А он потом берет и еще выше прыгает. И когда это происходит годами, вы начинаете понимать, что предела этого человека не знаете. И, может быть, его и нет.
Что представляет собой победит?
Разработкой особо твердых металлических сплавов для изготовления режущего инструмента инженеры занимались с момента начала развития механической обработки металла в промышленных масштабах. И к двадцатым годам прошлого столетия зарубежные и отечественные ученые смогли найти оптимальный состав сплава, который бы удовлетворял заявленным потребностям. Данный сплав получил наименование победита. Победитом называют целый ряд металлических сплавов с повышенной твердостью, прочностью и износоустойчивостью.
По методу Роквелла показатели твердости должны достигать 85-90 единиц.
В составе победита основным материалом является карбид вольфрама. Его содержание находится в пределах 90 %. Остальными важными компонентами являются кобальт и ограниченное количество углерода. В некоторых вариантах в последнее время дорогостоящий вольфрам заменяют титаном, но в случае замены сплав незначительно ухудшает свои важные характеристики. Также иногда кобальт могут заменять никелем. Победит является жаропрочным материалом. Температура его плавления составляет 3150 ˚С. Терять свои свойства и становиться мягким он начинает только при 1200 ˚С. Получают победит в основном методами порошковой металлургии.
К победиту относят такие марки твердых сплавов как ВК4, ВК10, Т15К6, В8, В6 и множество других новых сплавов.
Недостатками данного материала можно назвать высокую хрупкость и низкие показатели ударопрочности, а также относительно высокую стоимость. Поэтому металлорежущий инструмент не выполняют полностью из победита, а изготавливают из него лишь некоторые части сверл или напыляют на поверхность. Победитовое сверло имеет режущую кромку, изготовленную из победита, а поэтому отличается высокими показателями прочности и твердости.
Особенности конструкции сверла с победитом
Победитовое сверло внешне не значительно отличается от стандартного спирального сверла. Оно также состоит из хвостовика, рабочей части и режущей кромки и имеет цилиндрическую форму. Хвостовик может быть цилиндрическим, шестигранным либо иметь профиль SDS в случае необходимости установки в перфоратор. Рабочая часть сверла изготавливается из инструментальной стали и имеет на поверхности ряд винтовых канавок, предназначенных для отвода стружки из зоны сверления. А вот наконечник сверла изготавливается из твердого сплава – победита.
Сверла с победитовым наконечником сразу после приобретения не требуют предварительного затачивания. Они готовы к эксплуатации, а угол их режущего профиля составляет 130 градусов. Победитовый наконечник обычно имеет плоскую форму. Его ширина идентична диаметру отверстия, которое необходимо получить в заготовке. Данный наконечник наплавляется на рабочую часть инструмента. Острие сверла является центром наконечника. Острие делит его строго на две равные части. Если же они не равны, то работать таким инструментом не получится.
Можно ли заточить победитовое сверло?
При затуплении сверло с победитовой напайкой можно затачивать. Угол заточки зависит от показателей твердости материала, который необходимо просверлить. Для наиболее твердого материала нужно предусматривать наименьший возможный угол. Процесс затачивания нужно производить аккуратно, чтобы не разрушить и не перегреть победитовую напайку. Для этого можно охлаждать его.
Обычно сверло с победитовым наконечником имеет диаметр от 3 миллиметров. Максимальный диаметр сверл для ручного инструмента составляет 12 миллиметров, но может быть и больше.
Длина сверла идет от 70 до 200 миллиметров и увеличивается при увеличении диаметра.
Для чего применяются сверла с победитом?
Для правильного применения нужно точно знать, для чего победитовые сверла предназначены. Ведь при их использовании для сверления несоответствующего материала, вы не только не добьетесь своей цели, но и разрушите весьма недешевый инструмент.
Основным правилом применения сверла с победитом является тот факт, что оно может обработать только тот материал, который имеет меньшую твердость.
Основной сферой применения таких сверл является обработка бетона, кирпича, искусственного и натурального камня, мрамора, гранита, керамических изделий. Все эти материалы имеют высокую твердость и не могут быть обработаны при помощи обычных сверл. Победитовые сверла по бетону предназначены для установки на перфоратор, а поэтому хорошо работают в условиях не только резания, но и удара.
Бетон и камень – материалы твердые, но хрупкие, поэтому после работы на сверле остается множество налипших отходов, которые следует обязательно удалять.
При бурении глубоких отверстий в прочном материале победитовое сверло по бетону желательно охлаждать. Если работать на высоких оборотах в течение продолжительного времени, победитовая наплавленная пластина может повредиться или даже отделиться от тела сверла.
Периодическое охлаждение можно производить обычной водой, но следует учитывать, что при слишком резком охлаждении напайка может лопнуть.
Принцип работы победитового сверла основан скорее на выкрашивании удаляемого материала, нежели на его резании. Поэтому оно подходит для работы не со всеми видами материалов. Но производятся специальные победитовые сверла по металлу. Они по конструкции аналогичны другим победитовым сверлам, но могут отличаться углом заточки режущей кромки и иметь дополнительное напыление. При работе таким инструментом при трении металла о металл происходит интенсивный нагрев, поэтому победитовые сверла по металлу нуждаются в весьма активном охлаждении.
Между материальным и нематериальным миром
— Почему вы занимаетесь наукой?
— Потому что мне это интересно. И потому что я, наверное, больше ничем другим не умею заниматься.
— А вы пробовали?
— Даже не пробовал. Всю свою жизнь я мечтал быть ученым и только ученым. И мне даже в голову не приходило, что я могу стать кем-то еще. За исключением одного периода в юности, когда я подумывал, а не стать ли мне священником. И в какой-то момент я чуть было им не стал.
— Интересный баланс между этой областью знаний и, скажем так, наукой, которая требует доказательств.
Структура металлического хлорида натрия NaCl3
— Они дополняют друг друга. Это разные стороны познания мира, материальный мир, который изучается наукой, и мир нематериальный. Если люди оперируют только материальными понятиями, то я боюсь, что в своем развитии они далеко не продвинутся.
Религия является одним из способов воспитания. Наука же вам не скажет, что такое хорошо и что такое плохо. Достоевский писал: «Если Бога нет, значит, все дозволено». В чисто материалистической картине мира нет абсолютной системы координат, абсолютного критерия добра и зла.
А знать, что такое добро и зло, необходимо. Если все дозволено и вы не вносите ограничений в свою жизнь, какие-то табу для себя, то ни к чему хорошему это не приведет. Без внутренней дисциплины человек далеко не продвинется. Каждый из нас наверняка сталкивался с огромным числом талантливых людей, из которых в результате ничего не вышло. Только потому, что они не обладали вот этой своей внутренней дисциплиной или тем, что мы бы назвали стержнем.
— Что важно ученому?
— В науке самое важное — быть хорошим ученым. Я думаю, что наука — это одна из тех сторон человеческой жизни, где есть механизм доказательства своей правоты, а правота в науке не зависит от ваших регалий или административного ресурса.
Да, законы физики определяют вообще всё. Но могут ли законы физики объяснить, например, то, о чем вы сейчас думаете? Поведение человека трактовать на основе уравнения Шредингера было бы достаточно наивно.
Ни у кого не вызывает сомнений, что генетики были правы, а Лысенко был неправ. Почему? Потому что есть экспериментальные доказательства того, что генетика работает.
Ученый — это тот человек, который ищет истину, а не выгоду.
А истина не зависит от места, времени или политической обстановки.
— Однако в последнее время стало много фейков.
— Это огромная проблема, проблема во многом воспитания людей, проблема общества. В богатых странах очень много ученых, жесточайшая конкуренция. И вперед выбиваются только те, кто может о себе громко заявить, произвести какой-то громкий результат. Но это не оправдание желанию придумывать открытия, которых нет. Была недавно история в Японии, когда одна дама сделала блестящую карьеру. Горячая тема — стволовые клетки, громкие результаты, плюс женщина в науке — это все-таки символ. И вот она стала символом национального масштаба, а потом выяснилось, что ее научные результаты поддельные. И это обернулось катастрофой, концом ее карьеры, самоубийством одного из ее начальников и пятном на репутации всего института. В России эта проблема тоже есть, но, скорее, из-за научной иерархии, тех самых начальников, которые всегда правы. И их подчиненные получают тот результат, который подтвердит правоту начальника, и чем больше начальник неправ, тем больше приходится подчиненным насиловать цифры, факты и здравый смысл, чтобы заслужить его одобрение.
Преимущества и недостатки
Отличительные свойства победитового инструмента сделали его незаменимыми при проведении разнообразных строительно-ремонтных работ.
Среди очевидных преимуществ победитовых сверл важно отметить такие их свойства:
- Эти сверла могут успешно обрабатывать даже такие твердые материалы как кирпич, бетон, керамическая плитка, мрамор и гранит. Обычные сверла из инструментальной стали не смогут справиться с этим.
- Благодаря продуманной конструкции, победитовое сверло будет не намного дороже обычного сверла без дополнительного наконечника.
- Инструмент не нуждается в предварительной заточке и сразу готов к эксплуатации.
- Выпускается большое количество типов победитовых сверл. Поэтому найти инструмент с хвостовиком под требуемый тип патрона не сложно.
- Победит хорошо воспринимает ударные нагрузки, поэтому успешно работает на перфораторе в ударном режиме.
- Некоторые качественные сверла способны обрабатывать железобетон, просверливая в нем арматуру.
- Победиту не страшны абразивные включения, которые повсеместно имеются в бетоне.
Из недостатков данного инструмента можно выделить следующие его стороны:
- Поскольку сверло крошит обрабатываемый материал, получить качественные отверстия в металле или древесины практически невозможно. Для их обработки лучше использовать другой тип инструмента.
- Стоимость победитового сверла будет несколько выше обычного, но это оправдано их уникальностью, долговечностью и производительностью.
- При работе с особо прочными материалами победитовые сверла по бетону нуждаются в периодическом охлаждении.
- При применении дешевого инструмента победитовые наплавки часто лопаются либо отпаиваются от сверла.
