Интервью с профессором Кристофером Вейантом: Изучаем карьеры в области материаловедения
- katerinabiryukova
- Jul 12
- 7 min read
Updated: Jul 16
Вы когда-нибудь задумывались, где работают специалисты в области материаловедения?
Эта область не так известна, как другие инженерные специальности, но она лежит в основе практически всех отраслей промышленности и предоставляет отличные возможности для карьерного роста многим специалистам. Чтобы понять, как образование в области материаловедения может быть применено в реальной жизни, мы решили поговорить с доктором Кристофером Вейантом (Dr. Christopher Weyant), который имеет докторскую степень по материаловедению, полученную в Северо-Западном университете (Northwestern University), и в настоящее время является профессором и заместителем декана по работе со студентами в Университете Дрекселя (Drexel University).
В этом интервью мы расскажем о том, как доктора Вейант пришёл в материаловедение, его опыт работы в качестве инженера материалов и его взгляд на будущее этой науки.
Готовы присоединиться к нашему разговору?
Путь к Материаловедению
Доктор Вейант получил бакалавриат в области инженерных наук в Университете штата Пенсильвания (Pennsylvania State University). Как и многие сегодня, он не знал, что материаловедение существует как отдельная инженерная дисциплина; так было до тех пор, пока он не прошел вводный курс по материаловедению на третьем курсе.
Размышляя о своей специализации, которую мне всё равно нужно было выбрать на последнем курсе, я заинтересовался именно этой областью. Думаю, основной интерес возник из-за того, что меня больше привлекает инженерная сторона вопроса. Мне очень нравится прикладная работа, прикладные исследования, прикладное проектирование, и я быстро понял, что если ты собираешься что-то спроектировать и изготовить, то это должно быть сделано из определённого материала.
Профессор Шо (Professor Shaw), которая познакомила доктора Вейанта с MSE на третьем курсе, также наняла его для проведения исследований в своей лаборатории следующим летом. Этот сезон стал для доктора Вейанта захватывающим погружением в изучение материалов:
Я понял, что примерно половина преподавателей кафедры инженерных наук и механики в Университете штата Пенсильвания — это специалисты по материаловедению. Ее [доктора Шо] специализацией была коррозия или деградация материалов под воздействием окружающей среды. Летом того года, а затем и на последнем курсе, я занимался исследованиями алюминиевых сплавов и способами создания коррозионностойких алюминиевых сплавов. Я общался с аспирантами, узнавал все больше и больше об этой области и увлекся ею!
Инжинер Материалов: Небольшая Компания
Первый опыт работы в отрасли доктор Вейант получил в небольшой компании (120-130 человек) под названием Capstone Turbine Corporation. Компания занималась проектированием небольших газотурбинных двигателей в качестве резервных источников электроэнергии для зданий или в качестве генераторов электроэнергии для районов, где электричество было дорогим. Будучи одним из двух инженеров-материаловедов в команде, доктор Вейант выполнял все задачи, которые мог бы выполнить специалист по материалам в этой отрасли.
Одной из моих обязанностей было тесное сотрудничество с инженерами-механиками, которые занимались проектированием отдельных компонентов.Я бы предоставил им данные о свойствах материалов, но мне также пришлось бы провести анализ экономической эффективности". Например, доктор Вейант проанализировал экономическую выгоду от термобарьерных покрытий: "Есть такие покрытия, называемые термобарьерными покрытиями, в которых используется обработка плазменным напылением - процесс, при котором керамический порошок вводится в плазменное пламя.Это пламя имеет температуру около 10 000 градусов по Цельсию, вы плавите его и наносите керамический слой в качестве изоляции на компоненты, которые сильно нагреваются. Если мы воспользуемся этим покрытием, которое опять же будет стоить больше денег, насколько это сэкономит нам?
Ещё одной обязанностью доктора Вейанта в компании Capstone Turbine было быть судебным инженером и выяснять причины поломок в двигателях. Однажды доктору Вейанту пришлось решать особенно сложную и серьёзную проблему:
История: Материаловедение Решает Серьюзную "Загадку"🕵️♂️
«У нас было два испытательных двигателя, которые вышли из строя. В конечном итоге, когда мы извлекли турбину, мы увидели, что сломались лопатки самой газовой турбины. Мы были сильно обеспокоены. Если это случиться с турбиной заказчика, мы попадём в очень неприятную ситуацию.
Одна вещь, которую мы как инженеры материалов делаем в ходе анализа причин отказа, — это изучение поверхности излома под микроскопом, а точнее, под сканирующим электронным микроскопом. Одна из причин, почему мы это делаем - это то, что усталость — тип отказа, при котором, когда материал подвергается циклическим нагрузкам в течение длительного времени, на нём образуются и распространяются трещины [например, когда турбина вращается очень быстро и подвергается циклическим нагрузкам].
Если проблема была в усталости, то используемый нами материал недостаточно устойчив к усталости. Это, очевидно, плохо для нас, потому что большинство наших турбин изготовлены из одного и того же материала».
Иногда, когда турбины ломаются, их поверхность настолько деформируется, что тип поломки невозможно определить под микроскопом. Именно это произошло с турбиной доктора Вейанта. Однако через некоторое время у него появилась идея, которая попала в яблочко.
«Возможно, проблема в процессе изготовления».
Для изготовления таких турбин используются формы, в которые заливается жидкий металл и там оставляется для затвердевания. Иногда, поскольку лопатки формы очень тонкие, жидкость не проходит через всю форму. Доктор Вейант протравил поверхность всей турбины (диаметром около 15 см) кислотой, чтобы выявить микроструктуру металла. Вот его долгожданное открытие:
«Когда у той компании получались не полностью заделанные отверстия в турбине, они использовали сварку, чтобы заполнить эти отверстия другим материалом. Использование сварки в этих критически важных компонентов был запрещен, поскольку сварочный материал намного слабее основного металла. Я обнаружил следы сварки, которые невозможно было увидеть просто взглянув на турбину. Вскоре я выяснил, что этой компании больше не существует. Мне особенно запомнилась эта ситуация, потому что я шаг за шагом разбирался, что произошло, и в конечном итоге получил реальный ответ с удовлетворительным объяснением».
Инжинер Материалов: Большая Корпорация
Получив докторскую степень по материаловедению в Северо-Западном университете, доктор Вейант занял должность инженера-материаловеда в гораздо более крупной корпорации, Honeywell Aerospace. Они занимались проектированием газотурбинных двигателей в качестве вспомогательных силовых установок для самолетов. Он работал над исследовательскими проектами по разработке технологий и материалов, которые могли бы быть внедрены в производство в течение следующих двух лет.
Это было также интересно, потому что большую часть времени я работал в лаборатории и проводил эксперименты с материалами в лабораторных условиях. Кроме того, это было очень похоже на работу, которую я выполнял в Capstone, просто изменился тип применения.
Размышляя о своем опыте работы с этими двумя компаниями, доктор Вейант отмечает:
Безусловно, было давление, ощущение необходимости добиться результата в определенном эксперименте, который я проводил, потому что от этого результата в конечном итоге зависело решение руководства о том, продолжать ли этот проект или нет. Я мог проводить на работе по 18 часов в день, пытаясь завершить эксперимент, потому что знал, что приближается крайний срок.
С другой стороны, доктор Вейант нашёл одно существенное преимущество той работы:
Мне очень нравятся прикладные исследования. Я хочу знать, что то, что я делаю, во что-то войдёт. Несмотря на то, что были определенные периоды давления, я не помню, чтобы когда-либо чувствовал себя подавленным или чувствовал, что оно того не стоит. Всегда было что-то интересное исследовать и открывать.
Постдокторские Исследования
После защиты докторской диссертации доктор Вейант планировал вернуться в компанию Capstone и даже запланировал собеседование на вакантную должность. Однако он также был открыт для других идей:
Я проводила свои докторские исследования в области, называемой термическим напылением, или, точнее, плазменным напылением – это способ нанесения керамических покрытий путем плавления керамики. Это не особенно распространенная технология. Поэтому я поискала в Google, знаете, «Кто занимается плазменным напылением в стране?» И там я обнаружила Национальную лабораторию Сандиа. У них была лаборатория термического напыления. И я подумала: «Окей, это интересно». Поэтому я просто написала электронное письмо руководителю этой лаборатории термического напыления.
В конечном итоге, Национальные лаборатории Сандиа создали должность для доктора Вейанта — это была уникальная область, где лишь немногие специалисты имели его специализацию.
Постдокторская стипендия (постдокторантура) — это временная должность в другом университете, которую могут занять докторанты. «Вы будете заниматься исследованиями и публиковать много хороших статей, чтобы повысить свою квалификацию и получить работу профессора». Однако для доктора Вейанта «это была просто возможность стать сотрудником национальной лаборатории».
Доктор Вейант получал огромное удовольствие от своей работы и занимался множеством уникальных разработок; однако большая часть его работы носила конфиденциальный характер. Должность в подобном учреждении – не самая лучшая...
...если вы хотите заниматься исследованиями, чтобы стать преподавателем. Обычно, чтобы стать преподавателем, нужно публиковать научные работы и чтобы мир знал обо всех ваших достижениях.
Академическая Среда и Взгляд в Будущее
В настоящее время доктор Вейант является профессором кафедры материаловедения в Университете Дрекселя и ведет 3-4 занятия в семестр. В качестве заместителя декана по делам студентов бакалавриата доктор Вейант курирует учебные программы всех инженерных специальностей в Дрекселе и занимается вопросами академической ненадлежащего поведения.
В конце интервью доктор Вейант поделился своим видением будущего материаловедения:
Я не сомневаюсь, что границы между экспериментаторами в области материаловедения и специалистами по вычислительным методам материаловедения будут размываться. Через 20 лет мы будем изучать не только существующие материалы для удовлетворения прикладных потребностей. Список необходимых свойств материала для компонента будет использоваться для вычислительного проектирования материала, как его состава, так и точной обработки. В то время как сейчас материаловедение в основном находится на фундаментальном уровне исследований и материаловедения, на прикладном уровне каждый сможет использовать ИИ и машинное обучение для разработки материалов с нуля.
В качестве конкретного примера из отрасли доктор Вейант упомянул, что 3D-печать будет продолжать развиваться и становиться все более универсальной, так что появится оборудование для создания новых составов материалов по запросу, основанное на атомном моделировании.
Заключение
Работа в области материаловедения — это не загадочная мечта, а реальный, глобально важный профессиональный путь. В то время как инженеры-материаловеды обеспечивают эффективность и безопасность наших повседневных технологий, исследователи материалов погружаются в лабораторные эксперименты, чтобы разрабатывать лучшие материалы и способствовать развитию человечества.
Материаловедение и инженерия, как и любая другая область STEM, дают вам не только понимание того, как устроен мир, но и возможность выбрать предпочтительный способ внесения позитивных изменений: исследования, инженерия, преподавание и многое другое.
Возникает вопрос: «На каких типах материалов вы хотели бы специализироваться в области материаловедения и инженерии?» Действительно, обширные знания в области термопокрытий или биоразлагаемых полимеров откроют вам совершенно разные, но одинаково захватывающие направления.
Comments