ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ

ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ
МЕЖГОСУДАРСТВЕННОЙ ЦЕЛЕВОЙ ПРОГРАММЫ
ИННОВАЦИОННОГО СОТРУДНИЧЕСТВА
ГОСУДАРСТВ – УЧАСТНИКОВ СНГ НА ПЕРИОД ДО 2020 года
Создание опытно-промышленных технологий и
пилотных тиражируемых технологических линий по
изготовлению на основе наноалмазов детонационного
синтеза и микрокристаллических алмазов
наноструктурированных алмазных компактов и
двухслойных алмазных пластин для использования в
производстве особоизносостойкого режущего и
бурового инструмента.
Организации участники
От России:
Головной исполнитель:
ФГУ «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов»
(ФГУ ТИСНУМ), г. Троицк Московской области.
Соисполнители:
ПНЦ РАРАН, ОАО «ВНИИАЛМАЗ» и ОАО «ВНИИинструмент», г. Москва;
ОАО «Тяжпрессмаш», г. Рязань;
ОАО «ПО Кристалл», г. Смоленск.
От Украины:
Головной исполнитель:
Институт сверхтвердых материалов НАН Украины, г. Киев.
Соисполнители:
Научно-технологический алмазный центр «АЛКОН», г. Киев.
От республики Беларусь:
Государственное научно-производственное объединение
порошковой металлургии, г. Минск.
Координация деятельности Национальной Нанотехнологической Сети
по направлению «конструкционные наноматериалы»
РНЦ "Курчатовский институт"
Головная организация ННС
ФГУ ТИСНУМ
ГО по направлению «конструкционные наноматериалы»
Мониторинг
направления
ННС
Федеральные
бюджетные
учреждения
НОЦ
Научные
подразделения
института
Высшие
учебные
заведения
ЦКП
Научноисследовательские
организации
Центр
аттестации и
сертификации
Промышленные
предприятия
более 130 организаций в 46 регионах РФ
ГО других
направлений ННС
Предприятия
других
направлений ННС
Направления деятельности ФГУ ТИСНУМ
1. Синтез крупных (до 6 карат) монокристаллов алмаза с
кристаллической решеткой абсолютного качества :
•
особочистых,
•
прецизионно легированных,
•
полупроводниковых
Разработка технических изделий из синтетических алмазов;
2.
Синтез и исследования новых сверхтвердых
материалов;
3.
Синтез углеродных нанотрубок и нанонитей;
4.
Разработка технологий получения
наноструктурированных металлов, композитов и
керамик;
5.
Создание наномодифицированных функциональных
материалов;
6.
Нанотехнологическое приборостроение и метрология.
Центр Коллективного Пользования ФГУ ТИСНУМ
«Исследования наноструктурных, углеродных и сверхтвердых материалов»
•
Научное и технологическое оборудование ЦКП
включает в себя более 50 уникальных установок и
комплексных методик исследований:
•
Оптические исследования
(всеволновая рамановская
и Фурье-спектроскопия)
•
Рентгеноструктурный анализ
•
Электронная и сканирующая
зондовая микроскопия
•
Физико-механические измерения
•
Электрофизические исследования
•
Теплофизические измерения
Состав проекта
1. Проведение НИОКР по разработке технологий
и оборудования для:
- производства (методом динамического синтеза с
использованием ВВ, высвобождаемых при
утилизации боеприпасов) очистки и квалификации
наноалмазов и наноуглеродной шихты;
- изготовления наноструктурируемых
алмазных компактов;
- изготовления двухслойных алмазно-твердосплавных
пластин.
2. Изготовление необходимого оборудования
и создание опытно-промышленных участков
производства:
- наноалмазов динамического синтеза (2 – 10 нм);
- наноуглеродной шихты;
- порошков микрокристаллических алмазов;
- двухслойных алмазно-твердосплавных пластин
3. Проведение опытно-технологических
и пуско-наладочных работ и ввод
в эксплуатацию производства
Работы выполняемые исполнителями от СНГ
По Белоруссии:
Создается пять участков общей стоимостью ориентировочно 1,3 млн. $
Срок реализации от начала финансирования – 24 месяца.
Планируется создание 42-х рабочих мест.
Окупаемость по участкам от 2-х до 4-х лет.
По Украине:
Участок по производству наноструктурированных алмазных компактов и двухслойных
алмазных пластин для режущего и бурового инструмента общей стоимостью
ориентировочно 200 000 долларов США
Срок реализации от начала финансирования – не более 24-х месяцев.
Планируется создание 20-ти рабочих мест.
Окупаемость – 30 месяцев.
Утилизация боеприпасов
В настоящее время количество артиллерийских снарядов,
подлежащих
утилизации
в
Российской
Федерации,
составляет 2,5 млн. тонн.
За общим объемом утилизации стоит высвобождение
следующих материальных ресурсов:
• ВВ
• пороха
• черный металл
• цветной металл
• лом алюминиевых сплавов
Петровским научным центром РАРАН совместно с рядом
организаций
и
предприятий
разработан
метод
гидрокавитационного извлечения из боеприпасов ВВ, которое
является основным сырьем в производстве наноалмазов.
Линия расснаряжения является составной частью данного
проекта и источником дешевого ВВ для производства
наноалмазов и наноуглерода. В проекте будет использована
линия расснаряжения по снарядам калибра 100 мм,
производительностью около 70 тыс. шт. в год с выходом:
• по черному металлу
• по цветному
• по ВВ
931 т (сталь);
35,9 т (медь);
119 т (А-IX-1 и А-IX-2).
114 000 т;
224 000 т;
1 600 000 т;
232 000 т;
~ 1 740 т.
Технология производства наноалмазов
По
проекту
конструкции
ФГУ
и
ТИСНУМ
технологии
разработана
изготовления
взрывной камеры из нержавеющей стали и
оборудования каталитической очистки шихты
и сушки продукта, обеспечивающие полный
цикл производства наноалмазов.
Свойства наноалмазов:
• содержание алмазной фазы
не менее 98% масс;
• размер первичных частиц
4 – 6 нм;
• плотность
не менее 3,48 г/см3;
• удельная поверхность
до 400 м2/г;
• химические примеси
O, N, H. не более 1%.
Производство монокристаллических алмазных микропорошков
Микропорошки
В ФГУ ТИСНУМ были разработаны технологии
синтеза
монокристаллических
алмазных
микропорошков, обеспечивающие наличие во
фракциях 60/40 – 20/14 мкм не менее 50%
монокристаллических
ограненных
зерен.
Абразивная способность таких микропорошков
по ГОСТ 9206-80 достигает 6 – 9 единиц и
более. Абразивные инструменты на основе
из природного алмаза
таких порошков имеют срок службы в 2 – 3
раза больше обычных.
Данные
пилотной
установки
линии
составляют
по
основу
производству
микроалмазов мощностью обеспечивающей
потребность данного проекта для контактов и
двухслойных пластин.
из синтетического алмаза
Пилотные линии производства
Создаваемые линии компактов и двухслойных пластин
микрокристаллических алмазных порошков ориентированы на:
1. Производства наноструктурированных алмазных
компактов Ø 5 – 13 (δ = 2,5 – 3,5) мм ориентирована на
производство 250 тысяч шт. в год компактов со
следующими свойствами:
•
•
•
•
•
модуль упругости
твердость
теплопроводность
плотность
трещиностойкость
не менее 800 ГПа;
80 – 100 ГПа;
500 – 800 Вт/м•К;
не менее 96% от теоретической;
8 МПа•м1/2
2. производство в год 210 тысяч шт. пластин для
сверхглубокого бурения в нефтегазодобывающей
промышленности со свойствами:
• используются для бурения самых твёрдых
(X – XII категорий ) горных пород на
континентальном шельфе и вечной мерзлоте;
• диаметр 13,5 мм;
• толщина алмазного слоя до 3,0 мм;
• твёрдость алмазного слоя до 80 – 100 ГПа;
• стойкость 7 – 10 см3/мг.
с
использованием
наноалмазов
и
Цены на продукцию
Цены на компакты, спеченные из мелких порошков алмаза
Таблица 1.
Страна, марка сверхтвердого материала, спеченного из мелких порошков алмаза (компактов)
США
Цена, $
Англия (Ирландия)
Япония
Россия
Геосет
Формсет
Синдай
Синдакс-3
DA – 200
DA – 100
АСПК
СВ-15Б
Разрабатываемый
по проекту СНГ
14,0
22,0
16,0
24,0
15,5
17,0
11,0
12,0
18,0
Цены на сверхтвердые композиционные материалы (двухслойные пластины)
Таблица 2.
Страны, марка сверхтвердого комозиционного материала (двухслойных пластин)
США
Компакс Стратопакс
Цена, $
19,0
26,0
Англия (Ирландия)
Германия
Япония
Россия
Синдит
Синдрилл
PCD EP1913DT
19 мм
Сумидиа
АТП
АТР
Разрабатываемый
по проекту СНГ
24,0
31,0
29,6
27,0
16,0
27,7
27,0
Разброс цен, представленных в Табл.1 и Табл.2, отражает различие в технических характеристиках предлагаемой
продукции. Для сравнения в Табл.3 и Табл.4 приводятся основные технические характеристики продукции,
выпускаемой зарубежными фирмами и характеристика продукции, предлагаемая по разрабатываемому проекту. Как
видно из Табл.3 и Табл.4 , продукция по разрабатываемому проекту находится на уровне лучших зарубежных
образцов и даже превосходит их по некоторым характеристикам, что свидетельствует о существенном рыночном
потенциале проекта.
Качество продукции
Компакты, спеченные из мелких порошков алмаза
№ Технические характеристики
п/п
Страна, марка сверхтвердого материала, спеченного из мелких порошков алмаза (компактов)
США
Геосет
Геометрические размеры
1 компакта, мм
2 Твердость, ГПа
Таблица 3.
Англия (Ирландия)
Формсет
Синдай
Синдакс-3
Япония
Сумидиа
Плоск.
Шестигран
треугол.
5δ 3,5 5,2 δ
3,5
l 6,2  δ 3,7
75±5
Россия
АСПК
СВ-15Б
5δ 3,5 5δ 3,5
Разрабатываемый
по проекту СНГ
5 - 13; δ 3,5
95±5
70±5
90±5
75±5
95±5
70±10
80÷100
3 Прочность на сжатие, ГПа
1,35
1,20
1,25
1,20
0,8
8,0
2,00
4 Прочность на изгиб, ГПа
1,20
1,05
1,15
1,05
0,43
1,10±0,05
1,05
5 Модуль упругости (Юнга),
ГПа
не менее 800
6 Трещиностойкость, К1с,
МПа·м1/2
5,5
8,0
5,1
5,4
5,0
0,93
5,0
8,0
7 Износостойкость, мг/кг
0,87
0,33
0,85
0,35
0,50
(1,3)
0,50
0,30
8 Термостойкость, К
1473
1473
1473
1473
1473
973
1473
1473
9 Теплопроводность, Вт/м · К
Примечание
410
500÷800
Износостойкость определялась при правке абразивного круга ПП60080305 14А 40 СТ2 5 К6. При V =
35 м/с; продольная подача – 0,5 м/мин; поперечная подача – 0,02 мм/ход
Качество продукции
Композиционные материалы на основе алмаза (двухслойные пластины)
№ Технические характеристики
п/п
Страны, марка сверхтвердого композиционного материала (двухслойных пластин)
США
Англия
(Ирландия)
Компакс Стратопакс Синдит Синдрилл
1
Геометрические размеры
компакта, мм
Таблица 4.
6,3δ
Германия
Япония
PCD
EP1913DT
DA – 150
Россия
АТП
АТР
13δ 3,5 19δ 53,1 3-16δ 5 13,5δ 13,5δ
3,5
10
3,2
2 Толщина алмазного слоя, мм 0,5 – 1,5 1,0 – 1,5 1,0 – 1,5 0,5 – 1,7
0,7 – 2,0
0,5 – 1,5 1,0 – 1,5 1,0 – 2,0
Разрабатываем.
по проекту
СНГ
13,5 - 15;
δ 8 - 16
3,0
3 Твердость алмазн. слоя, ГПа
70±5
75±5
50±5
80±5
75±5
50±5
4 Прочность на сжатие, ГПа
1,10
1,20
1,29
1,25
1,35
1,20
1,10±0,05 1,25±0,10
1,30
5 Прочность на изгиб, ГПа
0,98
1,05
1,10
1,15
1,10
1,00
0,85±0,05 1,10±0,05
1,15
6 Модуль упругости (Юнга),
ГПа
50±5
65±7
841
80
80÷100
7 Трещиностойкость, К1с,
МПа·м1/2
5,00
5,50
5,01
5,0
5,50
5,1
10,00
5,70
8,0
8 Износостойкость, мг/кг или
стойкость при точении,
см³/мг
0,28
0,25
0,75
0,30
0,50
0,75
0,54
0,43
Стойкость по
граниту 7-10
1473
1473
1473
950
1073
1473
9 Термостойкость, К
10 Теплопроводность, Вт/м · К
640
Показатели экономической эффективности проекта
Планируемые объемы выпуска и продаж продукции
Планируемые цены на продукцию
Год
Продукция
Год
2013
2014
2015
Пластины, шт.
210 000
210 000
210 000
Компакты, шт.
250 000
250 000
250 000
Наноалмазы, карат
15 000 000
15 000 000
Наноуглерод, карат
2013
2014
2015
Пластины за 1 шт.
27
27
27
Компакты за 1 шт.
18
18
18
15 000 000
Наноалмазы за 1 карат
0,5
0,5
0,5
200 000 000 200 000 000 200 000 000
Наноуглерод за 1 карат
0,05
0,05
0,05
Планируемые объемы выручки по видам продукции
Выручка, тыс.$
Продукция
Пластины
Цена, $
Расчетная себестоимость по видам продукции
Продукция
2013
2014
2015
5 670
5 670
5 670
Компакты
4 500
4 500
4 500
Наноалмазы
7 500
7 500
7 500
Наноуглерод
10 000
10 000
10 000
Расчетная себестоимость, $
Пластины за 1 шт.
5,0
Компакты за 1 шт.
3,5
Наноалмазы за 1 карат
0,064
Наноуглерод за 1 карат
0,004
Показатели экономической эффективности проекта
Инвестиционные затраты для реализации проекта составляют 46 000 тыс. $.
На основании представленных планируемых и расчетных показателей
экономическая эффективность проекта выражается следующим образом:
1. Индекс рентабельности……………………….1,32
2. NPV, тыс.$ …………………………………..…..14 007,42
3. IRR, %..……………………………………..….…19
4. Срок окупаемости, лет (месяцев)………..…..2,2 (27)
5. Число новых рабочих мест, шт……………....105