Наука 2.0 Валентин Крапошин: наше время порождает новые материалы

За какими материалами будущее? И какими свойствами они будут обладать? Об этом доктор технических наук, материаловед Валентин Крапошин рассказал в совместной программе "Полит.ру" и радио "Вести ФМ" "Наука 2.0".

Кузичев: Итак, друзья, в эфире проект "Наука 2.0" - совместный проект радиостанции "Вести ФМ" и портала "Полит.ру". От портала у нас Борис Долгин и Дмитрий Ицкович. Привет, друзья.

Ицкович: Машем руками.

Долгин: Добрый день.

Кузичев: От "Вестей ФМ" Анатолий Кузичев.

Ицкович: Тоже машет рукой.

Кузичев: Машу рукой вам. И Валентин Сидорович Крапошин, тоже машет вам рукой. Доктор технических наук, профессор кафедры материаловедения МГТУ имени  Баумана.

Крапошин: Все правильно.

Кузичев: Правильно? Кроме того, председатель редколлегии журнала "Металловедение и термическая обработка металлов".

Крапошин: Тоже правильно.

Кузичев: Вот так. Ну, мы же готовились к программе. Единственное, к чему мы не подготовились, ну, вернее я, ребята, коллеги наверняка знают...

Ицкович: Нет, мы тоже не знаем.

Кузичев: Тоже не знаете?

Ицкович: Нет.

Кузичев: Вот давайте про материаловедение. Мы о чем вообще говорим? Что такое материал? Вы каким материалом ведаете?

Ицкович: Думаю, что материал - это то, что жена покупает в магазине для того, чтобы шить.

Кузичев: Отрез, отрез.

Ицкович: Отрез на платье.

Долгин: С другой стороны, мы постоянно сейчас слышим о новых материалах так называемых. Что же это в целом?

Крапошин: Ну, безусловно, тот пример, что вы привели, безусловно, является материалом. Но иногда можно спутать материал и вещество. Вот принято такое определение через отрицание: материалом не являются пища, топливо и лекарства.

Кузичев: Не являются?

Крапошин: Не являются.

Кузичев: Почему?

Крапошин: Они используются человеком... А потому, что вот эти перечисленные объекты в процессе использования вступают в химические реакции и постепенно исчезают, почти полностью.

Кузичев: А то, что исчезает, это вещество, а не материал?

Крапошин: Нет, это... Пища, топливо и лекарства, что мы используем, мы должны это съесть или сжечь, и это их испортит.

Долгин: Мы его преобразуем непосредственно таким образом при использовании. А материалы, в свою очередь, это, конечно, то, что получается в результате очень часто какого-то такого преобразования.

Крапошин: Может быть, химического.

Ицкович: А в тот момент, когда они стали материалами, мы уже этого с ними не делаем.

Крапошин: Совершенно верно. И в крайнем случае, когда оно вступает в реакцию...

Ицкович: Иногда делаем, но так, не по назначению.

Крапошин: Это коррозия металлов, это плохо, да.

Кузичев: Деньги, значит, тоже вещество - постоянно исчезают. Ну, это так, к слову.

Крапошин: Да, ну в этом смысле - да. Я только не могу, я, когда читаю лекции, я студентам не могу ответить после этого на простой вопрос: что такое жевательная резинка? Я никуда не могу ее отнести: ни туда, ни сюда.

Кузичев: Материал или вещество?

Крапошин: Да. Вот я так и не решил вот это. Ну, всегда определения страдают...

Ицкович: Нет, ну легко, она же изменяется.

Долгин: Вполне типичный материал. Нет, качественно она не меняется.

Крапошин: В химическую реакцию не вступает.

Ицкович: А вкус?

Долгин: Нет...

Крапошин: Тогда, если... Всё, я замолкаю.

Кузичев: Нет, не надо замолкать.

Ицкович: Хорошая радиопередача: мы сейчас замолкаем...

Кузичев: Не надо замолкать, прошу вас.

Крапошин: Хорошо. Надо только обязательно пояснить, чтобы понятно, что такое материалы и что такое сама наука "материаловедение".

Кузичев: Да.

Крапошин: Потому что тоже надо это определить. Потому что в нее, конечно, входит химия, физика, математика. Но она отличается от тех, что это синтез четырех составляющих.

Кузичев: Так.

Крапошин: Это химический состав. Вот то, чем мы занимаемся. Материаловед что изучает? Химический состав, структура, строение материала, его свойства и его применение. Вот между этими четырьмя позициями есть такие стрелочки взаимных связей, вот эти связи мы и должны изучить.

Кузичев: Ага...

Долгин: То есть это некоторая междисциплинарная область.

Крапошин: Совершенно, междисциплинарная.

Долгин: Которая содержит и такие фундаментальные аспекты, и прикладные.

Крапошин: Да-да-да, совершенно правильно.

Долгин: Которые находятся на стыке, к тому же, физики, химии...

Ицкович: А что же получается? Если стрелочки - самое главное, то что за ними стоит, за этими стрелочками?

Крапошин: Ну, самое главное, конечно, это применение.

Ицкович: Применение, да?

Крапошин: То есть это должна быть полезная какая-то вещь, которую можно использовать. Там, отрез на платье, совершенно верно. Или там железо, из которого можно построить мост.

Кузичев: Наше время порождает ведь гигантское количество новых материалов.

Ицкович: Нет-нет, можно сейчас про полезность? То есть если главное свойство - полезность, то функции от этой полезности и отстраиваются, так?

Крапошин: Да, конечно, что нужно. Дальше идут деления. Материалы бывают...

Ицкович: А тут твой вопрос.

Кузичев: Да, а тут такой мой вопрос. Наше время, оно породило и порождает просто неимоверное количество новых материалов.

Долгин: Или совершенно необычное использование старых.

Крапошин: Да, совершенно правильно. И получаются совершенно новые материалы, и необычное использование старых.

Ицкович: А что это значит, что стали востребованы другие свойства?

Крапошин: Да, совершенно правильно, ведь все время...

Ицкович: А какие свойства сейчас стали востребованы по отношению к предыдущим периодам?

Кузичев: Одного и того же материала, например. Кстати, это вот интересно, разные свойства.

Крапошин: Ну, вообще... Ну, я просто приведу пример, что удалось сделать, это тоже широко известно, это сплавы с памятью формы. Это металлические сплавы, большей частью металлические сплавы. Вы его согнете в кольцо, а если нагреете на определенную температуру, он разогнется. Или наоборот. Да, после этого вы его охладите, он снова сам согнется в кольцо. Он запоминает форму. Это широкое применение в медицине...

Кузичев: Это удобно.

Крапошин: Да, во-первых, это...

Долгин: Да, в медицине, насколько я понимаю, это активно используют.

Крапошин: В медицине это стенторы, расширители сосудов, разворачивание антенн, радиоантенн в космосе...

Кузичев: Сейчас, скажите, а как выглядит... Вот вы говорите, что мы пляшем от необходимости какой-то, да? А в конечной цели - от задачи.

Крапошин: Да.

Кузичев: А как вот формулируется эта задача для вас, как вы ее реализовываете?

Крапошин: Дальше формулируется обычно: нужен материал с такими-то свойствами.

Кузичев: Ну, типа. Вот давайте на примере попробуем. Ну вот, например, нужен материал, который будет помнить свою. Ну как это можно было сформулировать, когда вы не знали, что есть свойства, что такое вообще может быть?

Крапошин: Вы коснулись очень тонкого момента. Вот такую задачку никто не мог сформулировать, это действительно... Ну, это вообще задача у любой науки. Потому что, когда появляется новый, его раньше нельзя было заказать.

Кузичев: Да.

Крапошин: Вы очень точно задали вопрос. Сначала случайно, как и все в науке, открыли сам эффект, что некоторые материалы запоминают свою форму. Этот эффект никакой ни физикой, ни химией, ни математикой предсказан не был. Его обнаружили, наблюдая за поведением материала под действием температуры, давления и так далее, при исследовании обычных свойств. И вдруг оказалось, что он может запоминать форму. Его никто не предсказал. После этого, конечно, теперь заказы поступают, это уже другое.

Долгин: Другая сторона - это по сути дела практика, которая дает заказ: а вот нам надо транспортировать на орбиту антенну для телескопа, которую неудобно транспортировать в полностью собранном виде.

Крапошин: Да, она большая.

Долгин: Пожалуйста, подскажите нам, как сделать так, чтобы ее можно было транспортировать.

Крапошин: Вот теперь-то такой заказ можно принимать, теперь-то можно заказ принимать. А вот до открытия этих материалов этот заказ бы противоречил законам физики и химии.

Ицкович: А вы могли бы вот этот пример просто развить в какую-то короткую историю? Вот пример с материалами, которые запоминают свою форму. То есть чего-то изучали, выяснили... Как все это произошло?

Крапошин: Мне не очень хочется эту короткую историю рассказывать. Сейчас объясню, почему. Потому что сам я этими материалами не занимаюсь, я читаю лекции. В нашей Москве, например, есть коллеги, которые этим хорошо занимаются. Вчера на конференции я слушал историю. Надо сказать, что за спиной этого эффекта стоит физическое явление всегда какое-то. И это физическое явление известно очень давно, оно называется, я не хочу специальный термин "мартенситные превращения", это то, что происходит при закалке сталей. Вот эта закалка стали, она известна пять тысяч лет, с Китая. И вот это же самое явление. Одно и то же вещество может иметь две структуры, вы это хорошо знаете: графит и алмаз - это углерод. Вот в железе тоже есть две структуры, и благодаря этому сталь закаливается, это известно тысячи лет. А оказалось, что в некоторых других, не железных сплавах это же явление происходит, но оно сопровождается памятью формы, что при этом оно протекает так, изменение одного кристалла, одной структуры в другую происходит так, что внешняя форма кристалла запоминается: его сгибаете, а он снова разогнется, тогда, когда вы снова нагреете. То есть это пример такой: это старинное явление, связанное с закалкой стали, которое в другом сплаве, оказалось, сопровождается еще и этим.

Кузичев: Вот таким эффектом.

Крапошин: Вот этим эффектом - самозагибанием и саморазгибанием. Ну, сам эффект памяти открыт был в США в военно-морской артиллерийской лаборатории, например, это хорошо известно. Сейчас он хорошо известен, в разных сплавах, применяется очень широко.

Кузичев: А это сейчас самый передний край материаловедения, это самое клёвое, что вы сделали? Вы, материаловеды, я имею в виду.

Крапошин: Нет, ну я понимаю, понимаю. Я бы не сказал. Это открыто уже лет 50, вот это. Это уже промышленность, рынок большой есть, миллиардный рынок.

Долгин: Я помню, как в моем детстве были в каких-то таких популярных книжках по физике, притом изданных лет за 10 до того, уже какие-то опыты, связанные с памятью формы. То есть нет, это уже не передний край.

Кузичев: Хорошо, хорошо.

Крапошин: Это преобразование механической энергии в тепловую и обратно. Но это не передний край.

Кузичев: Все понятно. А, кстати, извините, давайте вернемся к вашему определению по поводу того, чем отличается материал от вещества. Вот я представляю себе булатный меч или из дамасской стали, который сделан из множества слоев стальных или каких там, ну металлических, неважно.

Крапошин: Да, правильно, правильно.

Кузичев: Вот этот самый клинок - это материал новый какой-то? Потому что это много-много слоев вещества. Или что это?

Крапошин: Понятно. Во-первых, тот клинок, что вы назвали, это один из видов булата, он создавался путем сковывания, соединения стали и чугуна, разных...

Кузичев: А, стали и чугуна.

Крапошин: Да. Но это не обязательно. Некоторые клинки булатные, они получаются из одного, грубо говоря, из одного куска. Но вообще этот материал, как говорил профессор Гуляев - крупнейший металловед советского времени и автор книжки, что булатная сталь плохая. И он прав, она плохая.

Кузичев: Это смотря для чего.

Крапошин: Да, совершенно верно, для чего. Действительно, можно в колесо согнуть клинок и заострить его, а больше ничего из нее не делаешь. Но сам эффект вот этот... Да, там еще на клинке должен быть узор, он назывался "лестницей пророка", очень красивый, это искусство кузнеца. Узор появлялся из-за того, что эта сталь является на современном языке, этот булат, так называемым композитным материалом. Он состоит из мягкого железа и твердого карбида железа, из которого сделать ничего нельзя. Но карбид железа... ну, это примерно как железобетон.

Кузичев: Нет, вы ответили: это композитный материал.

Крапошин: Композитный материал, да. Это сейчас тоже... Ну, оно не новое направление, давно открытое, но сейчас ему придается новый импульс. Это по понятным причинам: вес надо снижать. Так что вот некоторые... в некоторых случаях, и тоже уже не новые, в 20-м веке открыты были. Например, получили металлические стекла, вот это новшество было в материаловедении.

Кузичев: Так.

Крапошин: Они не прозрачные, они такие же, как металл. А называются они стеклами потому, что у них так же, как и у обычного стекла, нет кристаллической решетки. Считалось, что раз металл получился в таком состоянии, то будут новые свойства, откроются новые перспективы техники и так далее. Было примерно так же шумно, как сейчас по нанотехнологиям. Но шум прошел, осталось очень положительное достижение, потому что всегда, раз получилось новое состояние, новое строение металла, которое не получали в древности, то положительное получилось. Сейчас некоторые металлические стекла, на всем земном шаре делается около миллиона тонн, это много.

Долгин: А для чего их используют?

Крапошин: Вот, совершенно верно. Дело в том, что оказалось, хотя это стекло, не имеющее кристаллической решетки, но свойства у него такие же, как у кристаллических веществ, но очень важна комбинация свойств.

Долгин: А какие свойства как у кристаллических, а какие нет?

Крапошин: Понятно. Сейчас...

Кузичев: Подожди, Боря, подожди. Боря, прошу прощения. Валентин Сидорович, и у вас прошу прощения. Просто мы сейчас должны прерваться. И сразу после коротких новостей, друзья, ответим вам на вопрос, что же такое металлическое стекло и зачем оно нужно.

Кузичев: Продолжаем разговор. Валентин Крапошин сегодня у нас в гостях - доктор технических наук, профессор кафедры материаловедения МГТУ имени Баумана. Так, миллион тонн... как это вы сказали?

Долгин: Металлического стекла.

Кузичев: Металлического стекла или стеклянного металла...

Крапошин: Металлического стекла выпускается во всем мире.

Кузичев: А для чего?

Крапошин: Его главное назначение, ниша, так сказать, заключается в том, что у  него удалось достичь необычной комбинации высокой механической прочности и очень высоких магнитных свойств, которые в отдельности наблюдаются в различных материалах металлических. Ну, это касается радиоэлектроники, высокочастотные преобразования, вот эти мегагерцы, именно в радиотехнике. Там давно существует кристаллический материал, который там работает, начиная с 20-х годов 20 века, вся радиотехника на нем сидит. Но очень мягкий, очень нежный. Вы можете пальцем нажать на этот металл, и его...

Кузичев: Будет вмятина?

Крапошин: Нет, вмятина - само собой. Его магнитные свойства испортятся, так, что он перестанет преобразовывать радиочастоту как надо.

Кузичев: А-а-а...

Крапошин: Ну, я не очень хочу заполнять терминами, называется он пермаллой, это всем известный сплав, который хорошо проводит магнитное поле на высоких частотах. Это радиочастоты. А вот эти металлические стекла оказались... удивительно, это тоже не было предсказано никакой теорией. Высокая прочность, как у самых прочных сталей, и при этом свойства, вот эти электромагнитные свойства, как у самого лучшего пермаллоя.

Кузичев: Сделать бы вам его еще и прозрачным, и я уверяю вас, такой был бы спрос! Ну, представьте себе: окна в домах, не пробиваемые пулей, в машинах.

Крапошин: Э, пулей он легко пробьет.

Кузичев: Почему?

Крапошин: Потому что высокая прочность его сопровождается высокой хрупкостью, почти как у обычного стекла.

Долгин: И он текучий?

Крапошин: Почти не течет, почти.

Долгин: Почти не течет, а...

Крапошин: Да это всегда, это платить приходится. Прочностью мы платим  за пластичность. Но вы сказали о прозрачности. Второй раз уже, вам бы надо материаловедом быть, вы второй раз уже угадываете.

Кузичев: Правда?

Крапошин: Конечно. Потому что из этих металлических стекол прядут пряжу. Ведь их получают так называемой закалкой жидкости, то есть жидкость закаливают. Не твердое тело, а металлический расплав охлаждают со скоростью миллион градусов в секунду. Делается это очень просто.

Ицкович: Как это миллион градусов?

Кузичев: Миллион градусов в секунду?

Крапошин: В секунду, скорость охлаждения.

Ицкович: А где взять миллион градусов? Секунду я понимаю где взять. А где взять миллион градусов?

Крапошин: Нет, нет, я сказал: это скорость.

Ицкович: А, то есть мгновенно.

Крапошин: То, что мы знаем с древности: нагрел сталь и сунул в ведро с водой. Здесь нагревают металл до жидкого состояния и выливают на вращающийся металлический барабан, и при этом скорость охлаждения - миллион в секунду.

Кузичев: Ну, это просто скорость.

Крапошин: Да, скорость, не беспокойтесь.

Кузичев: То есть не то что есть миллион градусов, а прошла секунда - и он уже ноль.

Ицкович: Такая скорость.

Крапошин: Совершенно верно, да. Полторы тысячи градусов у железа температура плавления, вот она удаляет...

Ицкович: А какой же температуры этот барабан?

Крапошин: А барабан - это обычная медь, холодненький, ничего страшного.

Ицкович: А почему так быстро охлаждает?

Крапошин: А потому что медь хорошо проводит тепло.

Ицкович: А, снимает просто.

Крапошин: Снимает просто. И соскакивает с барабана, соскакивает либо ленточка толщиной 20 микрон, либо проволочка толщиной 5-10 микрон. Эта ткань не прозрачна для электромагнитного излучения. То есть у вас комната наверняка экранирована, наверное, я догадываюсь.

Кузичев: Конечно.

Крапошин: Вот лучше всего экранировать такой тканью.

Кузичев: Ага!

Крапошин: Сейчас эти ткани выпускают в большом количестве, делают невидимыми для радаров танки, подводные лодки.

Кузичев: Как интересно!

Крапошин: Ну, то есть это электромагнитный экран. И обычно, я думаю, я не знаю, как сделаны ваши экраны, вот пермаллой, вот этот сплав, который выпускал завод в Электростали, замечательный сплав, но очень мягкий, его очень делать трудно, его даже просто вообще на руках, на подушечках надо носить и так далее. А этот такой крепкий, как самая прочная рояльная проволока.

Кузичев: Интересно.

Крапошин: И вот эта комбинация, вот необычная комбинация свойств, вот это достижение именно материаловедения.

Ицкович: А для чего используют, кроме экранирования?

Крапошин: Кроме экранирования? А как трансформаторы на радиочастоту. Даже в начале перестройки, когда еще Министерство электроники и электронной промышленности существовало, они приняли, успели принять, наверное, в 87-м году, пятилетку перевода всех этих преобразователей тока энергии на вот эти вот аморфные ленты вместо пермаллоя, специальной пятилеткой.

Кузичев: А успели хоть что-то, нет?

Крапошин: А?

Кузичев: Успели?

Крапошин: Ну, что-то успели, да. У нас есть, к счастью, в нашей стране есть хорошее производство такое, не очень самое большое. В США национальная программа есть перевода домашних трансформаторов вот на такие ленты, закаленные жидкостью, на так называемую аморфную трансформаторную сталь. Дома-то вот на 50 Герц...

Кузичев: Ну да. Вообще, конечно, разговаривая с материаловедом, вот прямо столько новых слов, странных сочетаний слов: "закаленная жидкость", "металлическое стекло"...

Ицкович: "Миллион градусов в секунду"...

Крапошин: Да, закаленное стекло...

Кузичев: Просто оксюмороны какие-то сплошные. Послушайте, а вот все-таки вы не ответили на вопрос по поводу переднего края. Вот когда-то все очень ужасно увлеклись пластиками. Ну, мне кажется, это был передний край материаловедения: пластики, пластмассы и все прочее. А сейчас?

Долгин: Ну, это очень давно было.

Кузичев: Ну, давно, давно, нет-нет, это было в моем вообще детстве.

Крапошин: Ну, я как раз на первом курсе Института стали учился тогда, а отец читал газеты и говорил: "Ну все, зачем ты поступил, (он немножко смеялся), теперь все делают... Он читает газету "Правда" и из нее вычитывает, что все будет из пластмассы.

Кузичев: Все будет пластмассовое, ага.

Крапошин: Дело в том, что у нас обычно вот с такими сенсациями перегибают, так же, как и с металлическими стеклами перегибали, и сейчас, конечно, очень много перегибов, а потом всё становится на место и выходит, и современные... Опять-таки, вы еще...  прошу менять понять, я узкий специалист, по металлическим материалам, но знаю, что современные полимеры есть, которые тоже обладают памятью формы. Но сначала эту память формы открыли у нас, в металлах, а теперь и в полимерах умеют. Есть полимеры магнитные, даже проводящие ток. То есть это все вот так взаимно перерастает, и там, конечно, есть свои передние края. Ну и, конечно, биополимеры, то есть из наших частей, нашего организма новые материалы делают. Современное направление материаловедения, что там будут и на биологических молекулах новые материалы.

Кузичев: То есть выращивать их будем, что ли?

Крапошин: Выращивать. И сейчас уже есть то, что мне...

Кузичев: Господи!

Крапошин: Ну, еще раз я только прошу меня заранее извинить, я еще повторяю: я узкий специалист...

Кузичев: Мы про металлы сейчас начнем спрашивать, у нас есть пара вопросов.

Крапошин: Но поскольку мне приходилось, я много лет работал редактором  в ????, и сейчас есть работы, когда вот эти компьютеры, вся электроника - это кремний, это двоичный код.  Да нет, это даже и вы знаете, это уже на пределе находится. А сейчас идут работы, чтобы вот эту память делать не на кремнии, а на биологической молекуле, у которой может быть не два состояния, а шесть или восемь. Вот у нас в задней стенке глазного яблока есть такой белочек, хорошо его можно высушить, биологическую молекулу, высушивают белок, и он под действием электрического поля, шесть состояний разных имеет.

Кузичев: Шесть!

Крапошин: И поэтому единичка, ну не Бит, а вот эта единичка интегральной памяти, это будет уже не "да-нет", одна буква, 0,1...

Кузичев: Ну, понятно, да, а что-то более сложное.

Крапошин: А прямо целое логическое высказывание.

Кузичев: Представляешь себе, Дима, тут простой вопрос: "да или нет", а представляешь, сколько ответов? "Да", "нет", "я не знаю", "не уверен"...

Ицкович: Я могу себе представить это. Толя, я себе представляю это хорошо.

Кузичев: Ну, правда?

Ицкович: Конечно.

Кузичев: А, да, ты же филолог, точно...

Ицкович: Нет, это не по этой причине.

Крапошин: Но там, я должен пояснить, я уже видел публикации, наши отечественные в том числе, где проектируются такие компьютеры на этих молекулах. Но тогда, поскольку там азбука не из двух букв, они проектируются на китайских иероглифах. То есть вот там каждая вот эта единичка будет - это иероглиф, понятие. И там приходится иерографическое письмо применять. Я думаю, что сохранилось оно, скажем, в Китае вот как раз для этого, чтобы потом уменьшить компьютеры.

Кузичев: Мир усложняется как-то.

Долгин: Ну, там-то будет собственно просто не двойка, а пятерка в основании степеней, и как бы в этом смысле.

Крапошин: Там будет сложнее. Но просто я говорю немножко направления. Вот с переднего края, вы спрашивали передний край.

Кузичев: Да, понятно, хорошо. Я хотел у вас про кевлар спросить, у меня личный интерес. Но теперь понимаю, вы же по металлу все больше, про кевлар не знаете?

Крапошин: Кевлар?

Кузичев: Да.

Крапошин: Ну, это старое вещество. Ну, это тоже, что...

Кузичев: Не вещество, а материал.

Крапошин: А?

Кузичев: Не вещество, а материал.

Крапошин: Материал, совершенно верно. Вот! Я уже третий раз замечаю за вами вот это, большие способности.

Ицкович: Склонность к материаловедению.

Крапошин: Да. Ну, у меня дома есть старый справочник американский по композитным материалам, там кевлар давно описан. Это разновидность нейлона, это полимер, разновидность нейлона. Очень хороший материал.

Ицкович: Чулки из него делают?

Кузичев: Нет! Из него делают и колонки, вот эти самые, звуко... ну как это называется? И бронежилеты.

Крапошин: Из кевлара, да. Там, конечно, может быть, передний край. Сам материал известен, изготовлен давно. Но даже у старых известных материалов непрерывно идет совершенствование технологий, потому что сам по себе материал никому не нужен, надо из него что-то сделать, например, бронежилет или бронеплавки там какие-то. Но иногда это не всегда удается. И поэтому в области кевлара и бронежилетов есть, конечно, сильные новые разработки, именно как это сделать, посадить его в крепкую матрицу, которая кевлар будет защищать от пробоя и так далее.

Кузичев: Понятно, хорошо, бог с ним. Давайте тогда к металлам. Вот вы же не зря оговорились пару раз. Сначала вы процитировали кого-то из своих коллег, который сказал, что булат - это не очень хороший материал.

Крапошин: Да.

Кузичев: А потом вы там минуту спустя сказали: вот это хороший материал. То есть, есть у вас там где-то внутренний хит-парад классных материалов.

Ицкович: Хороших и разных.

Кузичев: Да-да-да. Вот скажите про свой любимых материал, вот чтобы он классный был!

Крапошин: Мой любимый?

Кузичев: Да.

Крапошин: Сталь, конечно.

Кузичев: Сталь?

Крапошин: Да, древняя.

Кузичев: Просто ну расскажите тогда про нее. Что мы знаем про сталь? Мы - ничего, а вы - всё!

Крапошин: Пожалуйста, пожалуйста. Нет, мы знаем не намного. Потому что вот это само явление закалки, я считаю, это чудесное явление, загадочное, это божественный подарок. И вот тот же металловед Александр Павлович Гуляев, он и говорил, что вот эта пара железо-углерод, она уникальна, вот эти два атома из периодической системы элементов Менделеева, они так по размерам и свойствам так сочетаются, другого сочетания такого нет. И он, конечно, прав. И вот само это превращение, когда вы мягкий... Ведь понимаете, массовое оружие, оружие массового поражения появилось очень давно -  на границе Бронзового и Железного века. Когда удалось приготовить в большом количестве стальные наконечники стрел, появилась новая эта специальность, эти лучники, которые... Так мы глаза в глаза сражались бронзовыми мечами и должны были быть храбрым, умелым и так далее. А лучники - ничего, он это дело натянул и все, и массово летят. Это же оружие массового поражения, оно психологию войны изменило уже тогда. И это сделала сталь.

Кузичев: Да, и это сделала сталь.

Крапошин: Почему? Она мягкая. Вы можете сделать из нее же очень сложное что-то. А когда вы ее нагреете и бросите в воду, она становится прочной. Это чудо.

Кузичев: Сейчас мы прервемся ненадолго и через пару минут вернемся к нашей беседе.

Крапошин: Да.

Кузичев: Я напомню, что сегодня в "Науке 2.0" Валентин Крапошин.

Кузичев: Продолжаем разговор. Валентин Сидорович, я вдруг с ужасом понял, что я не очень понимаю, что такое "закалять сталь". Это вот то, что вы сейчас описали? Горячее - бум в ведро?

Крапошин: Да-да-да.

Кузичев: А, всё тогда я  понимаю, что такое "закалять".

Ицкович: Можно в снег? В снег можно? В снег?

Крапошин: В снег? Пожалуйста, пожалуйста, так иногда и делают.

Кузичев: Кстати, да, в снег лучше. Там тогда вот это твое любимое - миллион градусов...

Долгин: Тут контрастность нормальная должна быть.

Крапошин: Должна быть контрастность. Ну, там  много тонкостей.

Кузичев: А что происходит, когда вот ее горячую в снег или в ведро с водой?

Крапошин: Ну, происходит самое главное, я тут повторю, что вот эти разные кристаллы... Ведь металл - это вещество кристаллическое.

Кузичев: Так.

Крапошин: То есть его составляющие атомы расположены чисто периодически во всех трех направлениях, в которых мы живем. У нас пространство трехмерное.

Кузичев: Да.

Крапошин: И в этих во всех трех направлениях расположение атомов  периодическое. Вы точно знаете: на следующем шаге вы попадете в атом, а на полшага - вы провалитесь между атомами, там космическая пустота. Вот это кристалл. Но укладываться эти шарики могут по-разному. Ну, как  вот пример, который знают все, это алмаз и графит.

Кузичев: Да.

Крапошин: Это один и тот же углерод, но кристаллически...

Кузичев: По-разному организованные решетки.

Крапошин: Совершенно верно, по-разному организована решетка.

Долгин: У нас в программе "Наука 2.0" (прошу прощения) был Артем Оганов - один из тех, кто занимался расчетом еще и других структур. Углерода, там он нам рассказывал об М-углероде. Помните?

Кузичев: Да.

Долгин: И в телевизионной, и в радиопрограмме. То есть тут вообще огромный  простор вариаций может быть.

Ицкович: И этот самый, постпероит открыл.

Долгин: Постперовскит.

Крапошин: Постпеоровскит. Это, я знаю, работы Оганова, и они очень известные, именно предсказание различных структур. Это действительно острое направление современной науки, он на остром направлении находится. Острота направления заключается в том, что наши знания, вот, скажем, по сравнению с вашими, на самом деле не очень велики. Потому что вот специально говорю про железо, известное давно, вот на чем основано вот это упрочнение стали при  резком охлаждении, что при высокой температуре он имеет одну кристаллическую решетку, а при низкой температуре другую кристаллическую решетку. И вот железо, которое наверху, оно очень много поглощает углерода.

Ицкович: Наверху? То есть...

Крапошин: Ну, горячее состояние, при высокой температуре. Дело в том, что тот, кто занимается сталью, обязан все знать про углерод. Потому что  сталь - это железо с углеродом, это волшебный союз. А то железо, тот кристалл железа, который холодный, при комнатной температуре, он углероды почти совсем не растворяет. И на самом деле так, я студентам даже так объясняю, что если вы возьмете кастрюлю с водой, нагреете до кипения, туда набросаете соли или сахару очень много, когда эта вода остынет, лишние кристаллы выпадут.  Еще лучше можно дать явление. Вы берете бутылку пива, открываете...

Ицкович: А, хорошо!

Кузичев: Это очень привычный процесс.

Крапошин: Открываете, открываете.

Ицкович: Так-так-так, наливаем...

Крапошин: И вы видите, что в объеме выделяется огромное количество пузырьков, которые всплывают.

Кузичев: Да.

Крапошин: Вы себе представьте, что они всплыть не могут, что вода в этот момент замерзнет, и пузырьки будут равномерно распределены в объеме. Вот это и есть закалка стали, лишнее...

 Кузичев: А, понятно, выход лишнего наружу.

Крапошин:  Когда вы открываете, лишний газ, лишняя углекислота, загнанная давлением, когда вы открываете, ну или шампанское (это уже для дам), и вот эти лишние пузырьки уходят. А в металлах они замерзают в чужой кристаллической решетке, и поэтому упрочняются.

Кузичев: Понятно. И становятся ее частью. Да, понятно.

Ицкович: Он теряет эластичность, металл.

Крапошин: Да, он теряет эластичность, вернее, не эластичность, а пластичность.

Ицкович: Пластичность, да.

Крапошин: Эластичность - это упругость. Вот как раз булат - высокоэластичный материал, булат, но не высокопрочный. Если металл не имеет двух кристаллических видов, как алюминий или никель, то вы можете его упрочнить, только специально вводите туда лишнюю примесь и вот заставляете произойти выделение таких пузырьков. А железо - там тоже такое же, тоже пузырьки такие выделяются лишнего углерода. Но поскольку оно превращается еще вдобавок, оно свои кристальчики, вот если уж говорить на современном языке, вчера я такой доклад делал научной конференции, что вот эта закалка стали на современном языке - это самопроизвольное образование наностурктуры. Вот эти древние закаленные стали - это и есть наноструктура, потому что железо само себя располосовывает на тонкие пластиночки толщиной меньше нанометра. А поскольку эти пластиночки уложены как паркет, упорядочены, то и лишний углерод упорядочено располагается. И  поэтому наступает счастье. А счастье у нас - это комбинация прочности и пластичности.

Кузичев: Слушайте, у меня есть гипотеза смелая материаловедческая.

Крапошин: Потому что это... вот сталь - это есть, закаленная сталь - это и есть наноструктура.

Кузичев: Понятно, понятно. Гипотеза вот в чем. Скажите, пожалуйста, а поменяются ли свойства закаляемой стали, если охлаждать ее не в воде?

Крапошин: Конечно.

Кузичев: А, то есть вы уже узнали про это?

Крапошин: Нет-нет-нет, конечно.

Кузичев: Значит, это не моя гипотеза. Не в воде, а в чем-нибудь, в каком-нибудь другом веществе.

Крапошин: Так и делают, так и делают. Ну, я уже четвертый раз говорю, что вы прирожденный материаловед. Конечно, меняются свойства. Нет, очень приятно отвечать на такие вопросы. Конечно, меняются свойства,  потому что вот эти тонкости, я сказал, действительно наноструктура, которая... ну как вам сказать? Вот в зрительном зале театра там кресла очень по рядам стоят, упорядочено, и статистический зритель туда входит случайно, все же ходят, движутся вот так, но на креслица садятся упорядочено.

Кузичев: Да, да.

Крапошин: И смирно сидят, и смотрят спектакль или слушают отчетный доклад смирно.

Кузичев: Так.

Крапошин: Вот закалка стали: вот эти зрители - это атомы углерода, они вынуждены стали сесть упорядочено в ряды. Но вот это само, вот эти детали - рассаживания-то рядов, конечно, будут зависеть от того, как охлаждать. Поэтому охлаждают в том числе в расплавленном цианистом калии.

Ицкович: Как это?

Крапошин: Да, вот так. И тогда самые лучшие свойства получаются у стали.

Ицкович: А что такое возможности цианистого калия?

Крапошин: Ну, это же кристалл, его можно расплавить.

Ицкович: Так. А какая температура будет?

Крапошин: Ну, там 500 градусов.

Ицкович: То есть закаливают при высокой температуре?

Крапошин: Да-да-да, но не долго, так сунули туда и вытащили.

Долгин: Ну, сначала при высокой, а потом вниз туда. Это же и есть...

Ицкович:  Конечно, конечно.

Ицкович: Нет, я понимаю, при высокой ее разогревают...

Крапошин: Среды для закалки бывают разные. Не только вода, а соленая вода, сода, жидкий свинец, расплавленный цианистый калий. От него стараются удалиться, конечно, но самое лучшее качество именно при нем получается.

Ицкович: А почему при нем?

Крапошин: Он при этом насыщает сталь углеродом, озоном.

Ицкович: Он еще становится ядовитый, ядовитый булат.

Кузичев: Понятно. Это, конечно, очень важно.

Крапошин: Да-да-да. И главное, что сталь красивая становится очень, внешний вид ничем больше не достигнешь.

Ицкович: Да? А в чем красота?

Кузичев: Он сверкающий или  там...

Крапошин: Ну, вот это надо видеть, он серебристый такой, красиво блестит, не ржавеет. Там внешне вместе достигается высокое сопротивление изнашиванию и коррозия одновременно, но стараются от этого процесса уйти по понятным причинам.

Ицкович: А цианистый калий дает насыщение...

Крапошин: Углеродом и азотом.

Ицкович: Но это закаливание при высокой температуре.

Крапошин: Ну, относительно при высокой, да.

Ицкович: Но все равно, понятно.

Крапошин: Все равно охлаждать  надо. Это уже вряд ли интересно для широкого, потому что это уже тонкости технологий, как охлаждать.

Кузичев: Нет, это очень интересно. То есть с полутора тысяч до 500 - все равно это охлаждение, правильно?

Ицкович: Ну, это понятно.

Долгин: А дальше должен быть уже следующий этап.

Крапошин: Ну, там одновременно происходит изменение состава стали. А мы же, я вам говорил, что материаловедение - это состав, структура, свойства и применение. Там в цианистом калии еще изменяется состав поверхностных слоев, который и придает особые свойства. Ну, зингеровские машинки швейные, вот эти старинные, он тут приезжал, говорят, недавно, и правильно говорил, что вот эта основная та деталь, вот эта шпуля там внутри, вот она как раз делалась у него в "Зингере" 19-го века, делалась вот с этим процессом, с цианированием, поэтому они работают вечно, вечно, вот эти машинки зингеровские.

Ицкович: Интересно. Про "Зингер" особенно.

Кузичев: Да, скажи?! У нас осталось до конца беседы три минуты, поэтому давайте наш традиционный вопрос: а какая ситуация с материаловедением в нашей стране, в отечестве? На переднем мы краю или отстающие, как обычно? Мы привыкли, вы не бойтесь нас напугать.

Долгин: Как менялась ситуация?

Крапошин:  Понятно. Ну, она, ситуация, все время меняется. Вообще надо сказать, что в области материаловедения наша страна довольно долго держалась на мировом уровне. И как раз буквально вчера я был на конференции памяти - 110 лет со дня рождения академика Курдюмова. Он, выполняя дипломную работу в институте Иоффе в 1927 году, сделал работу, на которую весь мир до сих пор ссылается, и он где указал впервые физическую природу закалки сталей. Вот. И это держалось очень долго, и были разработаны новые материалы в нашей стране. Сама металлургия (а материаловедение туда частично входит), она, наша металлургия, была передовая до середины 60-х годов, потом мы начали тормозиться. Но некоторые части материаловедения и сейчас находятся на высоком уровне. Простой пример. Один из международных крупнейших журналов Acta Crystallographica...  Есть  Acta Materialia, всеобщий журнал, там выходят статьи, где резюме надо писать на трех языках: английский, французский и немецкий. Acta Crystallographica - резюме на четырех языках, включая русский, и вы там можете печататься по-русски, это международный журнал. Вот я для краткости примеры привожу.

Кузичев:  А-а-а... Да, это показатель.

Крапошин: Так что с точки зрения научных основ материаловедения у нас еще сохранились и работают активно ученые, которые находятся на передовом уровне, но вообще-то, конечно, мы стали отставать. Эта  причина отставания - специальный вопрос, потому что это вот комплексная наука, которая синтез всего. И у нас просто вообще перестали обращать внимание, что ученых надо выращивать, а не по приказу создавать, в каком-нибудь месте там взяли и переименовали платформу из "Востряково" в "Сколково"...

Кузичев: Вот! А для выращивания нужна среда в том числе.

Крапошин: Среда нужна, да-да. Вот этого у нас... ну, как обычно, это хорошо известно.

Кузичев:  Понятно.

Крапошин: Но когда вы говорите о передовом самом, вот то, что в материаловедении, вот одна из последних Нобелевских  премий, по химии она была, по квазикристаллом была, Дэниэл Шехман из Израиля получил, на мой взгляд, это одна из таких важнейших работ по материаловедению, потому что он показал, что могут быть материалы запрещенной в кристаллографии оси симметрии пятого порядка.

Кузичев: Это очень понятно нам...

Ицкович:  Да уж...

Долгин: Ну, может быть, мы в следующей программе, может быть, мы продолжим эту тему?

Крапошин: Ну, я просто хотел сказать, что эти... Я просто хочу сказать, почему это важно для материаловедения. Эти материалы, которые он открыл, показали, что существуют другие способы укладки вещества для создания новых материалов, принципиально другие. Вот это вот самое главное.

Кузичев: Понятно. И давайте об этом в следующей программе поговорим, да?

Крапошин: Ладно.

Долгин: Об этом и еще о чем-то, да.

Кузичев: А сейчас пока мы простимся. Валентин Сидорович Крапошин был с нами - доктор технических наук, профессор кафедры материаловедения Московского технического университета имени Баумана, а также президент редколлегии журнала "Металловедение и термическая обработка металла". Спасибо вам, Валентин Сидорович. До встреч в эфире до новых!

Полностью слушайте в аудиоверсии.