Наука в небезпеці. Опір надтвердих матеріалів

Київський Інститут надтвердих матеріалів імені В. М. Бакуля Національної академії наук став однією з цілей російської агресії. У березні на нього не пожаліли дорогу крилату ракету. Зважаючи на площу інституту у 15 гектарів, це не той випадок, коли «високоточна зброя» не туди полетіла. Окрім неї, росіяни використали також ударні дрони, хоча внаслідок атаки пошкодили тільки стіни і дах одного корпусу, високовольтний провід і багато вікон. Чим саме їх так зацікавила ця інституція і як вона живе в умовах війни? Саме ці питання ми ставили собі, коли домовлялися про розмову з директором інституту, академіком Володимиром Туркевичем.

Інститут зовні виглядає як типовий гігант радянської індустрії. Велика площа з сорока корпусами,  для зручності маркована внутрішньою топонімією (вулиці названі на честь видатних працівників інституції). Споруди обшарпані не тільки бойовими діями, але й пострадянською кризою, хоча всередині відбувається активний рух.

Для початку я попросив академіка розповісти про історію інституту.

Алмаз – це найтвердіший із відомих мінералів на Землі. Ця властивість дуже корисна у виробництві, саме тому науковці захотіли синтезувати штучний алмаз.

Вперше це вдалося фахівцям шведської фірми ASEA у 1953 році, однак вони не довели справу до патенту. Через два роки американці з General Electrics запатентували технологію синтезу алмазу. Причому у самому документі покликалися на публікацію 1939 року українського вченого Олександра Лейпунського з журналу «Успіхи хімії», де той змоделював три шляхи синтезу алмазів.

Радянський фізик Леонід Верещагін відтворив американську технологію у Москві у 1960 році, й американці подали на нього до суду за порушення патенту. Міжнародний суд вказав на те, що технологія покликається на статтю Лейпунського, і змусив американців укладати мирову угоду.

Харківський виробничник і науковець Валентин Бакуль на той момент очолював підприємство, що виготовляло твердосплавні вироби (карбід вольфраму з кобальтом), які використовувалися у гірничій галузі. На початку 1960-х він переніс підприємство з Харкова на київську Пріорку, а коли дізнався про прорив Верещагіна, то відразу вирішив зробити апґрейд свого виробництва з твердосплавних матеріалів на надтверді. Він запросив Верещагіна в Київ і вибив у партійців 50 мільйонів рублів на будівництво величезного інституту.

Так постав Український науково-дослідний і конструкторсько-технологічний інститут синтетичних надтвердих матеріалів та інструменту Держплану УРСР, який спочатку підпорядковувався напряму Раді міністрів Радянської України і був заточений більше під виробництво надтвердих матеріалів, ніж під науково-дослідну діяльність.

За рік після відкриття інститут випустив першу партію штучних алмазів у 2000 карат, приурочивши її до ХХІІ з’їзду КПРС, про що гордо повідомляє меморіальна дошка на території інституту, яку залишили з тих часів як нагадування про історію.

Через десять років, у 1972, інститут підпорядкували академії наук і перейменували на Інститут надтвердих матеріалів. У 1977 його очолив Микола Новіков, який переорієнтував установу на науково-дослідний вектор, суттєво збільшуючи штат працівників з науковими званнями, але не занедбуючи виробничу лінію.

За часів СРСР інститут мав 900 працівників, на інститутському заводі працювало 2500 людей. Окрім цього, діяло Спеціальне конструкторсько-технологічне бюро на 900 працівників.

Після розпаду СРСР суттєво зменшився ринок збуту для продукції заводу, Конструкторське бюро ліквідували, інститут поступово скоротився до 350 співробітників, а завод розпався на 10 малих підприємств, що працюють за його технологіями. Однак третій директор інституту, академік Володимир Туркевич намагається втримати науковий потенціал установи.

За більше ніж шістдесят років діяльності інститут постійно розвивався. Тут навчилися вирощувати великі кристали алмазу (до 10 мм). Також вчені освоїли синтез другого найтвердішого матеріалу – кубічного нітриду бору.

Твердість сталі – від двох до п’яти гігапаскалів (ГПа), твердість алмазу – 100 ГПа. Однак алмазом не можна різати чорні метали, бо він вступає у хімічну реакцію під час нагрівання і зношується. Саме тут у пригоді стає кубічний нітрид бору, твердість якого 60 ГПа і який чудово ріже чавун, сталь та нікелеві суперсплави.

Інститут розробляє не тільки самі матеріали, але й технології їхнього виготовлення, зокрема апарати високого тиску. І саме ці наукові напрацювання зараз становлять основу доходу інституту. Технології продано у вісім країн.

Тиск у шині автомобільного колеса – дві атмосфери, у балоні з пропаном – 40, у гарматі під час пострілу – 2000. А щоб виготовити штучний алмаз потрібно 50 – 80 тисяч атмосфер.

Надтверді матеріали використовують не тільки для виготовлення інструментів, вони цінні для електроніки й оборонного комплексу.

Академік Туркевич цього не приховує: «Інститут завжди був тісно пов’язаний з оборонкою. Певна кількість наших співробітників мала спеціальні допуски, і так є дотепер. За часів Союзу я особисто багато разів їздив під Москву на закриті підприємства. У нас є режимно-секретний відділ. Зараз ця тематика поступово скорочується, але є низка розробок, необхідних для оборонки».

Після 2014 року усю співпрацю з Росією та Білоруссю припинили, але на оборонний комплекс України інститут працює надалі. Вчений побіжно розповів про 10 відкритих розробок для оборонки, які презентували Президії Академії наук.

Одна з них – це керамічно-полімерні бронеплити для захисту бронетехніки. Стандартний захист БТРа витримує постріл бронебійної кулі калібру 7,62, а куля крупнокаліберної гвинтівки чи танкового кулемету Владімірова прошивають його наскрізь. Спроєктовані керамічно-полімерні плити витримують удар з енергією більше 30 кДж, тобто вирішують цю проблему, а їхня вага не перевантажує БТР.

Ще одна розробка – гібридний підшипник для гвинта вертольота. Зараз використовують сталевий, який має постійно змащуватися за допомогою маслопровода. Як тільки маслопровід виходить з ладу, підшипник клинить і вертоліт падає. Розроблені керамічні кульки з нітриду кремнію певний час можуть працювати без змащування, що дає змогу безпечно посадити вертоліт.

А ще в інституті можна було б налагодити масове виробництво бронежилетів шостого класу з карбіду кремнію (про класи бронежилетів детальніше можна прочитати тут – ред.), якщо б вчасно закупили необхідне обладнання і запустили лінію. Є технології і місце під виробництво, але кошти для цього не знайшли. Причому інститут виробляв індивідуальні бронеплити під час радянської інтервенції в Афганістані.

Російська атака завдала збитків інституту і його підприємствам на два мільйони доларів, але, на щастя, обладнання не постраждало. Установа відкрила благодійні рахунки на відновлення, уже вдалося замінити 20% розбитих вікон.

Попри воєнний стан, з 180 науковців інституту тільки 14 зараз перебувають за кордоном. Вони працюють у партнерських установах Польщі, Німеччини і Франції, використовують їхнє аналітичне обладнання для досліджень інституту Бакуля.

Найбільші клопоти для установи – це скорочення державного фінансування, врізання державних ґрантів і занепокоєність міжнародних партнерів: вони не впевнені, чи зможе інститут в умовах війни виконати свої зобов’язання і вчасно відзвітувати. Але директор повний оптимізму, переконує міжнародних партнерів і шукає нові ґранти.

Про міжнародне значення установи свідчить хоча б те, що інститут має власне видання «Надтверді матеріали», що індексується у Scopus (міжнародна база даних та інструмент для відстеження цитованості статей, опублікованих у наукових виданнях), перекладається і розповсюджується міжнародним видавництвом Springer.

Наостанок я запитав директора, що б він зробив, якщо б мав необмежене фінансування.

«У прикладних дослідженнях я б сконцентрувався на десяти наших оборонних технологіях, бо не вірю, що війна скоро закінчиться, треба не ховати голову в пісок, а вирішувати нагальні проблеми. Окрім цього, технології обробки – різання, абразивного шліфування, деформуючого протягування, – завжди актуальні для виробництва у найрізноманітніших галузях.

У сфері фундаментальних досліджень я би сконцентрувався на розробленні технології отримання монокристалів нітриду галію, які можна застосовувати для виробництва голубого лазера».

Під час інтерв’ю академік Туркевич переривав нашу розмову, бо саме вирішував справу працевлаштування для колеги з Миколаєва, інститут якої постраждав значно більше, ніж його.

Попри війну і пережиту атаку, робота в інституті Бакуля триває. Не дарма ж ця установа займається вивченням надтвердих матеріалів.

Серія репортажів здійснена за підтримки проєкту Documenting Ukraine від Institut für die Wissenschaften vom Menschen.