Хроники невозможного. Фактор "Х" для русского прорыва в будущее

Калашников Максим

Нужно было двигаться дальше. Виктор Петрик делает личный заказ на военном заводе "Электромеханика" во Ржеве - на изготовление восьми машин продольно-горизонтального синтеза, разработанных гениальным ученым, член-корреспондентом РАН Хачатуром Багдасаровым.

Именно на установке Багдасарова В. Петрик впервые в мире вырастил гигантский рубин в молибденовом тигле. Дело в том, что синтез камней традиционными методами (например, методом Чохральского) имеет некооторые сильные ограничения. Например, невозможность равномерного распределения в кристалле, растущем из расплава, заданных примесей - в процессе формирования

кристаллической решетки они просто вытесняются.

Это свойство положено в основу технологии очистки материалов методом зонной перекристализации градиентом температур. Так получают сверхчистый алюминий, что называется - девять девяток. То же происходит и при очистке лейкосапфира: вся грязь концентрируется в "пятке" выращиваемого кристалла. Ее остается только отрезать.

А зачем вообще аносить в кристалл какие-то примеси? Да затем, что от них зависит многое, в том числе - и окраска камня. Например, бесцветный корунд (лейкосапфир) с вндренными в решетку атомами титана будет иметь голубой цвет, а примеси хрома придадут ему ярко-красную окраску, и мы получим драгоценный камень под названием "рубин". Еще одна трудность - взаимодействие при высоких температурах хрома с материалом тигля. А это, как правило, вольфрам.

В свое время профессор Мусатов из ГОИ пробовал вырастить гигантский рубин для лазеров. Ради этого невероятными усилиями был создан семикилограммовый иридиевый тигель. Но хром взаимодействует даже с иридием, - рассказывает Виктор Иванович.
– Впервые в истории искусственный рубин синтезировал Вернель, в конце девятнадцатого века. Для этого он разработал бестигельный метод, при котором шихта плавится прямо в пламени водородной горелки.

Нам же удалось вырастить рубин в молибденовой "лодке". Чем же был защищен молибден? По методу горизонтального синтеза Хачатура Багдасарова: "лодка" с шихтой входит в зону нагрева. В носик "лодки" введен маленький природный рубин-затравка. Далее расплав, охлаждаясь, начинает кристаллизоваться вокруг той самой затравки.

Что сделал я? Сначала вырастил лейкосапфир. Потом снова размягчил его и насыпал сверху смесь оксидов хрома и железа. Ионы хрома, не соприкасаясь со стенками тигля, диффундируют в кристалл, занимают в решетке свободные от алюминия вакансии. Так получился рубин.

Следующей целью стала шпинель. Цветом такая же, как и рубин, но с фиолетовым оттенком. Потому ее поэтично называют "рубином цвета запекшейся голубиной крови". Этот оттенок придает шпинели содержащийся в ней магний.

Засев за литературу, я обнаружил работу немца, доктора Аккермана, где он говорил о том, что лазерный скальпель не на рубине, а на шпинели - это настоящий прорыв в лазерной хирургии, - продолжает Мастер.
– Аккерман уповал на природную, монокристаллическую шпинель. Прочитав такое, решаю: переключусь с ювелирной цели на другую, займусь-ка конструкционной шпинелью !

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 зольгель 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 ВЫД ГОИ им. С. И. Вавилова оформили метрологическое свидетельство 51802-1201. Конструкционные характеристики разработанной шпинели оказались подтверждены метрологическими свидетельствами государственного сертификационном центра "ВНРШМ им. Д. М. Менделеева" в 1994 году. Проведенные исследования подтвердили, что термостойкость и прочность к разрушению у поликристаллических материалов значительно выше, чем у монокристаллов.