В ФОРМАТЕ ЭНЦИКЛОПЕДИИ

В прежние времена советской была примерно каждая 30-я книга, выпущенная «Шпрингер»; теперь российские ученые публикуются в крупнейшем мировом издательстве научной литературы реже. В Уральском отделении, например, это вообще второй случай — первым изданием в «Шпрингере» была большая монография «Беспорядок и порядок в сильно нестехиометрических соединениях» (“Disorder and Order in Strongly Nonstoichiometric Compounds”) того же А.И. Гусева и его соавторов А.А. Ремпеля и А. Магерля. 

Новая 300-страничная монография уральских ученых активно продается и скоро может стать научным бестселлером, что неудивительно — ведь это настоящая энциклопедия по карбидам вольфрама. Эти соединения представляют не только академический, но и очень серьезный практический интерес. Поскольку они отличаются особой твердостью, износостойкостью и термической стабильностью свойств, их используют в первую очередь для получения твердых сплавов либо как добавку к стали. Карбид вольфрама — это материал для изготовления металлообрабатывающего инструмента, деталей оборудования для горнопроходческих и бурильных работ, он применяется в режущих фрезах машин для снятия асфальта, в автомобильных шипах и многом, многом другом.

В 1965 году том же «Шпрингере» была опубликована монография Р. Киффера и Ф. Бенезовского «Твердые сплавы» (Kieffer R., Benesovsky F. Hartmetalle. Wien – New York”, 1965), посвященная прикладным аспектам твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Долгое время она была основным руководством для специалистов в этой области, но спустя 50 лет, в XXI веке, несколько устарела. В других работах по этой тематике рассматриваются также преимущественно прикладные проблемы, а из всех карбидов вольфрама — только высший стехиометрический карбид с гексагональной структурой.

Профессор А.И. Гусев и его молодой коллега старший научный сотрудник кандидат физико-математических наук Алексей Курлов поставили перед собой принципиально новую задачу — критически обобщить всю накопленную за последнее столетие информацию по карбидам вольфрама. Проанализировав литературу, они пришли к выводу, что имеющиеся сведения разрозненны и противоречивы, а многие фундаментальные научные проблемы (структура фаз, их взаимопревращения и фазовые равновесия, свойства) так и остались нерешенными с 1913 года, когда карбид вольфрама был впервые синтезирован. 

Предоставим слово Александру Ивановичу Гусеву:

— В лаборатории тугоплавких соединений (ныне лаборатория нестехиометрических соединений) нашего института в 70-80-е годы прошлого века изучали безвольфрамовые твердые сплавы на основе карбонитрида титана. Средний размер зерен в них составлял несколько микрометров. В 1993 году Андрей Андреевич Ремпель, ныне член-корреспондент РАН, предложил использовать в качестве альтернативы этим и другим традиционным твердым сплавам нестехиометрические карбиды. В последние годы XX века мы исследовали карбиды вольфрама, в том числе нанокристаллический, и твердые сплавы на его основе. В эту работу активно включился Алексей Курлов, который пришел в ИХТТ в 2001 году еще студентом. Сегодня он один из самых активных, работоспособных и результативных молодых ученых Уральского отделения РАН, автор более полусотни отечественных и зарубежных научных статей, постоянно цитируемых в научной периодике. Благодаря Алексею удалось выполнить очень большой объем разнообразных фундаментальных и прикладных экспериментальных исследований.

Большинство оригинальных результатов по карбиду вольфрама, описанных в монографии, получено в  нашей лаборатории. Мы также сотрудничали с учеными из Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, с прикладными НИИ, с немецкими коллегами и некоторые работы проводили на Кировградском заводе твердых сплавов. 

Мы начали с изучения структуры и свойств соединений и фаз, образующихся в системе вольфрам-углерод, с фазовых превращений между ними. Фактически нам пришлось заново создать тот научный фундамент, без которого нельзя было двигаться вперед, а именно — провести всесторонний анализ структуры и свойств всех стехиометрических и нестехиометрических карбидов вольфрама, включая неупорядоченные и упорядоченные фазы.

Упорядочению карбидов вольфрама мы посвятили отдельную главу монографии — ранее этот вопрос вообще никогда не обсуждался. Мы впервые предложили физически возможную последовательность фазовых превращений в нестехиометрических карбидах вольфрама, сопоставив экспериментальные данные об их структуре и областях существования с теоретическими результатами. В итоге удалось построить непротиворечивую фазовую диаграмму системы вольфрам-углерод, которая стала общепринятой в научной литературе. 

 Большое внимание, и тоже впервые, мы уделили способам получения нанокристаллического карбида вольфрама, методам оценки размеров малых частиц и зерен, что само по себе является отдельной научной задачей. Это очень важно и в практическом смысле, потому что наиболее перспективно применять карбиды вольфрама именно в нанокристаллическом состоянии. Благодаря экспериментальным исследованиям, выполненным самостоятельно и в сотрудничестве с российскими и зарубежными коллегами, удалось получить большую серию нанокристаллических порошков карбида вольфрама, имеющих разные размеры частиц в диапазоне от 80 до 10 нанометров. Впервые мы исследовали термическую стабильность размеров наночастиц, влияние размера частиц на магнитную восприимчивость карбида вольфрама, на стабильность его химического состава в условиях высокотемпературного вакуума и в присутствии кислородсодержащих примесей. Только решив эти проблемы, мы смогли перейти к изучению особенностей спекания наноструктурированных твердых сплавов системы «карбид вольфрама — кобальт», их микроструктуры и прочностных свойств. В результате удалось выяснить много очень тонких и совсем неочевидных моментов, которые обязательно нужно учитывать на разных стадиях получения наноструктурированных твердых сплавов.  

Работы уральских ученых по карбидам вольфрама получили известность за рубежом, и в 2012 году А.И. Гусеву как авторитетному специалисту в области нестехиометрии и нанокристаллических материалов поступило предложение от издательства «Шпрингер» подготовить соответствующую монографию. 

По мнению авторов этой замечательной книги, нет ничего экзотического в том, чтобы опубликоваться в таком солидном западном издательстве как «Шпрингер». Алексей Курлов (напомним, что он возглавляет Совет молодых ученых УрО) считает, для этого вовсе не обязательно работать в ведущих зарубежных научных центрах или иметь в соавторах иностранных ученых. Достаточно, чтобы тема исследований была актуальной, а их уровень — мировым. А еще требуется знание английского языка, поскольку издательство «Шпрингер» переводами не занимается. Авторы самостоятельно подготовили монографию по карбидам вольфрама на английском языке. Они уверены, что и другим сотрудникам Уральского отделения это под силу.