Реализация наноразмерной структуры в крупных изделиях в виде длинномерных технических проводов либо листового материала возможна при использовании технологии, разработанной во ФГУП ВНИИ неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара.
Использование сплавов систем Cu-Nb и Cu-V, в которых практически отсутствует взаимная растворимость компонентов, современных методов вакуумного литья и технологии сборок, позволило получать из слитков этих сплавов диаметром до 250 мм последующей их деформацией до больших степеней (ln m > 5, где m – степень вытяжки) длинномерные проводники с аномально высокими прочностью и электропроводностью.
Реализация нового принципа упрочнения композиционных материалов открывает совершенно новые перспективы в конструировании и создании различных устройств в самых разных отраслях техники, где помимо требования высокой прочности и электропроводности к свойствам материалов предъявляются и другие не менее жесткие требования, в частности, по стойкости к изгибу, по усталостной прочности.
Например, для создания высокопольных импульсных магнитов с напряженностью магнитного поля больше 70 Тл необходим материал, имеющий прочность более 1000 МПа, проводимость на уровне 70 % от проводимости высокочистой меди, а также высокие значения пластичности и стойкости к циклическим нагрузкам.
Разработанная во ВНИИ неорганических материалов имени А.А. Бочвара технология, не имеющая аналогов в России и за рубежом, позволяет изготавливать длинномерные технические высокопрочные высокоэлектропроводные Cu-Nb обмоточные провода (МК Cu-Nb) круглого и прямоугольного поперечных сечений в широком диапазоне размеров – от Ж0,05 мм до (4 мм і 6 мм) с различным сочетанием прочностных и электропроводящих свойств: от уровня прочности 800– 900 МПа при электропроводности на уровне 80–85 % IACS до уровня прочности стали 1100–1500 МПа при электропроводности на уровне 55–75 % IACS (IACS – Международный Стандарт Оттожженной Меди, где 100 % IACS = 1,7241 мкОм*см).
Технология апробирована поставкой МК Cu-Nb проводов по контрактам (свыше десяти) в ряд научных центров и фирм Бельгии, США, Нидерландов, Польши, Литвы, Германии.
Тестовые испытания МК Cu-Nb проводов ВНИИНМ и других фирм (Япония, США, Франция), проведенные в Лос-Аламосской Национальной Лаборатории (США) и представленные в докладах на конференциях MT-17 (17th International Conference on Magnet Technology, Женева, 2001) и MT-19 (19th International Conference on Magnet Technology, Генуя, 2005), показали, что уровень свойств МК Cu-Nb проводов ВНИИНМ превышает мировой. Из МК Cu-Nb проводов ВНИИНМ уже изготовлены и успешно испытаны в Бельгии магнитные системы с индукцией магнитного поля до 70 Тл, затем в США достигнута рекордно высокая индукция магнитного поля – 85 Тл, и там же начаты испытания магнитной системы на 90 Тл.
Использование разработанного во ВНИИНМ нанокомпозиционного проводникового материала в различных направлениях электротехники позволяет радикально улучшить техникоэкономические показатели электротехнических устройств. Например, в магнитоимпульсных методах штамповки и сварки, широко используемых в автомобильной и авиационной отраслях, становится возможным резкое повышение мощности индукторов и, как следствие, существенное возрастание эффективности применения оборудования для штамповки и сварки. А использование микропровода из наноструктурных материалов в устройствах резонансной передачи электроэнергии в настоящее время вообще не имеет альтернативы. Также замена сложнолегированной бронзы на микрокомпозиционный (МК) Cu-Nb материал с нанокристаллической структурой в электронике (гибкие печатные платы и провода) позволит уменьшить вес и габариты устройств, увеличить их долговечность за счет более высоких значений характеристики «гиб-с-перегибом» у МК Cu-Nb материала.
Значительна перспектива применения этого нового высокопрочного, высокоэлектропроводного материала в электротехнических устройствах, работающих в предельно тяжелых условиях, например, в аэрокосмической отрасли или в энергетике при создания ЛЭП, а также в контактных проводах железнодорожного и троллейного транспорта.
Разработанные ВНИИНМ материалы представлялись на ряде российских и международных инновационных выставок и были удостоены дипломов, серебряных и золотых медалей. В 2005 году проект «Наноструктурные электротехнические провода с аномально высокими прочностью и электропроводностью» победил в номинации «Лучший инновационный проект» на конкурсе русских инноваций журнала «Эксперт», а в 2006 году этот проект победил в Инновационном форуме Росатома по номинации «Электроника и электротехника».
Виктор ПАНЦЫРНЫЙ, доктор технических наук
