ВИАМ/2009-205400 Химия в авиационном материаловедении Е.Н. Каблов академик РАН Август 2009 Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет разрабатывающее и производящее материалы, определяющие облик современной авиационно-космической техники. 1700 сотрудников ВИАМ трудятся в более чем в 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку металлических и неметаллических материалов, покрытий, технологических процессов и оборудования, методов защиты от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов, полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по государственным программам РФ, так и по заказам ведущих предприятий авиационно-космического комплекса России и мира. В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный. За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233 сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены наградами на выставках Международных салонах в Женеве и Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3 бронзовыми медалями, получено 15 дипломов. Возглавляет институт лауреат Государственных премий СССР и РФ, академик РАН Е.Н. Каблов. Статья подготовлена для опубликования в журнале «Российский химический журнал», т. LIV, № 1, 2010 г. Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public Химия в авиационном материаловедении Е.Н. Каблов Всероссийский институт авиационных материалов Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов ГНЦ РФ (ВИАМ), ведущий материаловедческий институт авиационной отрасли и крупнейший научный центр России, занимается разработкой неметаллических материалов на основе самых разнообразных классов, типов и видов химических продуктов. За годы исследований для авиации и космической техники создано более 2000 марок материалов, которые составляют материальную базу отечественных летательных аппаратов и двигателей. Роль химической промышленности в развитии авиационных материалов чрезвычайно важна. Создание многих современных материалов для авиации и ракетной техники базируется на крупных химических открытиях. Одновременно развитие самой химической промышленности стимулировалось потребностью в новых видах техники и вооружения. Совершенствование и интеллектуализация авиационных и ракетных изделий потребовали развития таких отраслей, как микроэлектроника, лазерная техника, средства связи. Это, в свою очередь, выдвинуло в число приоритетных задач развитие химии и нового перспективного направления – материаловедения. По инициативе директора ВИАМ А.Т. Туманова и под руководством заместителя председателя ВПК Д.П. Новикова с участием академиков В.А. Каргина и К.А. Андрианова в Кремле прошло совещание, где была утверждена концепция создания соответствующей отрасли промышленности. Решение ВПК в декабре 1968 г. и постановление Совета Министров СССР в июне 1970 г. обеспечили организационно-экономическую базу решения проблемы, получившей статус государственной. Головным институтом по проблеме был определен ВИАМ, научным руководителем – А.Т. Туманов. В выполнении работ приняли участие более 50 организаций и предприятий различных отраслей промышленности. Так появилось новое научное направление – разработка полимерных композиционных материалов на различной основе и разного назначения. Развитие этого направления стимулировало создание новых полимерных матриц – эпоксидных, фенольных, элементоорганических, полиимидных, полиэфирных и многих других, а также армирующих материалов. В целях обеспечения новыми видами наполнителей на Дзержинском опытном заводе (Горьковская обл.) было создано производство борных волокон, на Московском и Челябинском электродных заводах и Балаковском производственном объединении «Химволокно» – производство углеродных волокон, на Редкинском опытном заводе – производство нитевидных кристаллов тугоплавких соединений SiC, Аl 2 O 3 и других. Достигнутые успехи были обусловлены проводимой государством промышленной политикой и реализацией масштабных проектов, где немаловажную роль играли генеральные конструкторы и научные руководители. Один из ярких примеров значения химии и химической индустрии для создания сложной авиационно-космической техники – многоразовый орбитальный корабль «Буран», который на 90% состоит из композиционных материалов. Постановка конструкторскими бюро этой сложной задачи потребовало от институтов АН СССР, отраслевых институтов (ФГУП «ВИАМ», ФГУП ГНИИХТЭОС и др.) разработки специальных программ исследований и создания целой гаммы новых видов высокопрочных, высокомодульных и термостойких волокон, связующих и функциональных материалов. Сложной оказалась задача разработки составов для надежного крепления кварцевых теплозащитных плиток на корпус ракеты-носителя и орбитального корабля. В результате работы над проектом совместный труд ученых, конструкторов, инженеров позволил создать непревзойденные до настоящего времени материалы. На протяжении многих лет в СССР исследования в области химии по специальной тематике возглавляли крупнейшие ученые нашей страны – академики К.А. Андрианов, Г.К. Боресков, Н.С. Ениколопов, В.А. Кабанов, В.А. Каргин, Н.А. Платэ, Н.Н. Семенов и многие другие. Среди руководителей химического комплекса существенный вклад в его становление и развитие внесли Л.A. Костандов, С.В. Голубков и Ю.А. Поливанов. В годы экономического кризиса резко сократился внутренний рынок химических продуктов. В секторах высокотехнологичных химических материалов (сырье для производства углеродных волокнистых наполнителей, синтетические олигомеры и полимеры, конструкционные полимеры) отечественные производители оказались крайне уязвимы в конкурентной борьбе с зарубежными производителями. Активизация иностранных компаний на российском рынке привела к тому, что в таких сегментах, как, например, производство синтетических волокон, красок и лаков, выпуск либо сокращался, либо рос незначительно. В течение последних 10 лет оборонная промышленность не обеспечивала необходимого спроса на ряд продуктов малотоннажной химии. В настоящее время в России прекращено производство некоторых видов полимерных материалов (полиимиды, поликарбонаты), каучуков специального назначения, клеев, герметиков и т.д. Под угрозой закрытия находится изготовления производство углеродных конструкционных волокон, теплостойких необходимых и для эрозионностойких композиционных материалов, используемых в современной авиационной и ракетно-космической технике, атомной промышленности. В критическом положении находятся более половины малотоннажных производств, в том числе специальных волокон; теплостойких органических стекол; термостойких кремнийорганических и элементоорганических олигомеров; наполнителей, пигментов; специальных химических добавок и т.д. Однако обеспечение оборонной безопасности и экономической независимости страны без развития производства отечественной химической продукции невозможно, т.к. альтернативы ее замены во многих изделиях военного назначения не существует. В последнее время в машиностроении (авиа-, судо-, станкостроении и др.) растет спрос на детали из конструкционных полимерных материалов, специальные лакокрасочные покрытия, изолирующие, шумопоглощающие материалы и многие другие, которые значительно облегчают технологию производства в данных отраслях, повышают качество выпускаемой продукции и во многих случаях являются незаменимыми. Для комплексного решения вопросов обеспечения материалами производства существующих образцов авиационной техники и вооружения, а также создания новых материалов для перспективной техники по поручению Президента и Правительства был разработан проект Федеральной целевой программы «Разработка, восстановление и организация производства стратегических, дефицитных и импортозамещающих материалов и малотоннажной химии для вооружения, военной и специальной техники на 2009–2011 гг. и на период до 2015 г.». Данная программа направлена на восстановление производства утраченных уникальных по своим свойствам продуктов и инновационных материалов, проектов, разработку и реализацию технологических процессов «прорывных» по выпуску конкурентоспособной продукции на базе экономически эффективных, экологически безопасных и ресурсосберегающих технологий. На протяжении всего периода работы ВИАМ его научная деятельность протекает в тесном сотрудничестве с институтами РАН, вузами, ведущими отраслевыми институтами и предприятиями химической отрасли. В организованной академиком К.А. Андриановым лаборатории полимерных связующих проводятся исследования по синтезу и направленной химической модификации полимерных продуктов для функциональных материалов, стеклопластиков, углепластиков, органопластиков, в том числе самоадаптирующихся (интеллектуальных) композитов, способных к направленному улучшению своих параметров в экстремальной ситуации. Направленные исследования по созданию наноструктурных материалов привели к разработке углепластиков с повышенными механическими характеристиками на 10–15%, теплостойкости на 15–30%, термоокислительной стойкости на 20–50°С, трещиностойкости, усталостной и длительной прочности, водо-, масло-, топливо- и грибостойкости. Разработан первый наноструктурный композит, который может использоваться в качестве молниезащитного покрытия конструкции из углепластика, выдерживающего практически без повреждений воздействие токов, возникающих при попадании в самолет молниевого разряда. Как показали исследования, наиболее перспективной технологией получения наноструктурных полимерных композиционных материалов является введение наночастиц с привитыми функциональными группами, их распределение в объеме связующего и фиксация за счет химических реакций между функциональными группами связующего и привитыми к наночастицам, что является наноструктурным дизайном. Наряду с полимерными конструкционными материалами в институте ведется работа по созданию широкой гаммы функциональных материалов, без которых невозможна разработка перспективных образцов авиационной и ракетно-космической техники. К ним относятся лакокрасочные, клеевые, герметизирующие, теплозащитные, жаростойкие и специальные керамические материалы. На протяжении многих лет ВИАМ является связующим звеном между ведущими конструкторскими бюро, которые ставят задачи по разработке новых материалов для образцов авиационной и специальной техники, и институтами РАН, вузами, отраслевыми институтами и предприятиями по выпуску готовых изделий. ВИАМ, как ведущее предприятие отрасли, определяет уровень научно-технического задела и основные направления развития современного материаловедения. Сегодня мир стоит на пороге шестого технологического уклада, который характеризуется развитием и применением нанотехнологий, микромеханики, фотоники, квантовых технологий, термоядерной энергетики. Достижения в этих областях науки должны привести к созданию искусственного интеллекта, квантового компьютера, без которых невозможно выйти на принципиально новый уровень в фундаментально-ориентированных и прикладных исследованиях. В этих условиях будущее авиационно- космической техники, повышение ее конкурентоспособности на мировом рынке связано с разработкой перспективных материалов на основе различных классов химических соединений, олигомеров, полимеров с применением наномодифицирования, а также созданием новых высокотехнологичных и энергосберегающих технологий их получения с использованием в разработках квантовых компьютеров. Успех создания материалов будущего во многом зависит от проведения совместных с институтами РАН, вузами и предприятиями отрасли работ в области синтеза и получения как новых химических соединений, так и усовершенствовании разработанной за многие годы во ФГУП «ВИАМ» широкой гаммы материалов с уникальными свойствами.