16.513.11.3031_Rezyume

Резюме проекта НИР, выполненного в рамках ФЦП
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на 2007 – 2013 годы»,
«итоговое»
Номер контракта: 16.513.11.3031
Тема: Создание композиционной нанокерамики с повышенными эксплуатационными
свойствами
Приоритетное направление: Индустрия наносистем
Критическая технология: Технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов
Период выполнения: С «12» апреля 2011 г. по 15 декабря 2012 г.
Плановое финансирование проекта: 3,6 млн. руб.
Бюджетные средства
 3 млн. руб.,
Внебюджетные средства  0,6 млн. руб.
Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский
политехнический университет"
Ключевые слова: Композиционная нанокерамика, магнитно-импульсное прессование,
электронные пучки, спекание, модифицирование.
Цель исследования, разработки
Цель исследования: создание и исследование свойств композиционных керамических
материалов с повышенной устойчивостью к нагрузкам, в том числе для узлов трения.
В работе с применением нетрадиционных способов компактирования и спекания композиций из оксидных нанопрошков решается актуальная задача получения композиционной нанокерамики на основе диоксида циркония с высокими эксплуатационными характеристиками.
В качестве нетрадиционных технических способов получения нанокерамики предлагается использовать новый перспективный метод магнитно-импульсного прессования компактов оксидных нанопорошков и их активированное спекание в пучке интенсивных
электронов с энергией ускоренных частиц (2-15) КэВ. В совокупности применение таких
технических решений позволит решить задачу получения наноструктурированного состояния в спекаемой керамике.
1.
Основные результаты проекта
Разработано устройство и создан макет установки для осуществления прессования оксидных нанопорошков методом двустороннего магнитно-импульсного прессования.
С использованием метода дилатометрии установлены закономерности процессов консолидации порошковых компактов, полученных с использованием традиционных и магнитно-импульсного методов прессования.
Показано, что использование динамического прессования компактов оксидных нанопорошков позволяет получать керамику повышенной плотности и повышенными механическими характеристиками. При этом для порошковой композиции 80 (ZrO2 –Y2O3) –
20Al2O3 максимальная скорость усадки смещается в сторону более низких значений температур в сравнении со статическим методом прессования, что открывает перспективы
снижения температуры спекания керамических композитных изделий.
Создан макет установки для радиационного спекания электронным пучком с энергией
ускоренных частиц (2-15) КэВ. Решены вопросы измерения температуры объекта, нагреваемого пучком низкоэнергетических электронов. На макете установки отработана методика радиационного спекания композиционной нанокерамики на основе диоксида циркония.
Отработана методика обработки композиционной нанокерамики на основе диоксида
циркония интенсивными потоками заряженных частиц. Показано, что сильноточные пучки низкоэнергетических электронов могут быть использованы для эффективного модифи2.
цирования приповерхностных слоев композиционной нанокерамкики на основе диоксида
циркония.
Проведены обобщение и оценка полученных результатов. Разработана физическая модель спекания и модифицирования композиционной нанокерамики на основе диоксида
циркония мощными пучками низкоэнергетических электронов. Показано, что активация
процессов спекания и модифицирования композиционной керамики на основе диоксида
циркония хорошо описывается в рамках поверхностно-рекомбинационного механизма
ускорения массопереноса в поле электронного излучения.
Обоснован вывод об эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
Проведена технико-экономической оценка рыночного потенциала полученных результатов. Сделан вывод о перспективности использования разработанных технологических
приемов в керамической технологии.
Целевой рынок разрабатываемой продукции охватывает машиностроение, электротехническую, электронную, мясную, текстильную, деревообрабатывающую отрасли промышленности.
Разработаны предложения и рекомендации по внедрению разработанных методик в керамическом производстве для производства изделий с повышенной устойчивостью к
нагрузкам. Разработанные технологические приемы компактирования, спекания и модифицирования композиционной нанокерамики на основе диоксида циркония предлагается
интегрировать в существующее керамическое производство в виде технологических линий создания высокопрочной композиционной нанокерамики на основе диоксида циркония, предназначенных, например, для организации мелкосерийного производства керамических изделий в виде волок для нужд кабельной промышленности.
Разработан проект технического задания для проведения последующих ОТР по теме
«Разработка технологической линии создания высокопрочной композиционной нанокерамики на основе диоксида циркония.
Новизна полученных результатов заключается в том, что впервые для получения композиционной нанокерамики на основе диоксида циркония использовано сочетание нетрадиционных способов обработки оксидных нанопорошков, включающее изготовление
компактов способом динамического прессования в двустороннем магнитно-импульсном
прессе, последующее их спекании в пучке электронов с энергией (2-15) КэВ и модифицирование приповерхностных слоев в пучке низкоэнергетических электронов. В результате
реализованных мер для компактов, изготовленных из нанопорошков, полученных плазмохимическим методом в Сибирском химическом комбинате, удалось существенно снизить
температуру спекания и как следствие получить более мелкозернистую нанокерамику, обладающую повышенными прочностными характеристиками.
Аналоги данным работам в России и за рубежом не известны.
3.
Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках исследования, разработки
Патент на полезную модель, Устройство для измерения температуры объекта, нагреваемого ионизирующим излучением, №121367/заявка № 2012124584/ приоритет от 14 июня
2012 г./Страна патентования - Россия.
Назначение и область применения результатов проекта
Полученные результаты найдут применение в области материаловедения при разработке новых технологий получения композиционных керамических материалов с повышенной устойчивостью к нагрузкам, в том числе для узлов трения.
4.
Эффекты от внедрения результатов проекта
Ожидаемый социально-экономический эффект от применения разрабатываемых технологических приемов заключается в повышении производительности труда, снижении материало- и энергоемкости производства, повышении экологической чистоты производства, повышении качества жизни.
5.
6.
Формы и объемы коммерциализации результатов проекта
Коммерциализация проектом не предусмотрена
Заместитель проректора по научной работе
и инновациям ФГБОУ ВПО НИ ТПУ _______________
А.Н. Пестряков
Зам. проректора-директора
ИНК ФГБОУ ВПО НИ ТПУ
А.П. Суржиков
М.П.
_______________