Научно-исследовательский центр «Передовые синтетические исследования» - российская высокотехнологичная инновационная компания, производитель сверхтвёрдых материалов для электронной, горнодобывающей, медицинской и ювелирной промышленности.
Компания основана в 2019 году группой инженеров и базируется на территории АО «Сестрорецкий Инструментальный Завод» – «Восков Технопарк». Генеральный директор НИЦ Эдуард Городецкий рассказал R&P чем занимается компания, о технологиях, которые она применяет в синтезе алмаза, в том числе об эксклюзивной технологии роста лабораторных кристаллов.
Расскажите о вашей компании - как давно она создана?
Компания существует не так давно – мы открыли ее в конце 2019 года. В следующем году мы уже поставили первый пресс и практически сразу дали результат в синтезе алмаза. Так получилось, что, придя в этот бизнес – вроде бы масштабный, но на самом деле очень узкий, - я познакомился практически со всеми игроками на рынке и у нас собралась сильная команда единомышленников, с которыми мы посещали большое количество технических выставок. На одной из них мы познакомились с нашим инвестором - показали ему наш проект и провели несколько встреч. Он в нас поверил и помог с организацией компании и реализации проекта. Потом случилась всемирная пандемия. Всё замерло, но не в нашем проекте. У нас не было времени предаваться унынию. Надо было двигаться вперед. Ведь у нас была идея, заразившая всех покруче коронавируса. Это время оказалось хорошим для нашего старта проекта - всё замерло и впало в уныние, а нас это, наоборот, подстегивало. Очень много компаний, которые занимались производством компонентов, использующихся в синтезе алмаза, работали под заказ. Но так как у большинства компаний бизнес встал на паузу, у нас появилась возможность эти компоненты купить. Практически не имея прессового оборудования, мы закупили все необходимое и начали экспериментировать. Рост HPHT алмаза происходит внутри кубика 88 х 88 мм. Все компоненты, находящиеся внутри него, мы делаем самостоятельно и своими силами из тех материалов, которые мы также сами подготавливаем. У нас несколько видов порошков для смешивания в разных пропорциях. Порошки доводятся до разных консистенций по фракциям и по температурным режимам. Из этих порошков мы прессуем элементы деталей кубика. Одним словом, к моменту прихода первого пресса у нас уже был собран свой собственный кубик. Мы поставили его в пресс и практически с первого синтеза получили результат.
Эти эксперименты вы делали по наитию или же вы использовали какую-то специальную литературу?
Нам очень помогли математические программы, в которых мы моделировали всю нашу компонентную базу с нужным давлением и нужной температурой. Мы смотрели на модели, как этот порошок будет себя вести. Потому что в зависимости от пропорций смешения, в зависимости от фракции, от плотности прессования там уже срабатывает физика высокого давления.
Недавно СМИ информировали, что в вашей компании был синтезирован самый большой и чистый в мире бриллиант весом свыше 16 каратов. Но это ведь не основное направление вашей деятельности?
Совершенно верно. Основное внимание мы уделяем направлению технических алмазов. В том числе для медицинского оборудования. Например, гамма-ножи.
Вы имеете в виду ножи для лазерных операций?
Именно. На сегодняшний день лишь одна компания в мире занимается производством гамма-ножей, но, к сожалению, на алмазе они очень большие, они долго строятся. На сегодняшний день в мире выпущено не больше ста машин по всему миру. У нас есть возможность сделать эту установку компактной и более точной. При помощи набора алмазных линз мы можем сфокусировать пучок рентгеновского излучения в одном месте. Алмазные линзы мы делать уже умеем, расчеты мы тоже провели, но есть сложности с полировкой. Линза имеет огромное количество неровностей, и пока мы не можем эти неровности правильно отшлифовать для того, чтобы входящий луч не рассеивался. Поэтому сейчас мы проводим ряд научно-исследовательских работ для того, чтобы это можно было сделать. Помимо этого, мы ведем работу по налаживанию выпуска подложек для отвода тепла - так называемые МЭМСы – это такая базовая микроэлектромеханика, позволяющая нам снимать, к примеру, с чипа или с какого-либо прибора тепло. Сейчас в основном все материалы, процессоры, чипы разработаны в общей массе на кремнии. Но у кремния есть большой недочет: при температуре свыше 140 градусов он может либо выйти из строя, либо его работоспособность очень сильно падает. В связи с этим на него навешивают огромное количество дополнительных кулеров, чтобы отвести тепло. Алмаз же уникален тем, что очень хорошо отводит тепло, и если построить тот же самый датчик на алмазе, то не надо будет строить огромное количество этих кулеров. Что очень важно для аэрокосмического строения, либо для точной электроники. Плюс, существует очень много возможностей для нас: поскольку мы занимаемся самим ростом, мы можем немножко менять структуру нашего кристалла - легировать его, например, такими компонентами, как бор, что позволяет нам проводить ток через пластины. Так как алмаз является самым твердым на земле минералом и очень хорошим проводником тепла, то если мы сейчас его правильно «упакуем» и он будет пропускать большое количество тока, то ниша полупроводников будет занята алмазами. Алмаз - довольно дорогой материал, поэтому массово его никто не использует. Только в научных целях, либо в суперточных приборах. Помимо этого (это как раз относится к разделу монокристаллов алмаза), у нас имеются также идеи по поликристаллу алмаза. Это как раз-таки связано с буровым инструментом, со строительным инструментом. Сейчас без алмаза никуда. Строительство, авиастроение и машиностроение не обходится без алмазного инструмента. У каждого в доме есть плитка на полу или на стенах, которая порезана с помощью инструмента с алмазным напылением. Да что тут говорить – пилки для ногтей и те покрыты алмазной крошкой.
Сейчас эта ниша принадлежит полностью Китаю. К сожалению, в России никто этим не занимается. У нас в советские годы было огромное количество предприятий, которые занимались ростом поликристаллического алмаза для инструмента, но, к сожалению, сейчас этим направлением никто не занимается.
Китай далеко ушел, то есть вам приходиться его догонять сейчас?
С точки зрения технологии роста поликристалла и с точки зрения инструмента китайцы впереди всех, даже американцев. Есть в Америке ряд компаний, например US Synthetic. У них одни из самых лучших буровых долот. Их резцы очень долговечны, но очень дорого стоят. Поэтому недорогая китайская продукция заполнила весь мир. Даже там, где мы сейчас базируемся – на Сестрорецком инструментальном заводе, в советские годы делали различного рода сверла, алмазные круги из алмазного порошка.
Мы провели небольшое исследование в области технического алмаза, именно поликристаллического направления. Россия лидер по добыче природных ископаемых и как раз для этого требуется синтетический алмаз для прохода через различные породы. Ежегодно Российская Федерация официально потребляет более полумиллиона единиц резцов, которые завозятся к нам из Китая. К сожалению, у нас пока ни одна компания не занимается производством этих резцов, и мы сейчас работаем над созданием этого направления по импортозамещению.
И каким будет соотношение «цена-качество» по сравнению с китайским аналогом? Это будут более надежные инструменты?
У Китая огромное количество предложений по резцам с качеством от хорошего, до ужасного. Все резцы проходят сертификацию и если для мягких пород не требуются сверхмощные, сверхтвердые образцы, то подойдут и дешевые варианты. Если же это какие-то сложные горные породы, требующие особой крепости, то тут скупиться нельзя. Работы по замене бурового сверла стоит гораздо дороже, чем сами резцы. Мы для себя определили, какие резцы необходимы нам, сделали небольшой расчет и, в принципе, мы понимаем, что цена у наших резцов будет на уровне китайских, но по качеству они будут на уровне американских.
Также у нас есть ряд совместных проектов с ведущими институтами страны в области электроники - мы рассчитываем, разрабатываем разного рода приборы на алмазе. Но в силу того, что у нас пока нет возможности организовать большое количество материала в виде одного качества подложек, мы это делаем штучно. Как только мы поймем для себя, что у нас есть возможность производить, к примеру, 1000 пластин в месяц, мы уже можем понимать, что для аэрокосмического приборостроения какой-то прибор мы можем легко обеспечить нашей продукцией. Аэрокосмическое приборостроение мной затронуто не напрасно - алмаз не чувствителен к радиации вообще. Он довольно стойкий к радиации.
Это то, что связано с индустриальным, техническим алмазом. А что с ювелирным направлением?
Эта ниша является сейчас самой востребованной, и мы также занимаемся ювелирным направлением. Именно поэтому была организована ювелирная компания «Мелвис». Она находится в Москве, на Смольной улице в Алмазном Мире. Тут есть большое количество ограночных столов, и огранщики работают с тем сырьем, которое мы производим из Сестрорецка. Здесь же все это реализуется. Пока мы обеспечиваем внутренний рынок, но также в планах есть и выход на международный рынок, который все больше становится ориентирован на лабораторные бриллианты.
Насколько ювелирное направление является важным в разносторонней деятельности компании?
В наших планах восемьдесят процентов всей нашей продукции будет технической - подложки, линзы и так далее, и двадцать процентов ювелирной.
После того, как мы синтезируем наши кристаллы, мы проверяем их на напряженность, на плотность дислокации - если она довольно высокая, то такие кристаллы мы обычно не пускаем под пластины и линзы. Они идут на огранку в бриллианты для ювелирной промышленности. Дислокацию визуально невозможно увидеть. Её можно измерить только на специальных приборах. У нас уже были довольно серьезные эксперименты с выращиванием особо крупных кристаллов - с помощью нашей рабочей ячейки мы можем прогнозировать рост алмаза. Мы можем спланировать количество камней за один синтез, их размер, форму и цвет. Что касается чистоты, то мы сейчас над этим вопросом работаем, потому что «коридор» для правильного роста алмаза внутри нашего кубика довольно узкий, и нам нельзя выходить за его рамки. Рабочая температура в нашем синтезе в зависимости от технологии от 1200 до 1500 градусов. А допустимые колебания температуры всего лишь 10-15 градусов. Поэтому если мы не вписываемся в эти параметры, в кристалле появляются небольшие включения. Мы сейчас как раз перешли в область выращивания особо крупных алмазов, чтобы получить максимально большие пластины. И мы стараемся выращивать уплощенные кристаллы - чтобы они были широкие и не высокие. Алмаз, из которого мы сделали бриллиант «Чемпион», мы померили, поняли, что в нем есть ряд дислокаций, и решили не отдавать его под резку пластин - хотя он подходил идеально, потому что он был правильной формы, но было принято решение делать из него бриллиант. Технологи-огранщики спрогнозировали модель и огранщики дали жизнь алмазу в виде кушона массой 16.04 каратов с идеальными параметрами цвета D и чистотой VS1.
То есть самый крупный и самый чистый из лабораторных HPHT бриллиантов в мире у вас получился почти случайно?
Не совсем так. Мы выращиваем особо крупные кристаллы и делаем из них пластины. Но так как этот кристалл был очень хорош собой, внешне он был почти прозрачным даже в сырье, но в нем были как раз дислокации, не позволяющие полностью использовать этот камень под пластины. Из таких «неправильных» камней мы, обычно, делаем бриллианты. Если кристалл растет правильно, то у него решетка друг на друга наслаивается. Если же есть какие-либо перекосы в самой кристаллической решетке, грани начинают немножко неправильно расти, - визуально их не видно, - но происходит процесс искажения решетки, и это является не очень хорошим фактором именно для электроники. Поэтому мы этот камень решили не пускать под пластины, а сделать из него бриллиант – тем более что визуально он был идеальный.
Поверьте, чтобы вырастить алмаз для оптики или электроники наши специалисты-технологи прилагают титанический труд.
Вы не собираетесь заниматься продажей технологий?
Что касается нашей эксклюзивной технологии роста лабораторных алмазов, то не будем ее никуда продавать или ей делиться. Мы планируем развивать нашу технологию дальше в России. При этом мы не исключаем масштабирования технологии на дополнительных производственных мощностях. В Сестрорецке, на нашем предприятии, нами уже сегодня создан научный центр. Мы так и называемся - научно-исследовательский центр «Передовые синтетические исследования». Здесь мы планируем разрабатывать и дорабатывать нашу технологию, доводить ее до совершенства и внедрять ее на наших производственных площадках.
У вас достаточно производственных мощностей для развития, для расширения производства? У вас ограночная ювелирная производственная площадка в Москве. А что в Сестрорецке?
В Сестрорецке есть возможность поставить 16 прессовых гидравлических машин - сейчас у нас их десять. На этих машинах мы будем дорабатывать наши технологии, в том числе и по монокристаллам, и по поликристаллам. Что касается масштабирования, у нас есть большая площадка, где сейчас производятся подготовительные работы по установке прессового оборудования. До конца года мы планируем доработать наши изыскания, связанные с синтезом алмаза, и в следующем году начнем внедрять технологию на нашей большой производственной площадке. Пока не буду забегать вперед и лишь скажу, что это бывший машиностроительный завод недалеко от Москвы. Сейчас он нами восстанавливается и реконструируется, но скоро мы его запустим. Еще совсем недавно, наша страна была самодостаточна. Во времена Советского Союза наши родители строили заводы и фабрики, вокруг которых вырастали города. Мы считаем, что сейчас не поздно восстановить то, что было разрушено со времен СССР - нужно иметь свои производства для того, чтобы ни от кого не зависеть. Это экономическая безопасность нашей страны.
Какие у вас дальнейшие планы?
У нас в планах не останавливаться на достигнутом. Ведь для этого все есть: самое мощное в мире китайское гидравлическое оборудование - мы его сами дорабатываем и дооснащаем своими системами контроля, своим программным обеспечением. Но мы планируем начать делать свое оборудование, чтобы стать полностью независимыми и делать все своими силами в России.
