В стране Эльбории

На ладони — кристаллы. Рукотворные кристаллы замечательных и чудесных свойств. Не в гигантском реакторе природы замешаны эти удивительные камешки. Родились они в лаборатории ученого, который силою своего разума встал над природой, раскрыл тайны подземной кухни Плутона, смоделировал процессы, протекающие в кипящих недрах Земли и по открытым им законам творения создал нечто новое, доселе не виданное и не встреченное на нашей планете.

Крепчайшие горные породы, закаленнейшие стали, легированные хромом, вольфрамом, молибденом, не в силах противостоять этим маленьким черным кристалликам. И чем крепче орешек, чем неподатливей металл, тем легче работают эти неутомимые труженики.

Удивительное в повседневном... Рабочий включает установку. Считанные секунды — и вот они, рукотворные кристаллики, еще теплые теплом укрощенной стихии. Огромная энергия, затраченная на их создание, не пропала даром. Она живет в них, скованная могучими силами атомных связей.

Кристалл — это наиболее устойчивая природная структура. Полученный же искусственно, кристалл не только устойчивая, но и сильно сжатая упаковка, в которой атомы сдавлены мощными силами взаимодействия, силами внутреннего напряжения. Это напряжение и есть тот запасник, куда кристалл спрятал затраченную на него энергию, и есть тот источник, который питает его сопротивляемость разрушению, его способность укрощать самые твердые материалы.

На ладони целая россыпь кристаллов и кристалликов разных размеров и форм. И даже в чем-то различных свойств. Но одно у них общее: это эльбор — новый синтетический сверхтвердый материал, материал удивительного настоящего и еще более замечательного будущего.

...Комплекс современных зданий, соединенных застекленными переходами. Небольшая асфальтированная площадь у центрального входа. Цветы. Институт физики высоких давлений (ИФВД) Академии наук СССР. За окном молодой подмосковный лес: частокол берез, сомкнутый строй пушистых сосен. А здесь какая-то особая атмосфера, по которой узнается академический институт и которая царит не только в его кабинетах и лабораториях, но даже в его коридорах. Точнее всего это выражается, пожалуй, в понятии «храм науки».

Директор института — Герой Социалистического Труда академик Л. Верещагин. На журнальном столике и широком подоконнике — стеклянные баночки с кристаллами эльбора и других синтетических материалов, различные виды моно- и поликристаллического инструмента.

Кубическому нитриду бора (научное название эльбора) повезло значительно больше, чем его предшественнику — синтетическому алмазу. Возможность получения алмаза в искусственных условиях была предсказана еще в 1927 году. Однако синтезирован он лишь 30 лет спустя — в 1957-м. А уже в 1959-м коллективом института впервые получен кубический нитрид бора. Процесс и параметры образования кристаллов синтетического алмаза и нитрида бора близки. Поэтому для его синтеза были использованы одни и те же установки и аналогичные камеры простой и совершенной конструкции, выдерживающие огромные давления и высокие температуры.

Эти установки — небольшие, в рост человека, прессы усилием в несколько тысяч тонн, в которых происходят чудесные превращения веществ. Мягкий графит превращается здесь в неприступный алмаз, аморфный гексагональный нитрид бора (белый графит) — в эльбор. А рядом стоит десятитысячетонный богатырь, таящий в себе еще большие возможности.

Каждая такая установка — это уже чудо. Ибо в ее камере протекают те же процессы, что и в недрах Земли. Сжатая колоссальным давлением высокотемпературная магма то тут, то там врывается в земную кору своими огненными языками и, охлаждаясь, образует кристаллы. То же самое, только в бесконечно уменьшенных масштабах, происходит и в камере пресса, где под действием высоких давлений и температур из расплава шихты выкристаллизовываются маленькие черные камешки эльбора.

Однако создать установку — это хотя и много, но еще не все. При всей похожести синтетический алмаз и эль-бор — совершенно разные материалы со своими особыми свойствами. И прежде чем получить эльбор, надо было подобрать параметры синтеза (температуру и давление), состав исходных материалов и катализаторов, создать контейнер, хранящий спрессованный столбик шихты, сконструировать камеру, способную выдержать это давление и температуру...

Синтетические кристаллы обладают замечательными свойствами. Они лишь немного уступают алмазу в твердости, но зато намного превосходят его в другом. Если температура обратного перехода алмаза в графит равна 700 градусам Цельсия, то эльбор переходит в свое исходное состояние — «белый графит» при 1500 градусах. Это свойство открывает, казалось бы, неоглядное поле применения нового материала в технике. Однако полученные монокристаллы хрупки и гигроскопичны. Теперь над этой проблемой работает целая армия ученых и практиков...

Какие требования предъявляем мы к трактору, автомобилю, электробритве? Чтобы они как можно дольше работали, безотказно действовали. В технике это называется надежностью и долговечностью. Повышение надежности и долговечности машин, установок, аппаратов и приборов — одно из главных требований технического прогресса в машиностроении.

Как же решается эта задача? Прежде всего применением все более прочных чугунов и сталей, ведь из черных металлов изготовляется львиная доля деталей. Второй путь — это улучшение качества их обработки, особенно заключительных, финишных операций. И в самом деле, чем лучше будут отшлифованы и отполированы, ну, скажем, детали подшипника, тем меньше трение между ними, а значит, и износ их, тем дольше будет работать такой подшипник.

Для выполнения идентичных операций обработки служат абразивные (что в переводе означает соскабливательные) материалы и инструменты. Простейший и всем известный абразивный инструмент — наждачная бумага. В промышленности для финишной обработки деталей применяются инструменты из самых различных абразивных, ставших уже традиционными, материалов — наждака, электрокорунда, карбодида.

Однако на новых прочных сталях традиционные абразивы «ломают зубы» — процесс обработки или слишком долог, или высок расход абразивов, а чаще — то и другое вместе.

На выручку пришел алмаз. Но и он оказался неэффективным — вступает во взаимодействие с железом, не выдерживает высоких температур в зоне контакта с обрабатываемым материалом. В итоге — высокий расход алмаза. Алмаз запросил замены.

Такой заменой стал эльбор. Его замечательные свойства не исчерпываются вышеуказанными. Эльбор в отличие от алмаза, который не только вступает в реакцию с железом, но, как мы помним из уроков химии средней школы, и растворяется в его расплаве, химически инертен к железу. Везде, где есть железо, он оказался просто незаменим. Так алмаз и эльбор поделили «сферы влияния». Алмаз оставил за собой обработку твердых сплавов, стекла, керамики, цветных металлов. Эльбор взял себе высоколегированные конструкционные, инструментальные и быстрорежущие стали, титановые и некоторые другие виды сплавов.

Попав в промышленность, эльбор оказался чрезвычайно трудолюбивым материалом.

Вот инструменты из эльбора: абразивные круги, а также бруски, шлифовальные шкурки и пасты. Отсюда им путь в самые разные отрасли машиностроения и металлообработки.

Применение их на шлифовании отверстий высокоточных приборных подшипников взамен обычных абразивов позволило сократить время обработки в два раза, снизить брак с 10 до 1—2 процентов. Причем стойкость этих кругов оказалась большей, чем обычных, в 40—50 раз, а стойкость между правками круга — в 500 раз. Таких свидетельств множество.

Итак, более высокие режущие свойства в сравнении с алмазом и обычным абразивом, постоянство их в процессе длительной эксплуатации, низкий удельный расход, повышенная стойкость и производительность, малое тепловыделение (не дает прижогов) — вот что такое эльбор-абразив.

...Давайте вспомним рассказ о булатном клинке, изготовленном из такой прочной стали и закаленном до такой крепости, что он легко перерубал любую саблю, а на нем не оставалось даже царапины. Оружейники, отковав такой клинок и закалив его, не обрабатывали его в дальнейшем никаким инструментом (ибо никакие инструменты уже не брали его), а только затачивали (соскабливали) его абразивными кругами или брусками.

В современном промышленном производстве используются стали, которые будут, пожалуй, покрепче знаменитого булата. И заветной мечтой производственников было найти «клинок» для таких крепчайших сталей, лезвийный инструмент (резец, сверло, фрезу), способный обрабатывать их в закаленном состоянии.

И вот на выставке «Станки-72» в московском парке «Сокольники» советские и иностранные посетители были буквально заворожены работой резцов, оснащенных новым синтетическим сверхтвердым материалом — эльбором-Р. Резец из эльбора легко, точно в масло, входил в детали из закаленной стали и высокопрочного чугуна, снимая с них гладкую тонкую стружку.

После того как из монокристалла эльбора выжали все, что могли, встали перед выбором: куда идти дальше. К счастью, раздумывали недолго и сумели выбрать правильную дорогу — пошли по пути получения поликристалла. В результате резко расширилась сфера применения эльбора, народное хозяйство получило новый эффективный инструмент.

Вот как работает новый чудо-резец. Будто огненная змейка, вырывается из-под его лезвия, извиваясь в своем замысловатом танце, докрасна раскаленная стружка. Это обрабатывается без охлаждения деталь из прочной шарикоподшипниковой стали. Вот она в руках. Ее поверхность — восьмого класса чистоты, такая, как после шлифования. В патрон станка вставляется алмазный выглаживатель, и через две-три минуты поверхность детали становится зеркальной: 11—12-й класс чистоты. Резание и выглаживание без обычных после резания, шлифования, полирования и доводки.

Высокая точность и чистота обработки, длительное сохранение режущих свойств открывают широкие возможности для использования резцов из эльбора на расточных, координатно-расточных станках, а особенно на станках с программным управлением.

Но и это еще не все. Эльбор властно вторгается в совершенно новую для себя область — бурение горных пород. Эта область имеет очень большое значение для народного хозяйства страны, так как здесь пока еще потребляется большая доля природных алмазов. Заменить алмаз эльбором в бурении — задача первостепенной важности.

И задача эта решается. Уже создано два вида буровых коронок. Проходка железистых пород, бурение в условиях вечной мерзлоты (ведь для эльбора не обязательна вода), сверление отверстий в железобетоне, где скорость проходки инструментом из эльбора в 4 раза больше, чем алмазным.

Уже получены поликристаллы эльбора и других синтетических материалов заданной формы, а также крупные камни диаметром 25 миллиметров, каких не имеет ни одна страна в мире.

Все более широкое признание специалистов народного хозяйства получает новый сверхтвердый синтетический материал — эльбор. Отдаленные перспективы его применения не берутся предсказать даже его создатели.