Новітні напрями у матеріалознавстві
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2017 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2017
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122441 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Новітні напрями у матеріалознавстві / С.О. Фірстов // Вісник Національної академії наук України. — 2017. — № 5. — С. 18-21. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-122441 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Фірстов, С.О. 2017-07-05T13:31:16Z 2017-07-05T13:31:16Z 2017 Новітні напрями у матеріалознавстві / С.О. Фірстов // Вісник Національної академії наук України. — 2017. — № 5. — С. 18-21. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122441 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Загальні збори НАН України Новітні напрями у матеріалознавстві Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Новітні напрями у матеріалознавстві |
| spellingShingle |
Новітні напрями у матеріалознавстві Фірстов, С.О. Загальні збори НАН України |
| title_short |
Новітні напрями у матеріалознавстві |
| title_full |
Новітні напрями у матеріалознавстві |
| title_fullStr |
Новітні напрями у матеріалознавстві |
| title_full_unstemmed |
Новітні напрями у матеріалознавстві |
| title_sort |
новітні напрями у матеріалознавстві |
| author |
Фірстов, С.О. |
| author_facet |
Фірстов, С.О. |
| topic |
Загальні збори НАН України |
| topic_facet |
Загальні збори НАН України |
| publishDate |
2017 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Вісник НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| issn |
0372-6436 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122441 |
| citation_txt |
Новітні напрями у матеріалознавстві / С.О. Фірстов // Вісник Національної академії наук України. — 2017. — № 5. — С. 18-21. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT fírstovso novítnínaprâmiumateríaloznavství |
| first_indexed |
2025-11-25T18:30:43Z |
| last_indexed |
2025-11-25T18:30:43Z |
| _version_ |
1850519619480059904 |
| fulltext |
18 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2017. (5)
НОВІТНІ НАПРЯМИ
У МАТЕРІАЛОЗНАВСТВІ
Шановні учасники Загальних зборів!
Матеріалознавство є дуже важливим і одним із найпотужні-
ших напрямів сучасної науки, на частку якого в усіх розвине-
них країнах світу, в тому числі й в Україні, припадає до 1/7 всіх
видатків на наукову сферу. Це пов’язано з тим, що досягнен-
ня матеріалознавства значною мірою впливають на розвиток
таких важливих галузей сучасної економіки, як інформатика,
енергетика, транспорт, медицина, виробництво; нові матеріа-
ли постійно знаходять нові перспективні застосування. Саме
тому, наприклад, у Німеччині матеріалознавство було визнано
базовою основою розвитку ключових технологій ХХІ ст.
Звісно, я хотів би, хоча б дуже коротко, розповісти вам про
різні новітні напрями та здобутки в матеріалознавстві, але за
браком часу дозвольте мені зупинитися лише на двох з них —
це створення високоентропійних сплавів і новітніх матеріалів
біомедичного призначення.
Сьогодні ми з вами є учасниками нової епохи — епохи атомно-
молекулярного інжинірингу, яка розпочалася приблизно 2004
року, коли науковці зрозуміли, що можна створити абсолютно
новий клас матеріалів, які згодом назвали високоентропійними
сплавами. Це дуже складні багатокомпонентні системи, які ма-
ють високий ентропійний фактор і складаються щонайменше
з п’яти елементів (а зазвичай їх кількість становить близько
десяти), концентрація жодного з яких не перевищує 35 ат. %.
На відміну від традиційних сплавів, у яких є один чи два осно-
вні компоненти, а всі інші відіграють роль легуючих домішок,
у високоентропійних сплавах немає «елемента-хазяїна», тобто
не можна сказати, що це сплав на основі якогось конкретного
елемента. Типовим прикладом високоентропійного матеріалу
може бути сплав складу Ti15Zr15V15Cr15Ni10Cu10Fe10Sn5Si5 або
такий — Cr20Mo20V20Ta10Ti10Ni10Nb8Si2. Причому кількість
можливих складів таких матеріалів майже незліченна.
Людство так довго йшло до цього класу матеріалів, оскільки
з точки зору класичної металургійної теорії така велика кіль-
ВИСТУПИ
ФІРСТОВ
Сергій Олексійович —
академік НАН України,
перший заступник директора
Інституту проблем
матеріалознавства
ім. І.М. Францевича НАН
України
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2017, № 5 19
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
кість елементів у сплаві мала б призводити
при твердінні до утворення багатьох склад-
них впорядкованих фаз, що значно погіршує
експлуатаційні властивості матеріалу. Про-
те виявилося, що висока ентропія суміші, на-
впаки, спричинює реальне суттєве зменшення
кількості фаз, і в кристалічній ґратці твердого
розчину виникає значне спотворення внаслі-
док наявності атомів різнорідних елементів з
різною електронною будовою, різними розмі-
рами і термодинамічними властивостями, що
сприяє стабільності фазового складу і стійкос-
ті твердого розчину при подальшій термічній
обробці.
Отже, матеріали з високоентропійних спла-
вів характеризуються напрочуд високою тер-
мостабільністю та й за іншими фізико-ме ха-
нічними властивостями, такими як міцність,
твердість, пластичність, жаро- та корозостій-
кість, не поступаються традиційним сплавам
спеціального призначення. Використовуючи
так звану концепцію корисних домішок, мож-
на створювати нові, небачені досі, жароміцні
та жаростійкі сплави, покриття, матеріали для
ядерної енергетики, новітні композити, ма-
теріали для з’єднань, високоентропійні сталі
та чавуни, високоентропійні карбіди, оксиди,
нітриди тощо, абсолютно нові функціональні
матеріали. Зараз у світі тривають справжні пе-
регони зі створення нових матеріалів на основі
високоентропійних сплавів, і дуже добре, що
активну участь у них беруть установи НАН
України (ІПМ, ХФТІ, ФТІНТ, ІМФ).
Високоентропійні сплави поділяються на
аморфні сплави, тверді розчини, інтермета-
лідні фази, металеве «скло». В Інституті про-
блем матеріалознавства ім. І.М. Францевича
(ІПМ) НАН України проведено дослідження
понад 300 високоентропійних сплавів різного
складу та з’ясовано закономірності утворен-
ня в них доволі незвичайних атомно-криста-
ліч них структур залежно від розмірів атомів,
електронної концентрації, теплоти змішуван-
ня. Встановлено, що дисторсії кристалічної
ґратки та специфічна нанокластерна структу-
ра зумовлюють аномальні властивості таких
матеріалів.
Одним із найцікавіших результатів є вста-
новлення аномально високого атермічного
зміцнення, яке за досить високих температур
(для деяких складів 1000—1050 °С) практично
зберігається на сталому високому рівні, пере-
важаючи за цими характеристиками відомі
жароміцні сплави Інконель (Inconel) та Хей-
нес (Haynes). Наші зусилля зосереджені зараз
на розробленні двох груп таких сплавів — з
питомою вагою 3,8–4 г/см3 та 6,2–7,8 г/см3.
Сплави першої групи мають скласти конку-
ренцію відомим матеріалам на основі гамма-
алюмінідів титану, а сплави другої групи ма-
ють конкурувати саме зі сплавами Інконель та
Хейнес, питома вага яких перевищує 8 г/см3.
У таких матеріалах зацікавлені конструктори
газотурбінних двигунів. Так, запропоновано
сплав (Nb–Cr–Al–Ti–Zr–Si) для механізму,
що працює в гарячій зоні ракетоносія. Цей
сплав внесено до документації на розробку
КБ «Південне» для Китайської Народної Рес-
публіки. Укладено договори з КБ «Івченко-
Прогрес» на 2016–2017 рр. на створення жа-
роміцних сплавів для робочих та соплових
лопаток газотурбінного двигуна і корпусних
виробів. В ІПМ нещодавно виконано контракт
з КНР на постачання деталей для нанкінської
корпорації з виробництва космічної техніки
«Чень Гуан». На замовлення фірми Boeing
створено сплав системи Ti–Si–Al–X, який за
жароміцністю та жаростійкістю перевершує
сплав Ti6242, що до останнього часу викорис-
товувався в літаках.
Загалом у розвитку зазначеного напряму
зацікавлені наші українські партнери з КБ
«Південне», ПАТ «Мотор Січ», КБ «Івченко-
Прогрес», а також китайські (аерокосмічна га-
лузь) та американські (Boeing, Air Force Lab).
Зазначу, що керівництво ПАТ «Мотор Січ»
та КБ «Івченко-Прогрес» нещодавно зверну-
лося до Прем’єр-міністра України В. Гройс-
мана з пропозицією щодо створення Центру
авіаційних матеріалів, метою якого має бути
розроблення нових матеріалів для галузі та їх
сертифікація. ІПМ НАН України та інші інсти-
тути Академії готові взяти участь у реалізації
цього дійсно важливого для України завдання,
20 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2017. (5)
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
інтерес до якого висловлює також Державне
підприємство «Антонов».
Друге питання, яке я хотів би висвітлити,
це розробки в галузі біомедичного матеріало-
знавства.
Нещодавно Президія НАН України ухва-
лила постанову щодо започаткування цільової
програми наукових досліджень НАН України
«Матеріали для медицини і медичної техніки
та технології їх отримання і використання» на
2017—2021 рр. Прийняття цієї програми стало
закономірним відображенням зусиль багатьох
науковців з різних установ різних відділень
Академії зі встановлення «горизонтальних»,
по суті, ініціативних, зв’язків з фахівцями ме-
дичних наук та клініками. Започаткування
програми дасть нам змогу діяти тепер у, так би
мовити, «офіційному» полі і більш ефективно
сконцентрувати наші зусилля на цьому дуже
важливому для України напрямі. Загалом та-
кий перехід від «машинобудування» до «лю-
динобудування» не тільки має суспільно зро-
зумілу морально-етичну складову, а й є дуже
важливим з економічної точки зору.
Світовий обсяг ринку медичних техноло-
гій, зокрема техніки і матеріалів, становить
300 млрд доларів США на рік, темп зростан-
ня — 10 % щороку. Прогнозований ринок ме-
дичної техніки і матеріалів в Україні оцінюєть-
ся в 1,6 млрд доларів. Реальний ринок медич-
них товарів становить 750–850 млн доларів, у
тому числі імпорт — 665,2 млн доларів.
Найбільший сегмент ринку біоматеріалів —
це кісткові біоматеріали. В Україні щороку
проводиться близько 5 тис. операцій хворим
з патологіями опорно-рухового апарату, які
потребують застосування кісткової пласти-
ки, тоді як реальні потреби набагато вищі,
оскільки оперують лише 10 % пацієнтів від за-
гального числа тих, хто потребує такого роду
хірургічних втручань. За даними компанії
«Лікар-Інвест» (Україна), тільки за напрямом
ендопротезування кульшових суглобів ринок
України оцінюється не менш як у 100 млн євро
на рік, і це при тому, що на сьогодні попит задо-
вольняється не більш як на 15 % і майже 90 % з
цих 15-ти — імпортована продукція.
Приблизно такою самою є ситуація і з виро-
бами інших медичних галузей. У середньому
в рік ендопротезування потребують від 500 до
1000 хворих і травмованих на 1 млн населен-
ня. В Україні, зокрема, щороку протезування
мало б виконуватися 25–40 тис. хворих (зараз
протезується близько 2 % від цієї кількості).
Попит на ендопротези вітчизняного виробни-
цтва зростає як через старіння населення, так
і через велику кількість поранених у бойових
діях.
Головною метою Програми є створення біо-
матеріалів нового покоління і виробів з них, а
також технологій їх застосування, з поєднан-
ням широкого спектра профільних досягнень
інститутів НАН України з метою формування
нового високотехнологічного сектору економі-
ки України на основі виконання комплексних
цільових фундаментальних та прикладних до-
сліджень.
Виконання Програми передбачено за таки-
ми основними розділами:
1. Розроблення нових біосумісних матері-
алів і технологій виготовлення імплантатів,
ендо- та екзопротезів для хірургії і реабіліта-
ційної медицини.
2. Розроблення матеріалів і технологій для
зупинення кровотеч, лікування ран і травма-
тичних уражень.
3. Створення спеціалізованої апаратури та
біосумісного інструментарію для різних галу-
зей медицини.
4. Розроблення медичних маркерів, біосу-
місних носіїв та біоостеоіндукторів.
При виконанні Програми розроблятимуться
наукові підходи до створення новітніх біомате-
ріалів, технологій їх створення та використан-
ня, а також нормативні документи і науково-
методологічні рекомендації щодо практичного
застосування розробок. Це має сприяти:
• налагодженню вітчизняного виробництва
виробів біомедичного призначення насамперед
за напрямами, найбільш готовими для впрова-
дження;
• втіленню розробок, створених у рамках
виконання Програми, безпосередньо у клініч-
ну практику;
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2017, № 5 21
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
• забезпеченню доступності якісного ме-
дичного обслуговування для більшої кількості
громадян України;
• досягненню значного соціально-еко но міч-
ного ефекту від імпортозаміщення та поліп-
шенню економічного становища нашої держа-
ви загалом;
• створенню передумов для започаткуван-
ня Програми вищого рівня, а саме, Держав-
ної науково-технічної програми аналогічного
спрямування, до участі у виконанні якої, крім
учених НАН України і НАМН України та ін-
ших профільних спеціалістів, слід залучати
представників університетської науки, а також
фахівців з медичних закладів як споживачів
кінцевої продукції.
На завершення виступу хочу привернути
вашу увагу ще до одного питання. Більшість
розробок біомедичного спрямування, очевид-
но, доцільно передавати малому та середньому
підприємництву, але як це зробити?
Зрозуміло, що розробка, виконана за держав-
ні кошти, без проблем може бути передана для
впровадження на державному підприємстві.
Проте в Україні взагалі не відпрацьована сис-
тема передачі розробки малому чи середньому
підприємству з приватною формою власності.
А зазвичай вітчизняні малі та середні підпри-
ємства реально не в змозі купувати ліцензії.
Тому є необхідність у створенні системи вза-
ємодії з малим та середнім підприємництвом.
По суті, йдеться про організацію проведення
спеціальних досліджень на замовлення в ін-
тересах малого та середнього бізнесу.
Однак, як свідчить більш ніж 50-річний до-
свід наших німецьких колег, жодне мале чи
середнє підприємство практично не може до-
зволити собі замовити розроблення сучасної
технології високого рівня. Тому в Німеччині
виконання таких робіт для малих та середніх
підприємств організовано в такий спосіб. На-
приклад, у системі AiF усі підприємства роз-
поділені приблизно на 50 груп за професійни-
ми інтересами. Ці групи створюють спільний
фонд, до якого приблизно таку ж саму суму
додає держава. У межах можливостей такого
фонду відповідні науково-технічні ради про-
водять безперервний відбір проектів, резуль-
тати яких після виконання можуть передава-
тися для впровадження. Саме малі та середні
підприємства створюють понад 60 % ВВП Ні-
меччини. Тому цей досвід заслуговує на увагу з
метою його опрацювання в умовах України.
Дякую за увагу!
|