Селитренное городище

ОГОНЬ ПРЕВРАЩАЕТ МЯГКИЙ ПОЛИМЕР В ТВЕРДЕЙШУЮ КЕРАМИКУ

Уникальные полимерные волокна появились на свете благодаря усилиям российских ученых и не без финансовой помощи РФФИ и Фонда содействия МП НТС. Главное в том, что сплетенное из них полотно надо сжечь, и тогда оно станет прочным и жаростойким керамическим материалом.

В фантастике 60-х был очень популярен образ человекообразных существ, в организмах которых углерод был замещен на кремний. Казалось, после такой замены человек станет просто сверхвоином: ему не страшны будут ни высокие температуры, ни агрессивные среды, да и пули станут от него отскакивать, как от брони. Ведь для некоторых соединений кремния действительно характерны высочайшие химическая и термическая стойкость. Однако вскоре после рождения идея эта в фантастике заглохла - ясно было, что такие простые замены невозможны. А вот химиков соединения кремния, в том числе и полимерные, привлекают по-прежнему. Потому что атомы кремния, как и атомы его в некотором смысле двойника - углерода, тоже способны образовывать длинные полимерные цепочки. И по способности переносить экстремальные условия они иногда оставляют аналогичные соединения углерода далеко позади.

Большого успеха в деле укрощения таких соединений достигли ученые из НИИ химии и технологии элементоорганических соединений: они синтезировали первые несколько килограммов так называемых предкерамических нанометаллополимеров. После отжига эти удивительные соединения превращаются в керамику с уникальными свойствами - высокопрочную и высокотемпературную. Из композиционных материалов на ее основе можно сделать то, что не должно трескаться и изнашиваться под нагрузкой, рассыпаться от удара и сгорать при температуре более 1000 градусов. А еще - придать этим изделиям любую, самую сложную форму.

Соединения, которые удалось синтезировать московским химикам, в некотором смысле гибриды. Это полимеры, цепи которых образованы атомами обоих этих элементов. А еще в полимерную цепь ученые умудрились встроить атомы металла - циркония. И обошлись при этом без хлора и кислорода - впервые в мире.

Все дело в так называемом модификаторе - веществе, которое ученые сначала спрогнозировали, а затем и научились синтезировать, причем достаточно просто с технологической точки зрения. Это соединение циркония, способное реагировать с небольшими полимерными фрагментами (их называют олигомерами - короткими полимерами) - органосиланами, теми самыми, основные цепи которых состоят из кремния и углерода. В отличие от известных в его составе нет ни кислорода, ни хлора - элементов, которые обеспечивают обычным модификаторам необходимую химическую активность, но в то же время губительно влияют на свойства продукта.

Полученные москвичами полимеры легко поддаются формовке: если пропустить их раствор через фильеры, то можно сделать волокна, а из них, в свою очередь, сплести хоть жгуты, хоть ткань. Но ткань из таких полимеров - это не самоцель. Потому что самое существенное их свойство - после сжигания становиться керамикой, причем исключительно прочной и жаростойкой.

Особую прочность новому материалу обеспечивают мельчайшие кластеры циркония, равномерно распределенные в керамической матрице. Эта структура - результат "полимерного прошлого": ведь и в полимере атомы металла тоже были расположены упорядоченно. Эта же упорядоченность сохраняется и в уже готовом изделии.

Использовать удивительные предкерамические полимеры можно двояко. С одной стороны, из них легко сделать прочный каркас для композиционного материала, причем практически любой, хоть самой замысловатой формы. А можно, наоборот, пропитать раствором полимера матрицу - например, какое-нибудь пористое изделие наподобие деталей бурового оборудования. Обычно их делают из графита, но от ударов тот трескается, да и изнашивается довольно быстро. А заполнившая поры керамика придаст изделию невиданную прочность.

Разработав метод синтеза новых полимеров, причем простой, экологически безопасный и, что немаловажно, дешевый, авторы не остановились на достигнутом. "Сейчас мы работаем над созданием межфазного покрытия для термостойких композитов, - говорит руководитель проекта лауреат Государственной премии профессор Александр Цирлин. - Ведь изделия из них - это обычно некая арматура в матрице. Часто в таких изделиях матрица обладает достаточной термостойкостью, а вот армирующие волокна - нет. А представьте себе, что матрица треснула. Здесь-то и помогут наши покрытия. Они защитят армирующие волокна от действия высокой температуры, обеспечив длительную работу изделия".