Moskva, Moscow, Russian Federation
The competence of the consumer of knowledge limits the creative potential of the graduate of the university. The threshold of competencies does not allow him to go beyond traditional technologies. The problem of multiple enhancement of consumer properties of machine-building materials for structural and functional purposes is considered.
competence, material science, new technology, volumetric nanomaterial, one-stage technology.
Создание принципиально новой техники предъявляет максимально жесткие требования к машиностроительным материалам. Для обеспечения работоспособности таких технических устройств необходимы материалы, конструкционные свойства которых многократно превы-шают уровень свойств, достигнутый на данном этапе развития технологии. Однако традици-онные способы упрочнения существующих материалов не позволяют достичь желаемого ре-зультата. Попытки многократного повышения прочности материалов традиционными спосо-бами блокируются резким снижением их пластичности.
Традиционно принято считать, что техническое задание конструктора стимулирует повышение технических характеристик машиностроительных материалов. Однако это отно-сится только к традиционным, уже существующим, материалам с устоявшейся технологией их производства. Таким путем можно достичь повышения характеристик материала на про-центы от существующего уровня. Дальше тупик: повышаем прочность – падает пластич-ность материала.
Поэтому нельзя согласиться с устоявшимся стереотипом, что принципиально новые материалы создаются по желанию конструктора. И конструктор новой техники и разработ-чик материала знают об упомянутом тупике, а о возможности многократного повышения технических характеристик материала и не догадываются, поскольку они оба окончили про-фильные вузы и обладают соответствующими компетенциями.
Понятие «компетенции» введено в вузы федеральными государственными образова-тельными стандартами (ФГОС), разработанными Министерством образования и науки РФ [1]. Основную цель нововведения предельно ясно выразил руководивший разработкой министр Фурсенко А.В. на ежегодном молодежном форуме на Селигере. По словам замести-теля Председателя Комитета по образованию и науке Государственной думы РФ, Председа-теля движения «Образование для всех» Смолина О.П. Министр Минобрнауки заявил, что, по его мнению, «недостатком советской системы образования была попытка формировать человека-творца, а сейчас задача заключается в том, чтобы взрастить квалифицированного потребителя, способного квалифицированно пользоваться результатами творчества других»
[2].
Анализ ФГОС третьего поколения показывает, что «компетентностный подход» к образованию студентов высшей школы успешно развивается, несмотря на неоднократное кадровое обновление руководства Минобрнауки. Формирование компетенции должно вклю-чать в себя не только изучение основ фундаментальных наук, что издавна считалось главным достоинством университетского образования, но и демонстрацию умений и получение навы-ков, необходимых для эффективного выполнения выпускниками своих будущих должност-ных обязанностей. Это означает, что на фундаментальное образование студента отводится только ⅓ общего баланса времени, а ⅔ тратится на освоение рутинных процедур. Поэтому от выпускников современной высшей школы, обладающих компетенциями по ФГОС, в тан-деме конструктор-материаловед трудно ожидать оформление конструктором и согласование с материаловедом технического задания на разработку принципиально нового материала с техническими характеристиками многократно выше существующего уровня, необходимого для создания техники нового поколения.
Кроме того, работа по техническому заданию связана с жесткими сроками. А разработ-ка принципиально новых материалов требует более длительного времени. В частности, тео-ретическая проработка и экспериментальная проверка теории создания объемных наномате-риалов на модельной системе углерод-углерод, а краткое изложение полученных при этом практических результатов завершает данную статью, заняли 16 лет интенсивного труда автора разработки.
Отечественная техника в большинстве случаев не соответствует мировому уровню. Закупка импортной техники или ее сборка на российской территории из импортных ком-плектующих ставит нашу промышленность в невыгодное положение вечно догоняющего. В настоящее время даже замена импортных составляющих на детали российского производст-ва встречает серьезные затруднения вследствие низкого качества заменителей, выпускаемых нашими заводами. Новейшую технику следующего поколения, основанную на использова-нии принципиально новых материалов иностранного производства, опять будем вынуждены закупать за рубежом. Иностранный производитель не заинтересован в передаче на дочерние предприятия своих последних разработок, новинки он будет дорабатывать и производить на головном предприятии. Они будут предложены нам только после того, как серийный выпуск данной продукции окупит все затраты на научно-исследовательские и опытно-конструктор-ские работы и принесет запланированную норму прибыли.
Отсутствие современного машиностроительного комплекса, способного производить конкурентоспособную технику массового потребления, тормозит многократно деклариро-ванную диверсификацию экономики, Россия постепенно превращается в сырьевой придаток промышленно развитых стран. Большинство экспертов сходятся во мнении, что для выхода из надвигающейся точки невозврата и для сохранения нашей страной статуса промышленно-развитой державы необходимо незамедлительное реструктурирование отечественного маши-ностроения. Представители экономической науки считают, что наиболее важным условием успешного противостояния жесткой конкуренции зарубежных машиностроительных корпо-раций является правильная промышленная политика, которая наряду с финансами сводится к консолидации активов, усилению вертикальной интеграции и освоению современных форм организации НИОКР и производства [3]. Техническая элита, добавляя к этому перечню необ-ходимость пополнения машиностроительных предприятий квалифицированными кадрами, делает упор на перевооружение отечественного машиностроения конкурентоспособной тех-никой [4].
Нами поставлена задача создать моностадийную технологию материалов конструкци-онного и функционального назначения с потребительскими свойствами многократно выше свойств аналогичных материалов традиционной технологии. Предлагаемый подход к дости-жению поставленной цели основан на реализации в потребительских свойствах машиностро-ительных материалов нового поколения потенциальных возможностей наноразмерного сос-тояния вещества.
По предлагаемой технологии объемный наноматериал получают путем связывания наночастиц матрицей того же или другого химического состава в едином технологическом процессе. Экспериментальная проверка теоретических положений выполнена на примере углерода в аллотропной модификации графита, что представляет значительный теоретичес-кий и практический интерес. Наноразмерный наполнитель формируется одновременно с матрицей в одном и том же химическом реакторе, т.е. технология является моностадийной: в реактор поступает исходное сырье, а из реактора выходит конечный продукт – обьемный наноматериал. Этим предлагаемая технология принципиально отличается от традиционно многостадийной технологии компактирования наноразмерного наполнителя [5]. Предлага-емая технология позволяет практически при тех же экономических затратах получать обьем-ный наноматериал вместо нанопорошка.
Полученный по предлагаемой технологии объемный углеродный наноматериал не име-ет аналогов в мире и превосходит известные материалы по технологии, комплексу потреби-тельских свойств, диапазону применения и техническому потенциалу. Наноразмерная струк-тура придает материалу уникальные свойства, востребованные в современном машинострое-нии. Он многократно превосходит: углеродные материалы традиционной технологии – по техническим характеристикам до 300 раз, вольфрам – по высокотемпературной удельной прочности до 5 раз. Кроме того, он химически и биологически инертен, газонепроницаем, работоспособен в условиях радиации, по электрохимическому потенциалу близок к благо-родным металлам – золоту и платине.
Уникальные свойства и технический потенциал углеродного наноматериала востребо-ваны как в самых смелых проектах человечества (искусственный клапан сердца, термоядер-ный реактор), так и в традиционном машиностроении при создании техники нового поколе-ния. Конструктивное оформление ответственных узлов машиностроительной продукции с использованием углеродного наноматериала придают конечному продукту технические характеристики выше мирового уровня, обеспечивая его работоспособность в экстремальных условиях эксплуатации.
В заключение предлагаем реализовать предлагаемый подход для создания широкой гаммы наноматериалов системы наполнитель-матрица другого химического состава с не менее уникальными потребительскими свойствами.
Основные положения мировоззренческой позиции автора и результаты реализации ее в машиностроительной практике, тезисно представленные в данной статье, более подробно изложены в учебном пособии для вузов «Машиностроительные материалы нового поколе-ния», которое выходит в Издательстве Инфра-М [6]. Пособие предназначено для студентов технических вузов, ориентированных на создание новой техники.
Дидактический материал, вошедший в учебное пособие, использовался автором в течение многих лет для проведения занятий со студентами Университета машиностроения (ФГБОУ ВО «Московский государственный машиностроительный университет»).
1. URL: http://fgosvo.ru/220301
2. URL: http://www.aif.ru/dossier/1399
3. Bodrunov S.D. Sostoyanie i tendencii razvitiya mashinostroeniya Rossii // Ekonomicheskoe vozrozhdenie Rossii, № 3, 2012.
4. Grigor'ev S.N. Kurs na kadrovoe i tehnologicheskoe perevooruzhenie otechestvennogo mashinostroeniya // Tehnologiya mashinostroeniya. – № 1, 2012.
5. Volkov G.M. Tehnologicheskie processy kompaktirovaniya i konsolidacii nanochastic v ob'emnyy material // Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii, № 5, 2014.
6. Volkov G.M. Mashinostroitel'nye materialy novogo pokoleniya. – Moskva: NIC Infra-M, 2017, 240
