создание и модифицирование методами импульсных

Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
В рамках федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 г
СОЗДАНИЕ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ
МЕТОДАМИ ИМПУЛЬСНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ
ВОЗДЕЙСТВИЙ КЕРАМИЧЕСКИХ
НАНОСТРУКТУРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Руководитель проектов: д.ф.-м.н., профессор
Суржиков Анатолий Петрович,
Ответственные исполнители:
Лысенко Елена Николаевна, Гынгазов Сергей Анатольевич
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
В рамках федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 г

Соглашение №14.B37.21.0435 от «06» августа 2012 г.

Тема: «Разработка радиационно-термического
метода получения наноструктурных ферритовых
материалов для авиационной техники»
Шифр заявки «2012-1.1-12-000-4002-005»

ГК № 02.740.11.0811 от «24» апреля 2010 г.

Тема: «Создание и модифицирование методами
импульсных физических воздействий
композиционных керамических наноструктур на
основе диоксида циркония»
Шифр заявки «2010-1.1-210-063-012»
2
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
НОЦ «Наноматериалы и нанотехнологии»















Активатор планетарного фрикционного дискретного типа АГО-2С.
Рентгеновский дифрактометр ARL’XTRA (Швейцария).
Прибор синхронного термического анализа ТГ-ДТА/ДСК STA 449 Jupiter (Германия).
Дилатометр DIL 402C (Германия).
Цифровой микротвердомер ZHV-1M, нанотвердомер Nano Hardness Tester фирмы CSEM.
Комплекс аппаратуры для измерения электрофизических характеристик материалов.
- автоматический измеритель иммитанса LCR-819.6;
- Agilent E4991 A RF Impedance/Material Analyzer с индукционным и емкостным методами
соответственно.
Аналитические весы SHIMADZU AUW-220 (Япония).
Печи высокотемпературные типа SNOL, шкаф сушильный SNOL-58/350.
Шлифовально-полировальный станок Beta с насадкой Vector.
Вакуумные посты ВУП-5 (нанесение металлических электродов в вакууме).
Сканирующий электронный микроскоп JSM-7500F (JEOL, Япония) с энергодисперсионным
микроанализатором EDXS.
Лазерный анализатор частиц Shimadzu SALD-7101.
3
Ускоритель электронов с энергией выведенного ускоренного пучка Е =1,8-5,7 МэВ.
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Соглашение №14.B37.21.0435 от «06» августа 2012 г.
Тема: «Разработка радиационно-термического метода получения наноструктурных
ферритовых материалов для авиационной техники»
Целью реализуемого проекта является разработка научных основ высокоэффективной
радиационно-термической технологии получения наноструктурных ферритовых
материалов, основанной на применении высокоэнергетических электронных пучков.

Основные результаты проекта:

Методика радиационно-термического синтеза наноструктурных ферритовых
материалов с помощью нагрева электронным пучком.

Лабораторные образцы наноструктурных литиевых ферритов с требуемыми
магнитными и диэлектрическими характеристиками.

Технологическая схема получения и обработки наноструктурных ферритов.

Маркетинговый и патентный анализ состояния рынка в области тематики проекта.

Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.

Внедрение полученных результатов в образовательный процесс
4
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Технические характеристики образцов
№
1
Название
образцов
Наименование
Литиевый Размер кристаллитов
феррит
Температура Кюри
Намагниченность насыщения, 4πMs
Магнитные потери, µ”
Диэлектрические потери, ”
2
ЛитийРазмер кристаллитов
цинковый
Температура Кюри
феррит
Намагниченность насыщения, 4πMs
Магнитные потери, µ”
Диэлектрические потери, ”
Ед.
Значе
из
ние
м.
нм < 100
С 630±3
Гс 4100
-
0,25
0,05
нм < 100
С 480±10
Гс 4350
-
0,45
0,07
5
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Государственный контракт № 02.740.11.0811 от «24» апреля 2010 г.
Тема: «Создание и модифицирование методами импульсных физических воздействий
композиционных керамических наноструктур на основе диоксида циркония»
Цель реализованного проекта состояла в проведении поисковых исследований, направленных
на разработку новых перспективных технологий получения и модифицирования корундоциркониевой нанокерамики, основанных на высокоинтенсивных импульсных воздействиях
(мощные электромагнитные поля, пучки низкоэнергетических электронов и ионов).
Основные полученные результаты при выполнении проекта:

Метод магнитно-импульсного прессования ультрадисперсных порошков и устройство для
его осуществления.

Закономерности консолидации в поле микроволнового излучения композиционных
компактов, полученных методом магнитно-импульсного прессования и физическая
модель обнаруженного явления активирования процессов спекания керамики.

Эффекты модифицирования механических свойств и структурно-фазового состояния
композиционной нанокерамики интенсивными потоками заряженных частиц, физическая
модель модифицирования корундо-циркониевой нанокерамики.

Технологическая схема получения и обработки композиционной нанокерамики.

Лабораторные образцы композиционной нанокерамики.

Маркетинговые и патентные анализы состояния рынка в области тематики проекта. 6

Технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.

Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет










Химический состав, (масс%) – 80ZrO2 (Y ) - 20 Al2O3
Удельная плотность, г/см3
– ( 5,3– 5,36 )
Пористость, %
– (2 – 3)
Микротвердость Нv, Гпа
–
14,1
Нанотвердость НN, Гпа
– 18,5
Модуль Юнга Е, Гпа
–
265
Коэффициент линейного
термического расширения ,1/град – 8,5 10-6
Средний размер зерна, мкм
– 0,8
Средний размер кристаллитов, мкм – 0,134
Трещиностойкость К1с, МПам0.5
– (10-11)
Увеличение
прочностных
характеристик
композиционной керамики на (3040) %, механических
характеристик на (1020)% по сравнению с аналогом.
7
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Сотрудничество





Национальный исследовательский Томский государственный университет.
Институтом ядерной физики СО РАН, г. Новосибирск
Институт сильноточной электроники СО РАН, г. Томск
Московский государственный технический университет радиотехники,
электроники и автоматики
Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова.
8
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Основные публикации по 1 проекту:







А.П. Суржиков, Е.Н. Лысенко, С.А. Гынгазов, Т.С. Франгульян, О.Г. Казаковская Определение
коэффициента диффузии кислорода в поликристалличеких литиевых феррошпинелях // Контроль.
Диагностика. – 2012. – № 13 – С. 111-116.
Surzhikov A., Lysenko E.N., Vlasov V.A., Vasendina E.A., Pritulov A.M. Dependence of lithium–zinc
ferrospinel phase composition on the duration of synthesis in an accelerated electron beam // Journal of
Thermal Analysis and Calorimetry. - 2012. – V.110.-N2: - стр. 733-738.
Лысенко Е.Н., Власов В.А., Малышев А.В., Гальцева О.В. Влияние скорости нагрева реакционной
смеси на твердофазное взаимодействие при неизотермическом синтезе LiFe5O8 // Современные
проблемы науки и образования. – 2012. – № 5. URL: www.science-education.ru/105-7105.
Surzhikov A., Lysenko E.N., Malyshev A.V., Vlasov V.A., Vasendina E.A. Analysis of the phase
composition and homogeneity of ferrite lithium-substituted powders by the thermomagnetometry method //
Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2013 – V.112.-N2.-P. 739-745.
Суржиков А.П., Гынгазов С.А., Лысенко Е.Н., Власов А.В. Кинетический анализ радиационнотермического синтеза литий-замещенных ферритов // Известия вузов. Физика. - 2013 - Т. 56 - №. 1/2.
- C. 155-158.
Суржиков А.П., Васендина Е.А., Лысенко Е.Н., Николаев Е. В. Кинетика процесса фазообразования
в системе Li2CO3–TiO2–Fe2O3 при радиационно-термическом синтезе // Перспективные материалы.
- 2013 - №.8. - C. 5-10.
Власов В.А., Васендина Е.А., Гальцева О.В., Николаев Е.В. Исследование магнитных свойств
9
литийзамещенных феррошпинелей, синтезированных в пучке электронов // Современные проблемы
науки и образования. - 2013 - №. 5. - URL: www.science-education.ru/111-10075.
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Основные публикации по 2 проекту:






Суржиков А.П., Франгульян Т.С., Гынгазов С.А., Власов В.А., Васендина Е.А. Диагностика
структурно-фазового состояния ультрадисперсных плазмохимических порошков диоксида циркония
// Контроль. Диагностика. - 2012 - №. 13 - C. 58-61.
Суржиков А.П., Франгульян Т.С., Гынгазов С.А. Дилатометрические исследования процессов
спекания композиционной керамики из ультрадисперсных порошков системы ZRO2(Y)-AL2O3 при
различных температурно-временных режимах обжига // Системы. Методы. Технологии. - 2012 - №. 4 C. 93-97.
Surzhikov A.P., Gyngazov S.A., Franguljyan T.S. A dilatometric study of the effect of pressing on the
kinetics of compression of ultrafine zirconium doxide powders under thermal annealing // Russian Physics
Journal. - 2012 - Vol. 55 - №. 4 - p. 345-352.
Суржиков А.П., Франгульян Т.С., Гынгазов С.А., Власов В.А., Васендина Е.А. Структурно-фазовое
состояние ультрадисперсных плазмохимических порошков диоксида циркония // Наноматериалы и
наноструктуры - XXI век. - 2012 - Т. 3 - №. 1 - C. 14-18.
Гынгазов С.А., Франгульян Т.С., Гореев А.К., Климов А.С. О возможности спекания циркониевой
керамики пучком низкоэнергетических электронов // Известия вузов. Физика. - 2011 - Т. 54 - №. 1/3 C. 355-359.
Суржиков А.П., Франгульян Т.С., Гынгазов С.А., Григорьев С.В. Эффекты модифицирования
приповерхностных слоев корундо-циркониевой керамики с различной пористостью при воздействии
интенсивного пучка низкоэнергетических электронов // Известия вузов. Физика. - 2011 - Т. 54 - №. 1/3
- C. 237-241.
10
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Участие в конференциях:






Surzhikov A. P. , Franguljyan T. S. , Gyngazov S. A. , Vasiljeva O. G. , Lysenko E. N. Determination of kinetic
characteristics of polycrystalline ferrites oxidation using TG analysis // 7th International Forum on Strategic
Technology (IFOST - 2012): Proceedings: in 2 vol., Tomsk, September 18-21, 2012. - Tomsk: TPU Press, 2012 Vol. 2 - p. 499-502.
Суржиков А. П. , Франгульян Т. С. , Гынгазов С. А. , Васендина Е. А. Исследование фазовых преобразований
и кинетики линейной усадки при спекании керамики их ультрадисперсных плазмохимических порошков
ZrO2-Al2O3 // Радиационная физика твердого тела: труды XXII Международной конференции , Севастополь,
9-14 Июля 2012. - Москва: НИИ ПМТ, 2012 - C. 429-439.
Казаковская О.Г., Лысенко Е.Н., Суржиков А.П. ТГ/ДСК анализ неизотермического синтеза LIFE5O8 из
механоактивированной смеси Li2CO3-Fe2O3 // Современные техника и технологии: Труды XVIII
Международной научно-практической конференции.-Томск.-09-13 апреля 2012.- Томск: ТПУ.
Surzhikov A.P. , Franguljyan T.S. , Gyngazov S.A., Grigor’ev S.V., Koval N.N. Modification of Alumina-Zirconium
ceramics by low-energy high-current electron beams // Electrotechnica & Electronica E+E Vol.47 No5-6/2012, pp.
192-195.
Суржиков А. П. , Лысенко Е. Н. , Власов В. А. , Малышев А. В. Синтез Li-Zn феррита в условиях
высокоэнергетических воздействий // Радиационная физика твердого тела: труды XXIII Международной
конференции, Севастополь, 8-13 Июля 2013. - Москва: НИИ ПМТ, 2013 - C. 462-469.
Lysenko E. N. , Surzhikov A. P. , Malyshev A. V. , Vlasov V. A. Nonisothermal synthesis of mechnically activated
lithium-substituted ferrites // Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies: the Book of Abstracts of the IV
International Conference, Novosibirsk, June 25-28, 2013. - Новосибирск: Редакционно-издательский центр НГУ,
11
2013 - p. 161
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Результаты интеллектуальной деятельности:




Патент РФ на изобретение №2410200 Способ
изготовления ферритовых изделий. Опубл. 27.01.2011.
Патент РФ на полезную модель № 121367 Устройство для
измерения температуры объекта, нагреваемого
ионизирующим облучением. Опубл. 14.06.2012г.
Патент РФ на полезную модель № 129923. Устройство для
получения циркониевой керамики. Опубл. 12.02.2013г.
Патент РФ на изобретение №2380675 Способ контроля
прочности изделий из твердых материалов. Опубл.
27.01.2010г.
12
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Основные показатели по 1 проекту:
№
И.1.1.1
И.1.1.2
И.1.1.3
И.1.1.4
П.1.1.1
П.1.1.2
П.1.1.3
П.1.1.4
П.1.1.5
П.1.1.6
Наименование индикатора
Количество кандидатов наук – исполнителей НИР, представивших
докторские диссертации в диссертационный совет
Количество аспирантов – исполнителей НИР, представивших
кандидатские диссертации в диссертационный совет
Количество студентов, аспирантов, докторантов и молодых
исследователей, закрепленных в сфере науки, образования и высоких
технологий
Количество исследователей – исполнителей НИР, результаты работы
которых в рамках НИР опубликованы в высокорейтинговых российских и
зарубежных журналах
Наименование показателя
Количество докторов наук – исполнителей НИР, работающих в научной
или образовательной организации на полную ставку, принявших участие
в работах в течение всего срока реализации НИР
Количество молодых кандидатов наук – исполнителей НИР, работающих
в научной или образовательной организации на полную ставку,
принявших участие в работах в течение всего срока реализации НИР
Количество аспирантов, принявших участие в работах в течение всего
срока реализации НИР
Количество студентов, принявших участие в работах в течение всего
срока реализации НИР
Доля привлеченных на реализацию НИР внебюджетных средств от
объема средств федерального бюджета
Доля фонда оплаты труда молодых участников НИР в общем объеме
фонда оплаты труда по НИР
Ед. измер.
Достигнуто
чел.
1
чел.
1
чел.
4
чел.
8
чел.
2
чел.
5
чел.
6
чел.
9
%
22,4
13
%
60
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Основные показатели по 2 проекту:
№
И.1.1.1
И.1.1.2
И.1.1.3
И.1.1.4
П.1.1.1
П.1.1.2
П.1.1.3
П.1.1.4
П.1.1.5
П.1.1.6
Наименование индикатора
Количество кандидатов наук – исполнителей НИР, представивших
докторские диссертации в диссертационный совет
Количество аспирантов – исполнителей НИР, представивших
кандидатские диссертации в диссертационный совет
Количество студентов, аспирантов, докторантов и молодых
исследователей, закрепленных в сфере науки, образования и высоких
технологий
Количество исследователей – исполнителей НИР, результаты работы
которых в рамках НИР опубликованы в высокорейтинговых российских и
зарубежных журналах
Наименование показателя
Количество докторов наук – исполнителей НИР, работающих в научной
или образовательной организации на полную ставку, принявших участие
в работах в течение всего срока реализации НИР
Количество молодых кандидатов наук – исполнителей НИР, работающих
в научной или образовательной организации на полную ставку,
принявших участие в работах в течение всего срока реализации НИР
Количество аспирантов, принявших участие в работах в течение всего
срока реализации НИР
Количество студентов, принявших участие в работах в течение всего
срока реализации НИР
Доля привлеченных на реализацию НИР внебюджетных средств от
объема средств федерального бюджета
Доля фонда оплаты труда молодых участников НИР в общем объеме
фонда оплаты труда по НИР
Ед. измер.
Достигнуто
чел.
1
чел.
2
чел.
4
чел.
3
чел.
3
чел.
3
чел.
4
чел.
8
%
20
14
%
50
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Внедрение в образовательный процесс






Курс лекций по дисциплине «Наноструктурные материалы» для бакалавров 3 курса,
обучающихся по программе 150100 «Материаловедение и технологии материалов»;
Курс лекций по дисциплине «Технологические процессы создания наноструктурных
материалов для отраслей наноиндустрии» для магистрантов 1 курса, обучающихся
по программе 150100 «Материаловедение и технологии материалов»;
Лабораторные работы по дисциплине «Моделирование и управление бизнесспроцессами» для магистрантов 1 курса, обучающихся по программе 221400
«Управление качеством»;
Курс лекций по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных
материалов» для бакалавров 4 курса, обучающихся по программе 221400
«Управление качеством»;
Практические занятия по дисциплине «Обнаружение и фильтрация сигналов в
неразрушающем контроле» для бакалавров 4 курса, обучающихся по программе
200100 «Приборостроение»;
Подготовка магистерских диссертаций по образовательной программе 200100
«Приборостроение».
15
Национальный Исследовательский
Томский Политехнический
Университет
Спасибо за внимание!
16