Неcмoтря на тo, чтo Рoccия нахoдитcя еще тoлькo на cтадии ocвoения нанoтехнoлoгий, мoжнo oтметить cледующие результаты развития на периoд завершения 2010 г.
Иcхoдные данные мирoвoгo рынка нанотехнологий на начало 2010 г. говорят о том, что:
– конcолидированный доход в реализации нанопродукции cоcтавил около 254 млрд долл., что cвидетельcтвует о прироcте в 54% за прошедший год;
– объем мировых инвеcтиций в нанотехнологии за то же время cоcтавил 19,5 млрд долл., что выше показателей предыдущего года на 7,1%;
– лидером рынка нанотехнологий c уровнем дохода в размере 1,12 млрд долл. являютcя США;
– оcновным движителем развития рынка в уcловиях рецессии мировой экономики явилась государственная поддержка, на базу которой пришлось почти половина совокупного финасирования;
– в условиях кризиса одной из стойких тенденций стало смещение инвестиционного интереса в сторону социально значимых отраслей (в т.ч. здравоохранение и жизнеобеспечение);
– высокую динамику инвестирования в нанотехнологиях стали демонстрировать развивающиеся экономики мира, такие как Китай и Россия;
– определяющее значение для развития рынка нанотехнологий имеют экологические приложения, электроника и электротехника, которым в совокупности принадлежат около 80% рынка.
Вместе с этим российская специфика имеет свое лицо:
– ежегодно объем производства российской нанотехнической продукции достигает уровня не менее 900 млрд руб.;
– Россия занимает сегодня около 0,05% рынка мировой нанотехнологии;
– удельный вес российских изобретений на мировом рынке нанотехнологий составляет около 0,2%;
– объем российского рынка аналитического оборудования для исследования наноструктур составляет 1,5–2,0 млрд руб. в год;
– совокупный объем продажнанопорошков,углеродных нанотрубок, наноалмазов и фуллеренов достигает 100 млн руб./год;
– по итогам 2008–2009 гг. консолидированный объем государственных инвестиций в проекты в области нанотехнологий составил около 100 млрд руб., в т.ч. со стороны ГК «Роснано» – 52,4 млрд руб.;
– 80% российского рынка нанотехнологий занимают государственные или частно-государственные компании.
По состоянию на сентябрь 2010 г. утверждены для рассмотрения 93 проекта, реализуемые в 23 регионах Российской Федерации.
Ожидаемые объемы производства по проектам:
– 2010 г., 4,0 млрд руб.;
– 2011 г., 20,0 млрд руб.;
– 2012 г., 85,0 млрд руб.;
– 2013 г., 135,0 млрд руб.;
– 2014 г., 185,0 млрд руб.;
– 2015 г., не ниже 220,0 млрд руб.
По номенклатуре продукции проекты распределяются:
– наноматериалы – 31 проект;
– нанофотоника – 15 проектов;
– наномедицина – 11 проектов,
– технология и обслуживание производства наноматериалов – 10 проектов;
– наноэлектроника – 7 проектов
и т.д.
Рассмотрим некоторые результаты разработки и внедрения отдельных проектов нанотехнологий, которые находятся на выходе по состоянию на конец 2010 г.
Наноматериалы и нанотехнологии для машиностроения
Поскольку основную часть машиностроения сегодня занимает выполнение работ по формообразованию и приданию металлическим деталям соответствующих чертежу форм и размеров, очень большое значение в машиностроении имеет решение проблем повышения стойкости металлорежущего инструмента.
Кроме того, значительный интерес машиностроителей вызывает проблема борьбы с трением, возникающая при контакте деталей машин. При этом данные проблемы решаются либо соответствующим увеличением твердости трущихся поверхностей деталей, либо уменьшением сил трения за счет изменения свойств трущихся поверхностей. Технология нанесения наноструктурированных покрытий, значительно повышающих износостойкость режущего инструмента, основывается на методе вакуумного осаждения из плазмы, получаемой в результате испарения металла из металлических или металлокерамических катодов с глубоким легированием слоев формируемого покрытия ассистирующим пучком ионов. Данное технологическое решение повышает износостойкость режущего инструмента, что позволяет производить обработку металла на более высоких скоростях резания и увеличивает срок службы инструмента, а также производительность труда.
Практически решение данного вопроса реально начато в Рыбинске (Ярославская обл.). Там начало производственную деятельность новое предприятие, ЗАО «Новые инновационные решения» (ЗАО «НИР»), созданное при активном участии Госкорпорации РОСНАНО. Завод прежде всего ориентирован на обеспечение известного в стране и за рубежом НПО «Сатурн», ориентированного на выпуск авиационных двигателей. Внедренные технологии по своей эффективности и техническому уровню не имеют отечественных аналогов. Продукция ЗАО «НИР» уже реально снижает затраты на инструмент, закупавшийся ранее за рубежом. Кроме НПО «Сатурн», продукция нового завода будет поставляться ряду действующих предприятий РФ и стран СНГ.
Создание нового производственного цикла, от производства порошка кубического нитрида бора (КНБ) до изготовления из него режущего инструмента, реально началось в Москве на базе ЗАО «Микробор Нанотех». Данное производство будет крупносерийным. Выпуск инструмента из КНБ сыграет значительную роль в обеспечении режущим инструментом машиностроительных предприятий России. Продукция компании из ударостойкого композита позволяет применять инструмент в областях, ранее недоступных для КНБ. Это резко снижает зависимость российских машиностроительных предприятий от зарубежных поставок, как в плане импортозамещения, так и по стоимостным характеристкам.
Выпуск первых партий продукции уже начался, и достигнет проектной мощности в 2012 г.
Создание полного производства по выпуску триботехнических изделий из наноструктурной керамики и металлокерамики идет полным ходом в Санкт-Петербурге на базе ООО «Вириал». Выпуск пиролитического нитрида бора с уникальными термическими свойствами открывает новые пути в производстве полупроводниковых кристаллов. Изделия из наноструктурной керамики работают в сложных условиях эксплуатации в режиме поверхностного трения и износа. Применяемые керамические материалы по сравнению с металлами и полимерами имеют такие важные преимущества, как:
– высокая износостойкость;
– расширенный диапазон рабочих температур;
– химическую инертность.
Использование наноструктурных керамических материалов позволяет повысить ресурс и надежность выпускаемого промышленного насосного оборудования на 20–30%. Данные материалы могут быть использованы также и для выпуска керамического режущего инструмента, при обработке металлов и композитных материалов с высокой прочностью, твердостью и термостойкостью. Технология, используемая в проекте позволяет также получать высокопрочные керамические композиционные материалы на основе карбида кремния, не имеющие мировых аналогов. Выпуск опытных партий новой продукции уже налажен. Выход нового производства на проектную мощность ожидается к концу 2012 г.
В пос. Новый Быт (Московская обл.) создается производство оборудования для синтеза многофункциональных нанокерамических покрытий на алюминиевых и магниевых поверхностях. Это особенно важно для автомобиле-, авиа- и ряда других разделов машиностроения. Покрытия наносятся методом микродугового оксидирования. Данный метод позволяет формировать наноструктурированное покрытие из керамикоподобных слоев на поверхностях алюминия, магния, титана, циркония и др. металлов. Процесс позволяет получить модифицированные поверхности различного назначения – износостойкие, теплостойкие, коррозионно-стойкие, электроизолирующие и другие их сочетания. Опытные партии продукции уже прошли успешные испытания.
По инициативе пермского ЗАО «Плакарт» создается сеть инновационно-производственных центров по оказанию услуг нанесения наноструктурированных покрытий (термобарьерных, износостойких, коррозионно-стойких, электроизоляционных, сверхпроводимых и т.п.). Потребителям предлагается сервис и готовые решения для нанесения покрытий. Технология проекта – газотермическое и ионно-плазменное магнетронное распыление. Новые технологии нанесения наноструктурированных покрытий заменяют устаревшие и экологически вредные (например, гальванические). Комбинация данных технологий позволяет получать совершенно новые свойства покрытий. Например, примение новых защитных покрытий узлов газотурбинных двигателей позволило существенно увеличить их КПД, мощность и ресурс.
Усилиями специалистов томского ЗАО «Манэл» проведена организация технологической линии для производства неметаллических неорганических керамических покрытий на поверхности металлов. Технология микродугового оксидирования, используемая при этом, обеспечивает деталям из алюминия, магния, титана и циркония свойства износостойкости (увеличение в 2–8 раз), защиты от коррозии, термостойкости и декоративные свойства. Это дает новые возможности для использования металлов, значительно сокращаются затраты предприятий, а отсутствие цианистых и никель/хромовых отходов и менее взрывоопасный процесс повышают экологическую защиту производства. Использование данного покрытия позволяет защитить поверхности изделий от воздействия окружающей среды, тем самым значительно увеличивая срок службы.
Научные институты отчитались перед Новосибирским авиационным ПО им. Чкалова (НАПО) о завершении первого этапа работ, проводимых в рамках договоров сотрудничества с организациями СО РАН в области разработки и внедрения программных методов обработки материалов и нанесения защитных покрытий.
Учитывая то, что исследования ведутся по направлениям:
– формообразование тонкостенных деталей двойной кривизны в условиях пластичности;
– малодеформационная закалка материалов;
– нанесение защитных покрытий на стекле, фанере для защиты летчика от электромагнитного излучения;
– цинковое покрытие сталей при электронно-лучевой сварке,
уже сделано:
– создание экспериментальной установки малодеформационной закалки металлов и проведены первых опытов, которые показывают высокую эффективность новой технологии, следующий этап – создание промышленной установки, запуск которой состоится в начале 2011 г.;
– создание опытной установки оцинковки сталей методом холодного напыления. Идет разработка серийной установки, ее запуск состоится также в начале 2011 г.;
– изготовлен макет вакуумной установки ионно-плазменного покрытия и ведутся работы по отработке технологии, следующим этапом будет создание промышленной установки.
Ведется активная работа по другим направлениям сотрудничества с сибирскими учеными.
В.Б. Подклетнов, инженер-технолог
