И тут Виктор Иванович приходит к выводу: для этого потребна на монокристаллическая, а поликристаллическая шпинель. Потому что она по части "трещиноватости" в 14 с половиной раз более стойка, чем монокристалл. Поясним: монокристалл – это действительно один, сплошной кристалл. Поликристалл – это множество "кубиков", отдельных кристаллов, спаянных в одно "тело". Эти кристаллики расположены упорядоченно, и если один из них трескается, то трещина не выходит за его границы. А уж если трескается монокристалл, то раскалывается сразу по всей протяженности. Особенно при перегреве кристалла такое случается, например с сапфирами.
Но надо было синтезировать поликристаллическую шпинель. Поиски в литературе показали, что ученые в США и у нас давно пытаются это сделать. Для чего? Для тех самых прозрачных ракетных обтекателей, проницаемых и для радиоволн, и для инфракрасных лучей, и для ультрафиолета. Но в тот момент Мастер думал об оружии в последнюю очередь. Приоритетом были именно скальпели для лазерной хирургии.
Как же добиться желаемого, если здесь потерпели неудачу и советские, и американские исследователи? Мастер приходит к выводу: они пытались синтезировать поликристаллическую шпинель из сульфатов магния и алюминия. Для синтеза пробовали подобрать температуры, давления и всевозможные добавки.
Мастер сам заказывает специальные прессы на Армавирском заводе испытательных машин: умопомрачающе дорогие. Ведь их пресс-формы должны быть сделаны методом порошковой металлургии из циркония и молибдена. Никакой другой металл просто не выдержит крайне высоких, рабочих температур и давления, просто "поплывет". Но эти сложные прессы, способные долго и понемногу, повинуясь программе, наращивать давление, ему понадобились несколько в ином процессе, нежели тот, что пробовали использовать в США и СССР.
В. Петрик применил для получения поликристаллической шпинели тот самый золь-гель метод, что он использовал еще в исправительной колонии для того, чтобы сделать опал. Он растворил в изопропиловом спирте алюминий: варите в спирте стружку. В другой колбе Мастер растворил магний. Затем эти растворы сливались в нужном процентом соотношении: 60 на 40. А потом начиналось выпаривание. Так что никаких тайн тут не было и нет. Секрет – в добавляемом в процесс ингибиторе-замедлителе. Он приостанавливает рост частиц. И получаются наноразмерные частички.
Полученный мельчайший порошок Мастер высыпал в пуансон матрицы и сжимал их, и спекал при температуре в 600 градусов. В полученный спек затем помещался в те самые армавирские прессы, которые при высокой температуре начинали сдавливать его. Благодаря добавке из лития или скандия начинается рост поликристаллитиков. Они растут как раз вокруг крупиц добавки. А поскольку все происходит под давлением, эти кристаллики упорядочиваются, ориентируются в одном направлении. Из-за этой ориентированности вы получаете прозрачный в видимом диапазоне материал.
Полученную шпинель, уже в виде готовых обтекателей для ракет, Виктор Петрик передал на испытание в Оптический институт им. Вавилова. В тот самый институт, который безуспешно, начиная с 1972 и вплоть до 1998 года, пытался синтезировать этот материал. По результатам измерения спектральных характеристик в ВНЦ ГОИ им. С. И. Вавилова оформили метрологическое свидетельство № 51802-1201. Конструкционные характеристики разработанной шпинели оказались подтверждены метрологическими свидетельствами государственного сертификационном центра "ВНИИМ им. Д. М. Менделеева" в 1994 году. Проведенные исследования подтвердили, что термостойкость и прочность к разрушению у поликристаллических материалов значительно выше, чем у монокристаллов.
Но если бы Мастер в 90-е знал, что это отнюдь не триумф, а начало долгой борьбы за его изобретение! Если бы он знал, что еще придется выдержать!
А в девяностые один хороший отзыв о поликристаллической шпинели следовал за другим.
Генеральный директор Всероссийского научного центра "ГОИ им. Вавилова" В. И. Пучков написал:
"Разработку керамики с аналогичными свойствами ведут в СССР многие НИИ с 1974 года. Разработанная В. И. Петриком технология по синтезу алюмомагниевой керамики методом золь-гель-технологии является огромным научным достижением. Возможности применения алюмомагниевой шпинели очень велики".
Вслед за этим Мастер передает шпинель в компетентные органы, от которых она поступает в самое сердце ракетных технологий СССР, а теперь и РФ – к создателю. легендарных ракетных комплексов ЗРК "Круг", ЗРК "Оса", ЗPC "С-300В", ЗРК "Тор", ЗРС "Антей-2500", генеральному конструктору Концерна ПВО "Алмаз-Антей" Е. П. Ефремову. Он пишет:
"Разработанная В. И. Петриком оптическая керамика обладает уникальными свойствами, а ее создание является научным достижением".
А потом обтекатели из шпинели Петрика поступили к непосредственному производителю ракетных комплексов "Игла". И вот начальник и главный конструктор "Конструкторского бюро машиностроения", доктор технических наук Н. И. Гущин отмечает:
"Данный материал, безусловно, обладает высокими техническими характеристиками. В настоящее время при создании многоспектральных изделий специального назначения он может найти широкое применение для изготовления обтекателей изделий, работающих в экстремальных условиях".
Заместитель председателя комитата по военно-технической политике МО РФ А. Бриндиков оставляет свое мнение:
"Всеми специалистами отмечается высокий технологический уровень разработок, по ряду из которых аналогичные достижения за рубежом отсутствуют. Некоторые организации крайне заинтересованы в подобной оптической броневой керамике повышенной прочности для изготовления обтекателей".
Казалось бы, технология есть, она проверена. Осталось только принять решение, провести последние испытания – и приобрести ее у автора, чтобы развивать дальше. Но не тут-то было! Осенью 2009 года громыхнул знаменитый скандал, когда Мастера стали обвинять во всех грехах и в том, что на самом деле он ничего не изобрел. То же самое стали говорить и о поликристаллической шпинели. На этом фоне образцы броневой керамики Виктора Ивановича поступили в Институт кристаллографии РАН.
Экспертизу делали под руководством выдающегося ученого – члена-корреспондента РАН Хачатура Багдасарова. Его мнение нам особо интересно. Тем более что главные направления научной деятельности Багдасарова – создание теоретических основ синтеза тугоплавких монокристаллов и развитие лазерной техники.
Багдасаров свидетельствует
Итак, Хачатур Багдасаров, получив в руки эту синтезированную шпинель, проверил ее характеристики в декабре 2009-го – и дал заключение: да, это – прозрачная поликристаллическая шпинель! Но каким образом она сработана? Он сам бы хотел на это взглянуть, увидев исходные порошки. А когда увидел – стал другом Мастера.
Действительно, два из пяти представленных на испытания в Институт кристаллографии РАН образца шпинели Мастера обладали частичной прозрачностью для лучей с длиной волн до 200 нанометров, очень хорошей – в диапазоне волн в 400–900 нм. Ну, а самая лучшая прозрачность у них отмечена в диапазоне 3–5 тысяч нанометров. (Для сравнения: фторид магния пропускает волны длиной от 120 до 8000 нанометров. Диапазон ультрафиолетового излучения – 10-380 нанометров. Диапазон инфракрасного излучения – от 740 до 1–2 миллионов нанометров.)
То есть, ракета с передним окном из такой шпинели действительно увидит и тепловое, и ультрафиолетовое излучение самолета, а вернее – горячих сопел его двигателей. Вот что говорит сам Хачатур Саакович:
– Виктор Иванович Петрик открывает новую страницу в металлургии и вообще в области создания новых материалов. Это совершенно новая область, которой очень много занимаются в Соединенных Штатах, в Японии и у нас в России. Именно Петрик делает это дело очень успешно.
…Развиваются две технологии: золь-гель технология, которую продвигает Петрик, и технология прямого плавления вещества, которую развиваю я. Думаю, что технология Петрика – более перспективная, поскольку затраты экономические меньшие, энергетические – тоже меньшие и т. д. Нужно отдать должное Виктору Ивановичу: он очень открыт для дискуссии, он не создавал никаких трудностей в общении, он принимал активное участие во всех наших начинаниях. Все, что мы хотели, мы получили. Среди крупных достижений – это шпинель, температура плавления которой – 2135 градусов.
Это очень высокая температура и крайне агрессивная среда. Где тот материал, в котором это можно расплавить? Виктор Иванович показал, что такую шпинель можно получить не путем получения монокристалла, а через создание поликристаллов, причем при температурах от 900 до 1200 градусов. Думаю, что это – очень перспективное дело.
– Вторая работа, которая, на мой взгляд, очень интересная, это работа с кремнием. Я думаю, что энергетическая проблема по кремнию будет решена с помощью работ Виктора Ивановича Петрика.
…Эти работы являются прорывными, они открывают новую страницу в науке, поскольку нужно дать объяснение всем явлениям, которые он наблюдает, и поэтому с ним активно должны работать теоретики, объясняя все явления, которые он наблюдает. Если соединить фундаментальные исследования и прикладные работы Виктора Ивановича, то мы получим хорошие результаты. Мы поймем, в конце концов, что такое наночастица, как она взаимодействует с другими наночастицами и со средой, и получим совершенно новые результаты, которые считались ранее недостижимыми. Благодаря экспериментам, которые он проводит, он получил очень хорошие результаты, их мы можем использовать в практике.
Нужно повернуть к работам Виктора Ивановича металлургов. Нужно изучать наночастицы металлов, их особенности, их нескомпенсированность связей – и так далее. Надо изучать, как влияют эти нескомпенсированные связи на физические свойства керамических материалов.
…Обязательно должна быть оказана государственная и научная помощь Виктору Ивановичу, потому что он идет впереди всей планеты. Он проводит чудесные эксперименты, которые нужно объяснять. Почему получаются эти результаты, а не какие-то другие? Здесь очень важна роль теоретиков, которые занимаются проблемами новых материалов, и государство должно поддерживать эти работы. Это – новая страница в материаловедении.
Материаловедение состоит из двух частей. Первая связана с плавлением исходного вещества, и к этому направлению принадлежу я. И есть часть, связанная с твердым состоянием вещества, с использованием наночастиц для получения поликристаллов. Этому направлению принадлежит Виктор Петрик. Нужно объединять эти работы, привлекать специалистов по металлам и по керамике, объединять усилия разных научных организаций. Они должны создавать совершенно новую теорию получения новых материалов…
Мытарства первопроходца
Отметим, что история самого Хачатура Багдасарова – ярчайшее свидетельство глубокой и давней болезни отечественной науки. Дело в том, что, несмотря на мировое признание его технологического прорыва, успешное внедрение багдасаровского метода в производство и Государственную премию 1972 года, его еще в СССР пытались объявить лжеученым.
Кто? Теоретики. Те, которые презрительно называли его "технологом" и замыкались в своих формулах, вместо того, чтобы стоять рядом с экспериментатором в лаборатории и пытаться объяснить то, что выходило на ПРАКТИКЕ и противоречило их теориям. Наоборот, они стаей воронья налетали на Хачатура Багдасарова и пытались его заклевать, только критикуя его метод. При этом ни один из них ничего прорывного создавал: вся энергия этих теоретиков уходила на то, чтобы загрызть других. Один из них в Институте кристаллографии, Ч., даже уволил сотрудницу своего подразделения, когда та вырастила кристалл нафталина, причем с нарушением признанной теории. По принципу: опровергаешь устоявшиеся представления и теорию – тем хуже для тебя. И клевали Хачатура Сааковича долго – до конца 1980-х.
Потом, когда метод Багдасарова завоевал мировое признание, заговорили иначе: мол, не он один его создавал, "мы тоже пахали". В общем, вот вам доказательство "беспристрастности" отечественной науки.
Как все это похоже на историю самого Виктора Петрика! Впрочем, Х. Багдасарову еще повезло: его в свое время подкрепил своим авторитетом великий Мстислав Келдыш, в 1961–1975 годах президент АН СССР, а в 1975–1978 годах – член президиума Академии. Хачатур Багдасаров, отказавшись от должности главы строящейся Черноголовки, по поручению правительства СССР создал филиал Института кристаллографии. В РФ, увы, уничтоженный.
Мнение этого профессионала о шпинели Петрика для нас гораздо ценнее, чем злобствования старцев из Комиссии по лженауке, которые ничего великого в жизни не создали и спецами по части кристаллов не выступают. Все эти истории говорят о том, что наука наша серьезно больна: она пытается уничтожать новаторов вместо того, чтобы им помогать.
Какие же возможности открывают перед страной поликристаллы Виктора Петрика? В чем Багдасаров увидел перспективы, где может быть смычка его работ с трудами Мастера?
Ключ к мощным лазерам
Прозрачные обтекатели для ракет и медицинские инструменты – только часть дела. Мастер уверен, что именно поликристаллы позволят преодолеть и тот тупик, в который зашла лазерная техника. Позволят создать сверхмощные лазеры. В чем сей тупик? В том, что нет возможности делать рабочие тела мощных лазеров из монокристалла: он не выдерживает чудовищных нагрузок и разрушается.
– Поликристаллические материалы могут выдержать в тысячу раз больше! – рубит ладонью Виктор Иванович. – Недаром иностранцы уже создали алюмо-иттриевый поликристаллический гранат (YAG). То есть в алюминиевую кристаллическую решетку ввели иттрий. Но я-то тот же самый материал сделал в 1996-м, хотя тогда еще лишь в ювелирных целях. Как камень для колец. Из него я, кстати, сделал портрет Буша-младшего.
Но теперь такая керамика применяется для создания очень мощных лазеров…
Мастер рассказывает, что скачок мощности так называемых керамических лазеров произошел в 2001-м. Успеха добились японцы: команда Уэды из университета "Electro-communications" вместе с исследователями Яги и Янагитани из компании "Konoshima Chemical Company" (начиная с 1999 г.) разработали технологию получения активных поликристаллических сред для лазеров. Основанную именно на спекании в вакууме особо чистых исходных нанопорошков. В этой работе активное участие принимал и ученый из России А. Каминский, сотрудник Института кристаллографии РАН. Японцы успешно запатентовали этот метод.
Исследования японцев показали, что иттрий-алюминиевый поликристаллический гранат, созданный по их технологии, очень прозрачен, имеет низкое рассеяние света и при этом очень прочен – прочнее монокристалла. И жаростойкость у "поли-" намного выше, чем у "моно-". А главное – так можно получать очень большие поликристаллы. Но ведь Мастер пришел к этому на полтора десятка лет раньше. Но разве кто-то в РФ это заметил?
Прорыв японцев 2001 года в области поликристаллической лазерной керамики вызвал настоящий бум работ по разработкам такого рода материалов во всем мире. Они идут и у нас, и в США, и в Европе, и в Китае и даже в Иране. Только с 2005 по 2009 прошло пять международных симпозиумов, посвященных прозрачной оптической поликристаллической керамике. Но это вообще прошло мимо внимания Комиссии по лженауке.
После успешной демонстрации возможности получения иттрий-алюминиево-гранатного лазера (YAG-лазера) с поликристаллической оптической средой, активированной неодимом, в прорыв пошли американцы с китайцами. К разработкам технологий получения поликристаллических материалов приступили Ливерморская Лоуренсова лаборатория (Lawrence Livermore National Laboratory), "Baikowcki Company", а также знаменитейшая корпорация "Рейтеон", создатель американского противоракетно-зенитного комлекса "Пэтриот". Сюда же подтянулся Макромолекулярный научно-инженерный центр университета Мичигана. Немцы запустили такие работы в Институте Макса Планка. Словом, мощнейшие и богатейшие научные центры Запада, с которыми так нелегко тягаться маленькому институту Мастера во Всеволожске.
– Американцы применяют поликристаллический YAG для постройки стокиловаттного лазера. На испытаниях он за десять секунд прорезает сталь в 2,5 сантиметра толщиной. Еще пятьдесят киловатт мощности добавят – и получат полноценное лучеметное оружие. Способное, кстати, и ракеты сбивать, – считает Мастер. – Так что все эти пляски вокруг ракет-противоракет в Европе, по-моему, только прикрытие. Тем самым американцы наших дурачков водят за нос. На самом деле, они ведут дело к созданию лазерного оружия. А Багдасаров, хорошо понимая последствия этого, потому меня и поддержал.
Между тем, в США вновь проснулся интерес к созданию обтекателей ракет их искусственной шпинели. По крайней мере, со специального симпозиума в американском Минобороны в 1998 году.
Мастер же наш уже умеет создавать поликристаллические сапфиры…
Настоящая броня
Можно ли делать из поликристаллической шпинели настоящую прозрачную броню? Конечно, можно! Шпинель так и называется – броневой. Ее тонкий слой может защищать от пуль даже внушительного калибра.
Держу в руках документ 1995 года. Почти двадцать лет назад на питерском абразивном заводе "Ильич" испытывались образцы алюмомагнезиальной шпинели, изготовленной в тогдашней компании Мастера, "Инкорпорации 4Т". В плитки из шпинели выпускали пули из старого автомата Калашникова, 7,62-ммллиметрового АКМ. Если уж быть точным, то плитки толщиной в 6 миллиметров клали на подложку из армидной ткани ТСВМ-К4, а потом палили в них из АКМ патронами образца 1943 года. Тем самым определяя скорость предела тыльной прочности этих плиток. Собственно говоря, стреляли по шпинели на полигоне войсковой части 33491 – на том самом Ржевском полигоне для испытаний средств бронезащиты.
Выяснилось, что шпинелевые плитки держат 7,62-мм пулю, обладающую скоростью в 790 метров в секунду. Тогда как стандартные алюмооксидные керамические плитки Б-6 имеют предел в 720 метров в секунду. Это, конечно, не пуля АК-74 с начальной скоростью в 900 м/с, но все же…
Потом было более позднее испытание: поликристаллическая шпинелевая плитка выдержала пять выстрелов из винтовки Драгунова! То есть, она сдержала пули гораздо более мощных, чем АКМ-овские, трехлинейных, пулеметных 7,62-мм патронов. А такие пули, как знают многие, пробивают лобовую броню бронетранспортера.
Плотность стали – от 7,7 до 7,9 грамма в кубическом сантиметре. Плотность алюмомагнезиальной шпинели – 3,58 грамма на кубический сантиметр. Хотя бронежилеты давно не делаются из стали, все равно итоги испытаний впечатляют. Шпинель – действительно броня. Она годна для того, чтобы делать из нее прозрачные элементы военной техники, пуленепробиваемые иллюминаторы для космических, летательных и подводных аппаратов, прозрачные щитки защитных шлемов. Да и многое другое, кстати, что требует и прочности, и легкости, и стойкости к высоким температурам. В принципе, мотор с цилиндрами и поршнями из камня, весящий меньше металлического – это реально. А еще – долговечные сапфировые подшипники скольжения, равные по свойствам подшипникам качения из стали. Пластины композиционной брони для противопульных современных доспехов. И, конечно, те самые обтекатели для сверхскоростных ракет, проницаемые и для инфракрасных, и для ультрафиолетовых лучей. А какие прозрачные шлемы для космических скафандров можно делать? Для водолазов?