Химико-технологический кластер научного дивизиона Госкорпорации «Росатом» с рабочим визитом посетила делегация Национального центра физики и математики (НЦФМ). Научный руководитель приоритетного направления научного технологического развития (ПН НТР) «Материалы и технологии» Госкорпорации «Росатом», первый заместитель руководителя научного дивизиона Алексей Дуб вместе с гостями: научным руководителем НЦФМ академиком РАН Александром Сергеевым и заместителем директора по науке НЦФМ Михаилом Романовским ознакомились с уникальными технологическими установками и образцами изделий, которые способны заменить зарубежные компоненты для полной локализации высокотехнологичных производств на территории Российской Федерации.

Острым остается вопрос импортозамещения для предприятий авиаотрасли. Значительная работа проведена по поддержанию авиационного парка в эксплуатации, но необходимо освоить производство собственных расходных компонентов. Госкорпорация «Росатом» делает серьезные шаги к созданию цельной авиационно-производственной структуры, которая будет заниматься производством комплектующих для иностранных воздушных судов.

Практически все коммерческие самолеты комплектуются тормозными дисками из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ). Заместитель директора по науке и инновациям АО «НИИграфит» имени С.Е. Вяткина Артур Гареев представил членам делегации образцы фрикционных дисков из УУКМ, изготовленные из отечественного сырья и с физико-механическими, тепловыми и трибологическими свойствами, не уступающими зарубежным аналогам.

Тормозные диски из УУКМ

Ученые «НИИграфита» разработали материал с ресурсом, сопоставимым с импортными материалами. Артур Гареев отметил:

«В лаборатории создан материал и первый образец теплового пакета, для организации серийного выпуска которого имеются необходимые производственные мощности и компетенции. Поскольку тормозная система является одним из сложнейших компонентов, обеспечивающим безопасное приземление воздушного судна, то основным этапам который предстоит преодолеть является проведение испытаний и сертификация. Тут мы плотно работаем с разработчиками авиационной техники, в связке с которыми планируем пройти этот путь. Иными словами, сделать тормоз проще, чем поставить его на самолет».

В соседней лаборатории вниманию делегации был представлен опытный образец 3D-принтера, разработанный и изготовленный в «НИИграфите». Уникальная установка решает задачу производства сложнопрофильных изделий из керамических композиционных материалов, полученных путем аддитивных технологий.

В конструкции принтера заложены два метода 3D-печати: FDM/LDM и SLA. Независимые модули параллельно ведут работу по построению различных элементов. Впервые применена технология 3D-печати изделий из керамического композиционного материала с применением полимерных поддержек. Это позволяет задать разный угол наклона и изгиба детали, что недоступно для традиционных методов.

После печати деталь, не покидая камеру, проходит дополнительную термическую обработку (сушку). Далее на этапе карбонизации поддержки из полимера сгорают, остается только изделие из керамического композиционного материала.

Артур Гареев особо подчеркнул, что это первый отечественный 3D-принтер с применением сразу двух методов аддитивной печати, который позволяет мелкосерийно производить изделия для атомной энергетики, авиационной и других отраслей промышленности.

Новые материалы являются драйвером кардинального преобразования многих отраслей. Например, водородная энергетика усиливает свои позиции в транспорте и системах накопления энергии. Госкорпорация «Росатом» позиционирует водород в качестве экологичной альтернативы обычному топливу, а его получение – в качестве способа повышения общей эффективности генерации энергии на АЭС. В России организована сборка водородных топливных элементов (электрохимических генераторов) из импортных комплектующих, темпы которой снижены из-за геополитической обстановки. В рамках «дорожной карты» «Системы накопления энергии» Госкорпорация «Росатом» ведет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по разработке первого отечественного водородного двигателя.

Материал для газодиффузионных слоев водородного двигателя

Начальник управления функциональных материалов Егор Данилов

Начальник управления функциональных материалов Егор Данилов представил разработанные в лаборатории дисперсных углеродных материалов и методов исследования биполярные пластины (коллекторные пластины) и материал для газодиффузионных слоев водородного двигателя. Изделия выполнены полностью из отечественного исходного сырья. Помимо технологического суверенитета решаются задачи улучшения параметров водородных топливных элементов, а также повышения их надежности и срока эксплуатации. С целью уменьшить вес биполярной пластины в «НИИграфите» применили композитный материал, который отличается высокой химической стойкостью и позволяет направленно регулировать электрические и механические свойства пластины, чтобы добиваться оптимальных свойств. В итоге вес водородного двигателя должен снизиться на 30-40%. Институт также разработал технологию создания газодиффузионных слоев из углеродного войлока, углеродная основа для получения которого выпускается на собственной производственной площадке в г. Заречном.

Биполярные пластины

Достигнуты заметные успехи с выпуском теплопроводящих фольгированных диэлектриков, которые вышли из области экспериментальных технологий. Производственные мощности «НИИграфита» позволяют выпускать более 500 квадратных метров в год. Фольгированные диэлектрики соответствуют уровню мировых производителей и превосходят решения других отечественных производителей, что послужит основой для конкурентного развития отечественной электротехнической промышленности.

Артур Гареев отметил значимость разработки:

«Эксплуатационные свойства и механические характеристики базовых материалов для печатных плат определяют возможность изготовления изделий электронной компонентной базы и радиоэлектронных средств. Из года в год технология изготовления печатных плат усложняется, повышаются требования к надежности и долговечности электронных устройств, а их монтаж приходится осуществлять все более плотно, из-за чего возникает новый уровень требований к толщине и теплофизическим свойствам материалов. Мы включились в работу в 2019 году, а в текущем моменте наладили опытно-промышленную технологию. Прошли сложный путь достаточно быстро, так как заказчик по данному проекту «Электромаш» заинтересован в коммерциализации научно-технической разработки не менее чем команда «НИИграфита». С использованием нашей технологии целый ряд заказчиков планирует наладить выпуск новых типов печатных плат».

Теплопроводящие фольгированные диэлектрики

В ходе беседы о будущих технологиях была затронута тема будущего малой авиации. И по этому направлению ученые «НИИграфита» ведут работы, разрабатывают концепт перспективного малого ближнемагистрального транспортного летательного аппарата на электро-водородной силовой установке с возможностью вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат имеет ряд передовых конструкторских решений таких, как применение водородных топливных элементов, наличие быстросъёмных аккумуляторов и спроектирован под широкое использование композиционных материалов (фюзеляж, крыло, оперение, обтекатели и детали шасси, энергоустановки), производимых предприятиями Госкорпорации «Росатом». Конструкторская мысль всегда двигает экономику вперед.

После изучения изделий «НИИграфита» заместитель директора по науке и инновациям АО «Гиредмет» имени Н.П. Сажина Константин Ивановских презентовал гостям компетенции и возможности этого института. В частности, рассказал о ходе реализации проекта по разработке натрий ионных аккумуляторов, который стартовал в 2022 году. В рамках проекта проведены собственные исследования: изготовлен упрощенный лабораторный образец, определена методология тестирования, подтверждены аналитические предсказания ключевых характеристик. В этом году ученые представят лабораторные образцы высокомощных и энергоемких аккумуляторов.

В заключительной части ознакомительного тура научный руководитель НЦФМ академик РАН Александр Сергеев высоко оценил перспективные разработки ХТК, готовые к выпуску опытных партий или серийному производству. Помимо этого, ученые обсудили достижения технологического суверенитета страны в обеспечивающих устойчивость экономики сферах. Прежде всего, это системная работа по развитию собственной сильной научной базой, тесно связанной с потребностями бизнеса в различных направлениях промышленности.