Белорусские ученые и металлурги займутся компьютерным проектированием новых материалов

• Олег Галкин , TUT.BY

 

Основная задача, которая стоит перед разработчиками – получить программное обеспечение, которое позволит создавать реалистичные структурные модели материалов и сплавов с целью изучения их физических свойств. Разработка позволит изучать свойства материалов в виртуальной среде еще до того, как они будут получены на практике. Она значительно упростит научные исследования в области материаловедения, а также найдет свое применение в реальном секторе экономики. В научном мире сейчас идет гонка за пальму первенства в области получения новых экономически выгодных полупроводниковых, сверхпроводящих и сверхтвердых материалов. Такой программный продукт может стать весомым аргументом в этой борьбе. Особо ценен он будет в металлургии, автомобилестроении и в строительной отрасли.

 

Не секрет, что фактические свойства (плотность, твердость, прочность, деформируемость, температура плавления и т. д.) того или иного материала зависят от его атомной структуры. Даже если химический состав двух совершенно разных веществ идентичен. Классические примеры подобного явления – алмаз и графит, которые по природе своей – тот же углерод, но различия между ними проявляются из-за принципиально разного расположения атомов в кристаллах. Металлурги подтвердят, что добавление буквально долей процентов посторонних химических элементов в тот или иной материал может радикально изменить его физические свойства. Так, например, содержание в стали углерода – не более двух процентов, однако он придает сплаву повышенную прочность и твердость, но снижает его пластичность и вязкость.

 

Среди ученых всего мира в последнее время огромный интерес вызвало изучение наноматериалов. Один и тот же химический элемент на микроуровне и наноуровне может демонстрировать совершенно разные эффекты. Компьютерное моделирование при проектировании новых веществ и сплавов с размером зерна менее 100-200 нанометров поможет белорусским ученым создавать материалы с совершенно радикальными свойствами.

 

При этом усилия белоруских ученых не ограничатся одной лишь статической структурной моделью. "В цифру" также будут переведены многие технологические процессы, такие как литье, термическая обработка, нанесение покрытий и т. д. Иными словами, уделяется большое внимание не только тому, каким может быть новый материал, но и тому, как его можно будет получить.

 

Говоря об экономии времени, которая достигается внедрением компьютерной технологии в производство, Петр Витязь провел параллель с машиностроением, в котором до эпохи компьютерного моделирования срок от проектирования новой модели до создания опытного образца составлял 5 и более лет. "Сегодня компьютер позволяет виртуально спроектировать машину, виртуально её испытать, передать виртуальную модель на завод, адаптировать её под технологический процесс по виртуальным технологическим схемам и подавать информацию на станки, которые изготавливают ту или иную деталь. Благодаря компьютеру срок от идеи до опытного образца сократился до шести месяцев – года. Кроме того, он позволяет рассмотреть не один вариант решений, а множество, посмотреть, какое из них ложится лучше на то оборудование, которое есть на заводе".

 

По словам Петра Витязя планируется, что на базе БНТУ совместно с НАН Беларуси будет создан учебно-производственный центр виртуального моделирования структур, в котором будут обучаться специалисты по данному направлению. Само программное обеспечение разрабатывается совместными усилиями кафедры “Машины и технология литейного производства” БНТУ и Объединенного института машиностроения. Проверка создаваемых моделей в реальных сплавах или композициях экспериментально будет производиться в Институте порошковой металлургии.

 

Компьютерное проектирование наноструктур и новых материалов сегодня широко применяется в промышленно-развитых странах. Крупнейшие производители процессоров, Intel и AMD, например, пользуются им при проектировании наномасштабных компонентов и отработке технологических процессов их изготовления. Наиболее популярные программные комплексы в этой сфере – TCAD Sentaurus, IntelliSuite, Tsuprem и NanoMod.