Большая работа Царь-пресса

В Федеральном агентстве научных организаций создаётся реестр уникальных научных установок. В Троицке есть что внести в этот список. Работы по уточнению реестра должны завершиться к концу 2015 года, в результате планируется создание отдельного фонда на содержание этих установок. Одна из них – большой пресс ИФВД РАН. В отличие от установки «Ню-масс» ИЯИ, где достигают вакуума, близкого к космическому, здесь исследования идут при огромных давлениях и больших температурах.

В книгу научных рекордов пресс занесли бы с пометкой «самый сильный»: он способен создавать усилия в 50 тыс. тонн. Вес его – около 5 тыс. тонн. Один только цилиндр поршня высотой в два человеческих роста. А невидимая его часть уходит вглубь земли на 17 м. Здание пресса, коробку площадью под 3 тыс. м2, видит каждый, кто поворачивает в Троицк на 40-м км. А что же делают там, внутри? На этот вопрос ответил замдиректора по научной работе ИФВД Вадим Бражкин.

За алмазные заслуги  

Институт физики высоких давлений был создан в 1958 году по инициативе академика Леонида Верещагина, одного из отцов-основателей Троицка. «ИФВД стоял у истоков создания алмазной промышленности СССР и стран СЭВ, поэтому академик Верещагин мог попросить сделать что-то для Института. Одной из его идей было создание мощного пресса, которого нет нигде в мире, – рассказывает Бражкин. – Делали его всей страной. Основные детали – на Новокраматорском металлургическом заводе. А сборка производилась на месте, в Троицке. Пресс очень большой, не перевезёшь ни на чём». На архивных чёрно-белых фотографиях начала 70-х на месте будущего пресса – огромный котлован, закладываются части будущей гидравлической системы, затем – гигантские металлические станины, наконец, его сердце – поршень. На сайте Новокраматорского машиностроительного завода датой создания пресса указан май 1975 года, но сборка шла до конца года, а первые работы на нём начались спустя ещё год. Установке в этом году 40 лет, но указать день рождения трудно. Уникальность пресса не только в его силе. В промышленности есть и более мощные, но кратковременного действия. А этот способен создавать и удерживать давление в объеме нескольких м³ в течение нескольких суток.

Что делать?

«Первоначально была идея использовать пресс c самым большим усилием для создания самых больших давлений. Давление – это сила, поделённая на площадь, – напоминает Вадим Бражкин физику. – Казалось бы, на маленькой площади можно получить миллиарды атмосфер. Но ни один материал не выдержит». Сегодня применяются «алмазные наковальни», где в микроскопическом объёме создаются сверхвысокие давления.

С конца 70-х по середину 80-х на прессе делали алмазы. «Мы получали здесь сверхкрупные образцы поликристаллического алмаза, но это оказалось невыгодно», – говорит Бражкин. Быстрее и дешевле произвести много маленьких алмазов, чем один крупный, ведь в промышленности – резцах, бурах, коронках – большие размеры, как правило, не нужны. Алмаз, созданный методом высоких давлений и температур, получается чёрным, непрозрачным. Алмазную оптику из него не сделаешь.

Идеальная путаница

В конце 80-х стало ясно: пресс, хоть и достался от государства «в подарок», должен себя окупать. Даже электрика и отопление такого помещения – уже заметные расходы. Работа нашлась, достойная и важная для государства. Теперь пресс на 80% загружен изготовлением композиционных материалов для изделий спецтехники, которые применяются в соплах, рулях и тормозах.

Как раз сейчас идёт процесс. Вот заготовка – большая, в метр диаметром, «консервная банка», прибывшая из НИИграфит. В ней – углеродные волокна. «Банка» помещается в пресс и выдерживается порядка 15 часов при давлении свыше 1 тыс. атмосфер. Температура – больше 1 тыс. градусов. Остаётся чистый углерод с плотностью графита и прочностью стали. «Между углеродными нитями возникают наномостики. Получается материал с очень сложной структурой, с плетением на разных масштабах: и миллиметровых, и микронных, и порядка нанометра», – говорит Вадим Бражкин. Такое «сучковатое дерево», которое не разрубишь вдоль волокон, где «сучки» – переплетения углеродных нитей.

«Это самый прочный материал из тех, что мы знаем. В двигателях он выдерживает до 4 тыс. градусов», – присоединяется к беседе завлабораторией перспективных материалов Александр Антанович. На прессе он работает с первых дней: «Может, это прозвучит пафосно, но приятно, когда то, над чем трудишься, идёт в дело, работает, летает… Гордость большая чувствуется!»

Полвека в запасе

С помощью Большого пресса получают заметную долю углерод-углеродных композитов в России. На Западе используется другой способ – газостатный, но он более опасный и дорогой. «Каждые несколько лет мы делаем мониторинг основных частей: ещё лет 50 он будет спокойно без ремонта работать. Всё сделано с большим запасом», – заверяет Вадим Бражкин. И, скорее всего, эти 50 лет пресс будет оставаться самым большим и мощным в мире из исследовательских. «В России и СССР всегда любили большие масштабы: Царь-пушка, Царь-колокол, бомба в 50 мегатонн. И вот – Царь-пресс… – размышляет учёный. – А сегодня люди считают деньги. На нашем аппарате можно создавать что-то новое – но что? Задач такого масштаба пока нет».

Но если нет сейчас, может быть, появятся в будущем? А для научных экспериментов «со стороны» уникальная установка открыта уже сейчас.

Владимир МИЛОВИДОВ,

фото Александры ПЕТРОВОЙ

В мире имеются штамповочные прессы усилием 75 и
65 тыс. тонн, два в России, один во Франции. Их детали изготовлены также в Краматорске. Близкий по усилию
(30 тыс. тонн) исследовательский пресс находится в японском городе Цукуба, недалеко от Токио. Его усилие в пять раз меньше, но он на порядок быстрее в работе: можно ставить до десяти опытов в день. Работали на нём и учёные ИФВД.