Создание интеллектуальных поверхностей газодинамическим

Создание
интеллектуальных
поверхностей
газодинамическим
напылением
1. Классификация (тематическое направление, не более двух)
Нанотехнологии и новые материалы
2. Назначение и область применения
Технология может использоваться при изготовлении изделий военного и специального
назначения, изделий электронной техники, аэрокосмического комплекса, охранного
назначения и др.
Область применения: Машиностроение, приборостроение.
3. Краткое описание (суть) проекта
Разработка и создание интеллектуальных поверхностей газодинамическим напылением.
4. Актуальность и новизна идеи (конкретное инновационное решение)
Существующие на настоящий момент технологии создания на токопроводящих
материалах сегнетоэлектрических плёнок не могут в полной мере реализовать задачи по
исключению существующих недостатков при формировании требуемых свойств.
Требуется новый подход в реализации задачи формирования тонкоплёночных элементов,
лишённый вышеуказанных недостатков.
5. Научно-техническое описание
Техническое решение должно базироваться на следующих принципах:
1 – процесс формирования плёнки и сегнетоэлектрических свойств должен протекать без
последующей термической обработки или с минимальным тепловжением;
2 – технология должна обеспечивать возможность формирования сегнетоэлектрических
плёнок на сложнопрофильных и протяженных поверхностях с неограниченными
массогабаритными показателями;
3 – формируемая плёнка должна обладать высокими адгезионными свойствами с
материалом подложки;
4 – технология должна обеспечивать возможность формирования сегнетоэлектрических
плёнок на широком круге металлических материалов подложки;
5 – технология должна обеспечивать равномерность и высокое качество получаемых
сегнетоэлектрических плёнок на поверхности материала;
Данным условиям наиболее полно соответствует технология газодинамического
напыления. Данная технология отвечает выбранным выше критериям и лишена
недостатков присущих другим методам создания покрытий.
Технология газодинамического напыления предназначена для нанесения порошковых
покрытий. Нанесение покрытий осуществляется высокоскоростным потоком частиц
порошка, ускоряемых сверхзвуковой струей газа при температуре, существенно меньшей
температуры плавления материала частиц. Следствием этого является отсутствие
газовыделения (порообразования) и окислительных процессов.
Технология нанесения покрытий включает в себя нагрев сжатого газа (воздуха), подачу
его в сверхзвуковое сопло и формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного
потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле
сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого
изделия
6. Предлагаемая к выпуску продукция
Интеллектуальные поверхности с газодинамическим напылением.
7. Существующие аналоги и преимущества перед ними
К числу методов по созданию сегнетоэлектрических слоев на металлических
поверхностях относятся:1 - механическая обработка керамики;2 - химическое травление
кристаллов;3 - шликерная методика; 4 - электрофоретическое осаждение; 5 седиментация; 6 - газометрическое распыление; 7 - химическое осаждение из растворов;
8
-химическое осаждение из паров (неорганических и металлоорганических
соединений); 9- зольно-гельный метод; 10 - испарение в вакууме; 11 - катодное
распыление; 12 - микродуговой обработки.
Описанные выше методы получения сегнетоэлектрических пленок имеют ряд общих
недостатков, к числу которых относится:
ограниченность массогабаритных показателей изделий, на которых формируется
данная сегнетоэлектрическая плёнка, вызванная ростом внутренних напряжений на
границе раздела керамический слой - металлическая подложка (методы 1…12);
ограниченность в геометрической форме применяемых подложек (методы 1, 2,
5…7, 9, 10);
необходимость использования подложек, изготовленных из дорогостоящих термои коррозионностойких материалов (методы 3…11);
требуются дополнительные операции по креплению слоя ИМ к подложке ввиду
низкой прочности, как самой пьезоэлектрической пленки, так и сцепления ее с подложкой
(методы 3, 5, 7…9).
малая толщина покрытия, что в свою очередь ограничивает величину
пьезоэлектрического модуля (методы 2, 4…12)
Наличие в технологиях данных недостатков, связанных с ограничением
массогабаритных показателей изделий, объясняется тем, что производимая термическая
обработка после нанесения пьезоэлектрической пленки сопровождается ростом
внутренних напряжений на границе раздела керамический слой – металлическая
подложка. Это обусловлено тем, что в керамическом слое происходит усадка, а подложка
увеличивает свой объём в соответствии с коэффициентом термического расширения. При
увеличении размеров покрытия интенсивность роста напряжений может привести к
ситуации, когда их величина будет превышать прочностные свойства керамического
материала, вызывая появление трещин и расслоений. Аналогичные явления будут
наблюдаться и в случаях, когда металлическая подложка имеет сложный профиль.
Газодинамический метод нанесения покрытий обладает рядом преимуществ по сравнению
с традиционными методами. Эти преимущества состоят в следующем:
- покрытие наносится в воздушной атмосфере при нормальном давлении, при любых
значениях температуры и влажности атмосферного воздуха;
- при нанесении покрытий оказывается незначительное тепловое воздействие на
покрываемое изделие;
-технология нанесения покрытий экологически безопасна (отсутствуют высокие
температуры, опасные газы и излучения, нет химически агрессивных отходов, требующих
специальной нейтрализации);
- не требуется подогрев покрываемого изделия;
- поток напыляемых частиц является узконаправленным и имеет небольшое поперечное
сечение, это позволяет наносить покрытия на локальные (с четкими границами) участки
поверхности изделий;
- возможно нанесение многокомпонентных покрытий с переменным содержанием
компонентов по его толщине;
-оборудование отличается компактностью, мобильностью, может встраиваться в
автоматизированные линии, не требует высококвалифицированного персонала для своей
эксплуатации;
- возможно нанесение различных типов покрытий с помощью одной установки.
8. Анализ рынка (потенциальные потребители, география проекта)
На стадии технического проекта буду проведены детальные маркетинговые исследования
состояния рынка в предметной области
9. Защита интеллектуальной собственности (наличие правоохранных и
прочих документов)
10. Информация об участии проекта в конкурсах инновационных
проектов, в т.ч. в федеральных (название конкурса, организатор, сроки
проведения, результаты участия)
Не участвовал
11. Состояние проекта
Стадия разработки: НИР, эскизный проект
Имеется следующий научно-технический задел:
- разработана конструкция устройства для подачи многокомпонентного шихтового
материала с низкой сыпучестью в сверхзвуковое сопло при газодинамическом напылении.
- разработано техническое решение по восстановлению поврежденного участка
интеллектуального покрытия методом газодинамического напыления.
- выявлена зависимость электрофизических характеристик сформированного покрытия
при изменении электрического напряжения в процессе поляризации, конструктивных
особенностей СК покрытия для обеспечения требуемых свойств.
- получена физическая модель и математическое описание процессов
инжектирования шихтового материала в сверхзвуковое сопло, обеспечивающее
формирования СК покрытий с заданным комплексом свойств.
- установлена закономерность между толщиной, пористостью, составом слоев,
полученных газодинамическим напылением, произведена оценка их влияние на
формируемые свойства покрытия.
12. Фотоматериал (3-5 фотографий)
Напылитель модели ДИМЕТ 403 с бункером для подачи шихтового материала
Графическое представление физической модели квазикипящего слоя в шихтовом
материале
Микроструктура сегнетокерамического покрытия со связующим
13. Схема реализации проекта (предстоящие этапы и основные
сложности - риски)
Основными этапами являются:
- корректировка задач;
- математическое моделирование процесса напыления;
- создание покрытия с требуемыми характеристиками;
- исследования механических характеристик;
- выбор режимов электрохимической, термической обработки;
- исследования электрофизических и пьезоэлектрических характеристик;
Вид сотрудничества, способ финансирования разработки: Привлечение венчурного
инвестора.
На этапе технического проекта при составлении бизнес-плана будут определены основные
риски.
14. Имеющиеся ресурсы для реализации проекта (производственные
мощности, сырье, трудовые ресурсы, инвестиционная площадка,
инфраструктура)
Для осуществления работы имеются следующие лаборатории:
- обработки давлением
- сварки
- СВС-процессов
- резания
- неразрушающего контроля
- микроструктурного анализа
- термической обработки
- механических испытаний
- микродуговых процессов
15. Необходимые ресурсы для реализации проекта
Наименование
статьи
затрат
Материалы
и
комплектующие
для
изготовления макетного
образца устройства
Расшифровка статьи
Сумма, тыс. руб.
Шихтовый
материал
(сегнетокерамика,
связующее),
мелкодисперсные
порошки
715
Токопроводящие
материалы
подложки
(Титан, алюминий)
55
Реактивы,
кислоты,
щелочи (электролиты)
45
Итого по статье:
815
Затраты на оплату работ ООО
НТЦ
«Титан»,
сторонних организаций
электрохимическая
и
микродуговая обработка. 440
Командировки
45
Приобретение
Измеритель
оборудования
теплопроводности
ИТ02Ц, установка УПУ-1М,
газодинамический
напылитель
Накладные расходы
Заработная плата
Итого:
410
355
1450
3515
16. Финансовые показатели проекта
Общая
стоимость
проекта,
млн. руб.
Необходимы
е
для
привлечения
инвестиций,
млн. руб.
Срок
реализац
ии
проекта,
мес.
3,515
3,515
24
Период
окупаемост
и проекта,
мес.
Предполагаемый
объем выпуска и
реализации, млн.
руб./год
Имеющиеся
ресурсы
для
реализации
проекта
(производствен
ные мощности,
сырье,
труд.
ресурсы и др. )
На
этапе На
этапе Для
техническо технического
осуществления
го проекта проекта
при работы имеются
при
составлении
следующие
составлени бизнес-плана
лаборатории:
и бизнес- будут
обработки
плана будет проработаны
давлением,
проработан вопросы
сварки,
СВСвопрос
предполагаемого процессов,
периода
объема выпуска и резания,
окупаемост реализации
неразрушающег
и проекта
продукции
о
контроля,
микроструктурн
ого
анализа,
термической
обработки,
механических
испытаний,
микродуговых
процессов.
17. Перспективы развития (при получении инвестиций), возможные
результаты по этапам реализации проекта
Перспективы развития проекта будут сформулированы по окончанию работ по текущему
этапу.
Стадия разработки на завершающем этапе: технический проект
Степень готовности на завершающем этапе: опытный образец
18. Ожидаемый социально-экономический эффект (количество
создаваемых рабочих мест, налоговые поступления в бюджеты всех
уровней)
На этапе технического проекта при составлении бизнес-плана будут проработаны вопросы
ожидаемого социально-экономического эффекта.
19. Команда проекта
19.1. Руководитель проекта (Ф.И.О., место работы/учебы, должность)
Розен Андрей Евгеньевич, кафедра «Сварочное производство и материаловедение», зав.
кафедрой
19.2. Участники проекта (Ф.И.О., место работы/учебы, должность, роль в
проекте)
1) Кревчик Владимир Дмитриевич, кафедра «Физика», зав. кафедрой, разработчик
2) Усатый Сергей Геннадиевич, кафедра «Сварочное производство и материаловедение»,
доцент, разработчик
3) Мурадов Илья Борисович, кафедра «Сварочное производство и материаловедение»,
доцент, разработчик
4) Чугунов Сергей Николаевич, кафедра «Сварочное производство и материаловедение»,
доцент, разработчик
5) Кривенков Алексей Олегович, кафедра «Сварочное производство и материаловедение»,
доцент, разработчик
6) Акимова Елена Сергеевна, кафедра «Сварочное производство и материаловедение»,
аспирант, разработчик
20. Контактная информация
20.1. Название предприятия (организации)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пензенский государственный университет»
20.2. Информация о предприятии (сфера деятельности)
Образовательная деятельность, научная деятельность, инновационная деятельность
20.3. Руководитель (Ф.И.О., должность)
Волчихин Владимир Иванович, ректор
20.4. Адрес
440026, г. Пенза, ул. Красная, 40
20.5. Телефон/Факс, электронная почта, web-сайт
(8412) 56-35-11/(8412) 56-51-22, [email protected], http://www.pnzgu.ru/
21. Дата представления или последнего обновления информации
14.11.2010