Индекс цитирования Яндекс.Метрика

Люди практической науки

10.09.2015

«Уникальные материалы нового поколения способны вернуть былую мощь нашему авиапрому»

Основное направление научной деятельности Анны Сергеевны Чайниковой – разработка высокотемпературных композиционных материалов нового поколения на основе стеклокерамических и керамических матриц различного назначения для применения в авиационной, космической технике, энергетике, химической промышленности, а также энергоэффективных технологий их получения.

В 2009 году награждена медалью Министерства образования и науки РФ «За лучшую научную студенческую работу».

За время своей трудовой деятельности в ВИАМе – с января 2014 года − принимала участие в III Международной конференции стран СНГ «Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем» («Золь-гель-2014», г. Суздаль) и II Всероссийской молодежной научно-технической конференции с международным участием «Инновации в материаловедении» («ИНМАТ-2015»). Была награждена дипломами за лучший устный доклад.

Заняла второе место на Открытом конкурсе научных работ молодых ученых и специалистов, приуроченном к 55-летию ГНЦ РФ ОАО «ОНПП Технология» им. А.Г. Ромашина. Лауреат Всероссийского конкурса «Инженер года-2014» по версии «Инженерное искусство молодых».

«Я просто влюбилась в стекло…»

Я родилась в городе Гусь-Хрустальный Владимирской области. Параллельно с общеобразовательной школой №13 закончила 10 классов местной музыкальной школы по классу фортепиано. Тогда я не думала, что моя жизнь будет посвящена химии, тем более – стеклу. Хотя наш город – это известный на весь мир стекольный центр. Только теперь возникают мысли: моя профессия – это судьба.

К выпускной поре я задумалась о получении более фундаментальной, чем музыкант, профессии. Я хорошо училась в школе, и меня привлекали технические науки. В общем, на семейном совете буквально за несколько вечеров было принято решение – ехать в Москву поступать в Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ).

Я успешно выдержала олимпиаду по химии. И вступительные экзамены шли гладко. Однако на математическом испытании у меня не получилось решить одну задачу. Если бы я ее решила – то попала бы на экономический факультет. Тогда это направление было очень модным, и я рассчитывала поступить именно туда. Заковыристую задачку я решила, но уже по дороге домой, продолжая обдумывать ее в метро. Экзаменационная комиссия об этом моем достижении знать не могла. Баллов на «экономику» не хватило. Но я была зачислена на кафедру химической технологии стекла и ситаллов факультета химической технологии силикатов РХТУ, которой в то время руководил выдающийся деятель науки, ведущий ученый в области физико-химии и технологии силикатных и тугоплавких материалов, академик Павел Джибраелович Саркисов. И об этом ни капли не жалею. Считаю, что это − судьба!

Студенческая пора – это как отдельная маленькая жизнь. Все началось для меня не так безоблачно, но осталось ярким воспоминанием. На первой лабораторной работе по аналитической химии я так волновалась, что смогла приготовить раствор «марганцовки» только с четвертого раза, так как три раза разбивала колбу. Сначала она практически сразу вывалилась у меня из рук. Новую тару, уже прокипятив раствор, я донесла до раковины, поставила на холодный выложенный плиткой стол, и колба, видимо, от перепада температур лопнула. Третий раз в холодной воде в раковине колба перевернулась. В общем, когда все мои сокурсники заканчивали опыт – а он достаточно длительный, я только накипятила эту «марганцовку».

Часто с улыбкой вспоминается и практикум по органической химии. В помещении для лабораторных работ нас предупредили, что никогда нельзя закрывать пробками колбы во время проведения синтеза, ведь он в основном происходит в условиях нагревания: хотя бы одно отверстие должно оставаться открытым. Для наглядности предостережения попросили посмотреть наверх. Когда мы подняли головы – увидели, что весь потолок в черных пятнах копоти от взрывов. Это были результаты неудачных экспериментов наших предшественников, не послушавшихся преподавателя.

Когда на 4-м курсе началась специализация, я просто влюбилась в стекло, поняла, насколько разнообразен его «мир». На кафедре химической технологии стекла и ситаллов нам не просто читали лекции, а именно прививали любовь к этому материалу. Заместитель руководителя нашей кафедры Наталья Юрьевна Михайленко так вдохновенно преподносила предмет, что эта ее подача вызывала большой интерес, своего рода научное любопытство. Помню ее рассказы об оптоволоконных коммуникациях – о том, как из стекловолокна можно сделать кабель, который будет проложен по дну океана, и информационный сигнал по нему будет проходить в несколько раз быстрее, чем по обычным проводам. Запомнилась история про астрозеркала пятиметрового диаметра, выполненные из литийалюмосиликатных ситаллов. Они, как известно, обладают нулевым коэффициентом термического расширения и в процессе нагревания не меняют своих линейных размеров. Благодаря таким свойствам этот материал подходит для производства астрооптики. Нам очень много рассказывали про художественное стекло и хрусталь – свинецсодержащее стекло, художественные изделия, которые можно получить из этого стекла.

Тогда же у нас появилась и возможность, как говорится, «работать руками»: заниматься научно-исследовательской работой. Тут можно было проявить свою фантазию, экспериментировать с материалами. Это было для меня удивительное время познания. Продолжением научно-исследовательской работы стала магистерская диссертация. Студенты, обучающиеся на специалиста, могли по выбору делать расчетно-графическую работу (например, проектировать завод по производству листового стекла) или заниматься научными изысканиями. У нас – магистров, выбора не было. Мы должны были поставить и провести исследования по разработке какого-либо материала на основе стекла или стеклокерамики. Моей целью была разработка покрытий для защиты карбидокремниевых материалов от окисления при воздействии повышенных температур. В частности, я занималась изучением основ и отработкой методики получения защитных антиокислительных покрытий на основе стеклокерамики системы Y2O3-Al2O3-SiO2 золь-гель методом. По итогам этой работы в 2009 году я окончила магистратуру РХТУ, защитив диссертацию «Низкотемпературный синтез стеклокристаллических материалов в иттрийалюмосиликатной системе». За данную работу в том же году была награждена медалью Министерства образования и науки РФ «За лучшую научную студенческую работу».

Затем я поступила в аспирантуру, где моим наставником стала и остается им по сей день профессор Людмила Алексеевна Орлова. Она по-прежнему подает мне идеи, дает советы и вообще играет большую роль в моей жизни. Именно она познакомила меня с ВИАМом. Людмила Алексеевна вела тематические работы, связанные с нашим институтом, а я в рамках этих работ занималась своей диссертацией «Композиционные материалы на основе алюмосиликатной стеклокерамики и дискретных наполнителей». Я принимала непосредственное участие в постановке задач исследований, проведении экспериментов и анализе полученных данных в рамках совместных работ РХТУ и ВИАМа. Разработала технологию композитов на основе высокотемпературной стронцийанортитовой стеклокерамики и неоксидных наполнителей (Si3N4, BN, TiC, углеродных нанотрубок, графена, детонационного наноалмаза). Полученные композиционные материалы наряду с высокими температурами эксплуатации характеризуются повышенной трещиностойкостью, микротвердостью, диэлектрическими свойствами, износостойкостью и пониженным коэффициентом трения и перспективны для применения при изготовлении износостойких деталей тормозных систем автомобилей, плунжеров или втулок насосов высокого давления, изделий радиотехнического назначения или деталей горячего тракта двигателей в авиационной технике.

Надолго запомнится мне стажировка в Германии, куда мы с коллегой отправились от кафедры во время обучения в аспирантуре благодаря студенческому обмену в рамках образованной у нас на кафедре «Международной лаборатории функциональных материалов на основе стекла им. П.Д. Саркисова». Мне удалось познакомиться с отличными от российских принципами образования, увидеть иной научный мир, иную среду. Надо сказать, что курирующий нас профессор Горной академии во Фрайберге, куда мы приехали получать опыт, прекрасно говорил по-русски, как и многие из преподавательского коллектива. Некоторые из них учились в СССР, многие изучали русский язык, проживая в ГДР.

Во время обучения в аспирантуре я была отмечена рядом различных дипломов за научные достижения среди молодых ученых и аспирантов. В 2012 году стала дипломантом 1-й степени и получила золотую медаль Всероссийского смотр-конкурса научно-технического творчества студентов вузов «Эврика-2012».

Защита моей кандидатской диссертации прошла успешно, и, соответственно, встал вопрос: куда пойти работать?

«Нет без явно усиленного трудолюбия ни талантов, ни гениев»

В январе 2014 года я пришла работать в ВИАМ. Это было последовательным продолжением моей кандидатской диссертации. Может быть, поэтому меня взяли сразу на ответственную должность старшего научного сотрудника в лабораторию «Технологические покрытия и керамоподобные материалы» (сейчас она называется лаборатория «Керамические композиционные материалы, антиокислительные покрытия и жаростойкие эмали»). Несмотря на научный опыт, полученный мною в университете, не скажу, что мне было легко начать работать в ВИАМе. Но, благодаря тому, что с детства меня приучили к упорству в достижении целей, я справилась. Вернее сказать, умею справляться с собой. Стремление к самосовершенствованию, трудолюбие, воспитанные во мне мамой – учителем английского языка, сейчас очень помогают. Помогает и выработанная за годы учебы в музыкальной школе усидчивость. За это хочется сказать большое спасибо замечательному преподавателю – Шаблий Татьяне Викторовне. Мое профессиональное кредо очень точно описано Менделеевым: «Нет без явно усиленного трудолюбия ни талантов, ни гениев».

Но при всех трудностях, в ВИАМе я не почувствовала себя чужой – здесь работает много моих сокурсников и других выпускников РХТУ им. Менделеева. В институте вообще трудится очень много молодых специалистов. В ВИАМе отлажена система наставничества, потому что сохранен костяк представителей старой советской школы. У этих людей есть грандиозный опыт, большой багаж знаний. А у нас, молодых, огромное желание эти знания перенимать. Сохранение такой уникальной атмосферы между старшими и молодыми сотрудниками – это несомненная заслуга Генерального директора ВИАМ, академика РАН Евгения Николаевича Каблова, который не только способствует притоку молодежи в науку, но и бережно относится к местным «старожилам».

Мне нравится серьезный подход руководства ВИАМа к развитию института и его сотрудников. Поэтому у меня есть желание работать не только над текущими разработками, но и думать о каком-то научном заделе на будущее. Я уже не представляю себя ни в каком другом амплуа, кроме как в профессии ученого. В будущем хотелось бы защитить докторскую диссертацию. А пока, помимо «работы руками», очень много приходится читать профессиональной литературы, изучать иностранные источники, чтобы быть в курсе научных достижений по своей специальности. Ученые обмениваются информацией в основном с помощью публикаций, но о передовых разработках редко кто пишет открыто. А ВИАМ работает в очень высококонкурентной нише: в основном, это иностранные коллеги. Те же самые General Electric, фирма Snecma и другие. Поэтому нужно постоянно самосовершенствоваться и, как говорится, держать руку на пульсе.

В ВИАМе по достоинству ценят трудолюбие и желание работать. Это выражается не только в высоком материальном поощрении сотрудников. Важно, что ученым своевременно предоставляют возможность работать на самом современном оборудовании. А значит – двигаться вперед.

Создание материала высокопрочного и при этом не склонного к окислению будет технологическим прорывом

С февраля 2015 года я назначена на должность исполняющего обязанности начальника сектора «Высокотемпературные керамические и стеклокерамические композиционные материалы». Наш сектор занимается разработкой и внедрением в производство высокотемпературных композиционных материалов нового поколения на основе стекла, стеклокерамики и керамики различного назначения. Прежде всего, это высокотемпературные конструкционные материалы для изготовления элементов горячего тракта (ГТД) авиационных двигателей. Керамика и стеклокерамика – это уникальные материалы, которые характеризуются очень малым весом, значительно меньшим, чем металлы, и при этом выдерживают значительно более высокие температуры, чем, например, полимеры. Их применение в авиации может позволить снизить требования к охлаждению деталей, снизить вес летательных аппаратов, поэтому данные материалы являются очень перспективными.

Но и керамика, и стеклокерамика имеют один очень существенный минус – они весьма хрупки. Поэтому все разработки в этой области направлены на устранение этого недостатка. В лаборатории мы решаем эту задачу путем их армирования различными наполнителями: дискретными частицами или же непрерывными волокнами. Создаем высокотемпературные композиционные материалы с высокой прочностью и трещиностойкостью. Однако есть нюансы: в целом, все эти керамические материалы основаны на неоксидных матрицах или неоксидных наполнителях, которые склонны к окислению. И если удастся создать такой материал, который будет одновременно не склонен к окислению, но в то же время высокопрочен, то это будет просто прорыв! Ведь тот, кому удастся создать такой материал, совершит новый виток не только в развитии материаловедения, но и в самой технологии производства летательных аппаратов! Поэтому масштабы изысканий очень значимы не только в пределах России, но и для всего человечества. Много конструкторских бюро и разработчиков авиационной техники следят за такими разработками. Это будущее двигателестроения: для камер сгорания, для горячего тракта двигателя – то есть для самого сердца самолета.

Еще одно из направлений, которому посвящена моя работа в лаборатории, – золь-гель технология. Это метод, который позволяет получать материалы при значительно меньших температурах синтеза, сложной формы и с нанокристаллической структурой. Посредством данной технологии можно придать материалам новые свойства. При этом материалы с одним и тем же составом – полученные традиционным способом или при применении золь-гель технологии − будут иметь различные свойства. Например, традиционная технология получения стеклокерамики заключается в том, что берется шихта – смесь разнородных компонентов, перемешивается и термообрабатывается при высокой температуре порядка 1600 градусов Цельсия. Так называемая «варка стекла» с последующим формованием и кристаллизацией. А золь-гель технология основана на методе растворов. Мы сначала готовим раствор, в котором потом происходят процессы гидролиза и поликонденсации, посредством чего раствор переходит в гель, который мы затем сушим и термообрабатываем при значительно меньших температурах. Таким образом, мы получаем порошок и материал на его основе, имеющие нанокристаллическую структуру. Такой материал обладает, например, более высокими прочностью и трещиностойкостью, чем традиционный. Можно получить разные желаемые свойства, но они буду выгодно отличаться от традиционных материалов.

«С использованием нового высокотемпературного оборудования в ВИАМе уже разработан уникальный материал…»

В наших исследованиях очень большую роль играет аппаратура, с помощью которой мы разрабатываем технологии и исследуем материалы. И, к счастью, как я говорила выше, ВИАМ предоставляет нам возможность работать на самом современном оборудовании. Так, весь мир науки в области керамических материалов стремится к повышению температур. Если прежняя температура эксплуатации материалов в наших исследованиях достигала 1500, максимум 1600 градусов Цельсия, то сейчас предел поднялся до 2000 градусов и выше. Чтобы разрабатывать современные материалы, без соответствующей базы не обойтись.

Для нашей лаборатории недавно была закуплена уникальная установка для спекания в искровой плазме, выполненная по заказу ВИАМа. Современный метод спекания в этой машине позволяет генерировать очень высокие скорости нагрева-охлаждения. Прежним – методом горячего прессования, для создания образца нужно было потратить сутки: на его термообработку, на остывание пресса. На новом оборудовании мы получаем образец при температуре до 2200 градусов Цельсия за два-три часа. Представляете, насколько производительность повышается! Кроме того, с помощью этой установки можно создавать новые материалы, которые нельзя получить другими методами, или достичь повышения уровня свойств уже разработанных материалов.

Не так давно были также закуплены высокотемпературные дилатометр и прибор дифференциально сканирующей калориметрии. Эти приборы одновременно позволяют разрабатывать технологию получения – исследовать процессы, которые происходят во время синтеза материала, и определять их эксплуатационные свойства: термический коэффициент линейного расширения и термоустойчивость до температур 2000-2400 градусов Цельсия. Теперь мы можем исследовать свойства и осуществлять процесс синтеза высокотемпературных материалов при таких сверхвысоких температурах. Практически все, что хотим, мы можем реализовывать благодаря имеющемуся в нашем распоряжении оборудованию.

Конечно, для меня как молодого специалиста очень важны внимание и помощь старших «по цеху». Хотелось бы отметить этих людей. Это начальник НИО «Неметаллические материалы, металлические композиционные материалы и теплозащита» Денис Вячеславович Гращенков, заместитель начальника нашей лаборатории Юлия Евгеньевна Лебедева и начальник нашей лаборатории Мария Леонидовна Ваганова. Это очень активные, деятельные специалисты. Под их руководством разрабатываются уникальные материалы, работающие на сверхвысоких температурах, о которых мы еще услышим восторженные отклики производственников.

Кумиров у меня нет, но хотелось бы еще упомянуть людей, чей пример вдохновляет меня на научные подвиги. Это предыдущий заведующий нашей университетской кафедрой – Павел Джибраелович Саркисов, к сожалению, уже ушедший из жизни. Нынешний глава кафедры химической технологии стекла и ситаллов РХТУ – Владимир Николаевич Сигаев. И, конечно, примером для подражания для меня является Генеральный директор ВИАМ Евгений Николаевич Каблов.

Все эти люди знают важную формулу эффективного ученого: «Труд, труд и только труд».

Со стороны может показаться, что кроме работы у меня ни на что не хватает времени. Но время всегда можно найти. Люблю читать, в последнее время предпочтение отдаю классике: читаю в метро Сомерсета Моэма – «Бремя страстей человеческих». Люблю русский рок и пешие походы. По вечерам и выходным выезжаю на велосипеде. Недавно начала осваивать горные лыжи. Но, конечно, основное свое время я посвящаю науке. Я со своими коллегами мечтаю вернуть былую мощь нашему авиационному производству, чтобы Россия была всегда конкурентоспособной, чтобы нашему Отечеству аплодировали на всех авиационных выставках и от восторга «открывали рот», видя, как летают русские самолеты.

Интервью провела и подготовила для публикации Светлана Офитова.