Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
14.B25.31.0012
Период реализации проекта
2013-2017
Заведующий лабораторией

По данным на 01.11.2022

28
Количество специалистов
85
научных публикаций
41
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Сотрудники лаборатории искрового плазменного спекания проводят полный цикл создания инновационных нанокомпозитов, от смешивания порошков до получения готовых функциональных изделий. Материалы, полученные при помощи разработанных оригинальных методов смешивания, консолидации порошков и оптимизации режимов искрового плазменного спекания, обладают уникальным комплексом физико-механических свойств. Это обуславливает превосходные эксплуатационные свойства полученных изделий. Полученные нанокомпозиты находят применение и высокоэффективны в следующих областях: металлообработка, горнодобывающая промышленность, военная техника, оптика, биомедицина, авиа и космическая промышленность.

Название проекта: Разработка инновационных искровых плазменных технологий спекания для создания нового класса нанокомпозитных материалов машиностроительного применения

Цели и задачи

Направления исследований: Керамические нанокомпозитные материалы, оптимизация технологий искрового плазменного спекания, применение графена и оксида графена в материалах

Цель проекта: Создание в России новаторской лаборатории искрового плазменного спекания для разработки научной и технологической основы для получения нанокомпозитов с уникальными физико-механическими характеристиками

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Проведены исследования воздействия электрического тока (поля) на рост зерен материала, исследованы скорости уплотнения и деформирования керамических, металлических и металлокерамических материалов и нанокомпозитов (были изучены материалы, проводящие электрический ток, и материалы-изоляторы).
  • Разработана методология и оборудование для интегрального контроля над технологическим процессом в системе искрового плазменного спекания (ИПС). В качестве параметров для контроля выбраны температура в зоне спекания и усилие сжатия. Получено 8 патентов на устройства для получения изделий из композиционных порошков.
  • Создано программное обеспечение, позволяющее на основе разработанных в ходе проекта математических моделей и микрофизического описания процесса моделировать температурные поля с учетом свойств и геометрии матрицы и образца и благодаря этому определять необходимые технологические параметры процесса гибридного искрового плазменного спекания (максимальную температуру и скорость нагрева компакта порошка, длительность и форму импульса, приложенное давление).
  • Разработаны технологии получения инновационных беспористых нанокомпозитных керамических материалов с повышенными эксплуатационными свойствами на основе систем: WC, Al2O3-ZrO2-TiN, Si3N4, TiC, Al2O3-SiCw-TiC и Al2O3-SiCw. Объемное содержание пор менее чем 0,01%; размер зерна не более 500 нм; трещиностойкость более чем 13,24 МПа·м1/2. По результатам работ опубликован ряд научных статей и получены патенты на результаты интеллектуальной деятельности.
  • Проведены работы, охватывающие все стадии изготовления новых материалов методом искрового плазменного спекания: моделирование процессов искрового плазменного спекания, подготовку смесей нанопорошков, изучение свойств полученных смесей порошков, спекания материалов, изучение свойств полученных образцов.
  • Разработаны пошаговые методики получения нового класса нанокомпозитных градиентных материалов машиностроительного назначения с улучшенными свойствами.
  • Разработаны технологии получения беспористых нанокомпозитных керамических материалов с повышенным комплексом эксплуатационных свойств, модифицированных углеродными нановолокнами и графеном. По результатам работы получены патенты на изобретения.
  • Разработана технология получения нанокомпозита на основе меди путем искрового плазменного спекания и механического легирования, способного заменить серебро в разрывных электрических контактах, с минимальными технологическими потерями материала. Данная технология позволяет получить готовые контакты без дополнительной обработки (в отличие от технологии экструдирования). Материал обладает температурой разупрочнения выше 850°С и не распухает при выдержке при температурах более 850°С, его удельная электропроводность достигает 48,3 МСм/м (83% IACS).
  • Разработаны технологии получения керамических и металлокерамических нанокомпозитных изделий сложной геометрической формы. При помощи оптимизации технологических параметров процесса гибридного искрового плазменного спекания и специально разработанной графитовой оснастки удалось получить высокие значения механических свойств, а также обеспечить их равномерное распределение по всему объему спеченных керамических нанокомпозитов квадратного сечения.

Внедрение результатов исследования:

  • Сотрудники лаборатории выполняют для внешних заказчиков работы и научно-технические услуги, такие как: подготовка порошковых материалов и композиций, формование и уплотнение порошковых материалов, спекание материалов, термическая обработка материалов и изделий, исследование свойств материалов (определение физико-механических и термических свойств, а также химического состава). Заключены договоры о выполнении НИР с АО «НИИТФА», ФБУ «ГИЛС и НП», АО «РКБ «Глобус» и др.

  • Технология искрового плазменного спекания армированных графеном нанокомпозитных материалов с улучшенным комплексом механических и эксплуатационных характеристик использовалась для получения сменных многогранных режущих пластин в ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ».

Образование и переподготовка кадров:

  • Внедрены в образовательный процесс университета следующие курсы лекций: «Инструментальное обеспечение машиностроительного производства», «Нанотехнологии в машиностроении», «Эффективность процессов обработки», «Технологические основы высокоскоростной формообразующей обработки материалов», «Материалы и высокоэффективные технологии современного производства», «Современные машиностроительные материалы», «Интенсификация обработки», «Введение в нанотехнологии».
  • Пройдены стажировки в ведущих зарубежных научно-образовательных центрах, университетах и ведущих промышленных организациях, таких как Испанский центр исследований наноматериалов и нанотехнологий CINN, Миланский политехнический университет (Италия), Зеленогурский университет (Польша), немецкое предприятие FCT Systeme GmbH, занимающихся производством прессов горячего прессования, установок для искрового плазменного спекания.
  • Подготовлены и защищены 2 бакалаврские выпускные квалификационные работы, 2 кандидатские и 2 магистерские диссертации.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

С 2022 года Лаборатория искрового плазменного спекания входит в состав Центра новых материалов и технологий в Государственном инжиниринговом центре МГТУ «СТАНКИН».

Другие результаты:

  1. Грант РНФ 21-79-30058 на проведение НИР, тема «Разработка научных принципов и инновационных технологий на основе плазменных процессов для получения изделий с контролируемой адаптивной реакцией на внешние воздействия с целью применения в механообработке, функциональных узлах машин и агрегатов», сроки выполнения 2021 – 2024 гг.
  2. Грант на проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований № 21-79-30058 от 01.04.2021, тема «Разработка научных принципов и инновационных технологий на основе плазменных процессов для получения изделий с контролируемой адаптивной реакцией на внешние воздействия с целью применения в механообработке, функциональных узлах машин и агрегатов», сроки выполнения 2021 – 2024 гг.
  3. Грант РНФ №19-79-00355, тема «Разработка технологии изготовления графенолегированных керамических паст и наноструктурированных керамических изделий сложной пространственной конфигурации», сроки выполнения 2019 – 2021 гг.
  4. Научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа в рамках реализации постановления Правительства РФ № 218 по Договору № ОКР-7/2017 «Разработка и организация высокотехнологичного производства инновационных комплексов электрического обогрева межотраслевого применения с прорывными эксплуатационными характеристиками», сроки выполнения 2017-2020 гг.
  5. ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» Соглашение № 075-02-2018-140 с Минобрнауки от 26 ноября 2018 г. «Разработка технологии электрохимического нанесения керамикоподобных упрочняющих покрытий на сложнопрофильные поверхности изделий из вентильных металлов», сроки выполнения 2018-2020 гг.
  6. ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», Соглашение № 14.574.21.0179 от 26 сентября 2017 г., тема: «Разработка высокоэффективных антифрикционных алюминиевых сплавов, технологии их изготовления и монометаллических подшипников скольжения из них, работающих в условиях жидкостного и граничного трения», сроки выполнения 2017-2019 гг.

В каждом из перечисленных проектов для выполнения заявленных в них работ были проведены многочисленные научные работы, результаты которых опубликовались в виде статей в международных журналах, индексируемых в базах данных Web of Science (WoS) и Scopus. Кроме того, сотрудники лаборатории активно участвуют в различных Российских и международных конференциях для представления научных результатов и обмена информацией в научном сообществе.

Сотрудничество:

  • Институт Материаловедения Мадрида (Испания): исследования трибологического поведения керамометаллических композитов на основе оксида циркония с добавкой тантала, исследование влияния параметров электроэрозионной обработки на свойства керамометаллических композитов на основе оксида циркония с добавкой тантала, второй воркшоп по обработке и изготовлению новых керамических материалов (10-13 апреля 2018 г.), совместные исследования керамометаллических композитов на основе оксида циркония упрочненных танталом с добавкой и без добавки оксида графена, исследование трибологического поведения керамических нанокомпозитов на основе оксида алюминия упрочненных волокнами карбида кремния с добавкой графена, исследования влияния параметров электроэрозионной обработки на прочность керамических нанокомпозитов на основе оксида циркония с нитридом титана.
  • ООО "СпецДизельСервис” (Россия): разработаны рекомендации по оптимизации составов экспериментальных антифрикционных подшипниковых сплавов на основе алюминия, исходя из результатов механических, трибологических испытаний и исследований поверхностей трения. Впервые разработка антифрикционных материалов проводилась не на основе улучшения механических, проводящих и триботехнических свойств материала, а на основе результатов исследований структур, образовавшихся на поверхностях трения; изготовлены новые антифрикционные материалы на основе алюминия, способные заменить дорогостоящие бронзы в монометаллических подшипниках скольжения для работы в различных условиях трения, исключающих излом стального контртела при задире по эффекту Ребиндера. Разработана технология изготовления монометаллических подшипников из новых сплавов на основе алюминия. Изготовлены экспериментальные образцы монометаллических подшипников скольжения, на основе разработанного многокомпонентного алюминиевого антифрикционного сплава.
  • ООО "ССТэнергомонтаж" (Россия): разработка и организация высокотехнологичного производства инновационных комплексов электрического обогрева межотраслевого применения с прорывными эксплуатационными характеристиками.
  • ООО «Миррико менеджмент» (Россия): проведено капсулирование опытной партии порошка перкарбаната натрия путем нанесения полимера.
  • АО «ЭКОС-1» (Россия): наработка опытной партии образцов из диоксида циркония, получение образцов керамических материалов путем искрового плазменного спекания.
  • ФГБУН институт ядерных исследований Российской академии наук: опытно-технологическая работа по изготовлению дисков из металлического хрома, изготавливаемых методом искрового плазменного спекания.
  • ООО «Мосавтостекло» (Россия): работы по изготовлению образцов методом холодного изостатического прессования с последующей высокотемпературной вакуумной печи с последующим контролем физ.-мех. характеристик.
  • ФБУ «Государственный институт лекарственных средств и надлежащих практик» (Россия): наработка лабораторных партий гранулятов лекарственных препаратов на грануляторе псевдоожиженного слоя, выполнение научно-технических работ по разработке опытных партий лекарственных препаратов, покрытых полимерной оболочкой.
  • Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации (Россия): разработка способа конструирования наноструктурированого термоэлектрического материала на основе твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы методом искрового плазменного спекания.
  • АО «Рязанское конструкторское бюро «Глобус» (Россия): разработка технологии нанесения керамикоподобных покрытий на вентильные металлы, разработка и изготовление макета установки по нанесению керамикоподобных покрытий, изготовление экспериментальных образцов, проведение эксплуатационных испытаний экспериментальных образцов.
  • ОАО «ВНИИЖТ» (Россия): исследования в области получения новых материалов для нужд ЖД-транспорта, создание нанокомпозита на основе меди для замены серебра в разрывных электрических контактах (Cu-Al2O3), а также новых антифрикционных алюминиевых материалов для монометаллических подшипников скольжения.
  • ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ» (Россия): исследования в области получения новых материалов для режущего инструмента, создание наноструктурированных керамических материалов для изготовления сменных многогранных режущих пластин с повышенным комплексом свойств.
  • Мадридский автономный университет (Испания): исследования в области создания керамических и биоструктурированных нанокомпозитов, создание нового отказоустойчивого и износостойкого керамометаллического композита на основе оксида циркония и тантала для применения в высоконагруженных изделиях.
  • Йенский университет имени Фридриха Шиллера (Германия): исследования в области создания новых композиций материалов, создание нового керамического нанокомпозита из порошков, полученных с помощью LAVA-метода (Laser evaporation method).
  • Испанский национальный центр нанотехнологий и наноматериалов CINN (Испания): получение новых керамических композитов (Al2O3-SiCw-TiC, 3Y–TZP/rGO, TiCN-NbCN-TaCN, ZrO2-Ni и под.) с повышенным комплексом механических и физических свойств.
  • ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН» (Россия): разработка биокомпозита с бактерицидными и высокими остеоинтеграционными свойствами.
  • ООО «Ворлд Маркет» (Россия): создание новых порошковых композиций.
  • Nanoker Research Ltd. (Испания): исследования в области керамических режущих инструментов нового поколения, создание наноструктурированных керамических материалов Al2O3-SiCw-TiC-Ni.

Скрыть Показать полностью
Sergey N Grigoriev, Thet Naing Soe, Khaled Hamdy, Yuri Pristinskiy, Alexander Malakhinsky, Islamutdin Makhadilov, Vadim Romanov, Ekaterina Kuznetsova, Pavel Podrabinnik, Alexandra Yu Kurmysheva, Anton Smirnov, Nestor Washington Solís Pinargote.
The Influence of Surface Texturing of Ceramic and Superhard Cutting Tools on the Machining Process—A Review. Materials 2022, 15(19), 6945; (WoS, 2022 Q1; Scopus) https://doi.org/10.3390/ma15196945
Grigoriev Sergey, Smirnov, Anton, Pinargote Nestor Washington Solis, Yanushevich Oleg, Kriheli Natella, Kramar Olga, Pristinskiy Yuri, Peretyagin, Pavel
Evaluation of Mechanical and Electrical Performance of Aging Resistance ZTA Composites Reinforced with Graphene Oxide Consolidated by SPS. Materials, 2022, 15 (7), 2419 (WoS, 2022 Q1; Scopus)
Grigoriev, S.N.; Soe, T.N.; Malakhinsky, A.; Makhadilov, I.; Romanov, V.; Kuznetsova,E.; Smirnov, A.; Podrabinnik, P.; Khmyrov, R.; Solís Pinargote, N.W.; et al.
Granulation of Silicon Nitride Powders by Spray Drying: A Review. Materials, 2022, 15, 4999 (WoS, 2021 Q1; Scopus) https://doi.org/10.3390/ma15144999
Grigoriev, S.N., Pristinskiy, Y., Soe, T.N., Smirnov, A., Pinargote,
N.W.S. Processing and Characterization of Spark Plasma Sintered SiC-TiB2-TiC Powders. Materials, 2022, 15(5), 1946 (WoS, 2022 Q1; Scopus)
Smirnov, A., Kuznetsova, E.V., Babushkin, N.N., Pristinskiy, Y.O., Solis Pinargote, N.W.
Rheological properties of powder blend for extrusion of ceramic-polymer filament used in 3D printing. Journal of Physics: Conference Series, 2021, 2144(1), 012005 (WoS, 2022 Q4; Scopus)
Grigoriev, S.N., Mironov, A., Kuznetsova, E., Peretyagin, P., Smirnov, A.
Enhancement of the mechanical and tribological properties of aluminum‐based alloys fabricated by SPS and alloyed with Mo and Cr. Metals, 2021, 11(12), 1900 (WoS, 2022 Q2; Scopus)
Ivakin, Y.D., Smirnov, A.V., Kurmysheva, A.Yu., Smirnov, A., Grigoriev, S.N.
The role of the activator additives introduction method in the cold sintering process of ZnO ceramics: Csp/SPS approach. Materials, 2021, 14(21), 6680 (WoS,2022 Q1; Scopus).
Loskutov, A.I., Lokshin, B.V., Sazonova, N.M., Vysotskii, V.V., Loskutov, S.A.
Features of the crystallization of multicomponent solutions: a dipeptide, its salt and potassium carbonate. CrystEngComm, 2021, 23(36), pp. 6427–6441 (WoS,2022 Q1; Scopus).
Seleznev, A., Pinargote, N.W.S., Smirnov, A.
Ceramic cutting materials and tools suitable for machining high‐temperature nickel‐based alloys: A review. Metals, 2021, 11(9), 1385 (WoS, 2022 Q2; Scopus).
Pinargote N. W. S., Smirnov A., Peretyagin N., Seleznev A., Peretyagin, P.
Direct Ink Writing Technology (3D Printing) of Graphene-Based Ceramic Nanocomposites: A Review. Nanomaterials (2020), 10(7), 1300. doi:10.3390/nano10071300
A. Smirnov, N. S. Solís Pinargote, N. Peretyagin, Yuri Pristinskiy, P. Peretyagin, J. Bartolomé.
Zirconia Reduced Graphene Oxide Nano-Hybrid Structure Fabricated by the Hydrothermal Reaction Method. Materials 13(3):687. (WoS, 2022 Q1, IF=3.057; Scopus) DOI: 10.3390/ma13030687
N. Peretyagin, Yu. O. Pristinskii, E. V. Kuznetsova, P. Peretyagin, A. Seleznev, N. S. Solís Pinargote, A. V. Smirnov
Microstructure and Properties of Boron-Carbide Composites Reinforced by Graphene. Russian Engineering Research 40(1):94-96. (Scopus, 2022 Q3) DOI: 10.3103/S1068798X20010165
V. V. Kuzin, N. Grigor’ev, S. Y. Fedorov, M. Volosova, N. V. S. Pinargote.
Spark Plasma Sintering of Al2O3-Ceramic Workpieces for Small End Milling Cutters. Refractories and Industrial Ceramics 2019, 59(3), 623–627. (Scopus, 2022 Q4; WOS; ВАК) DOI:10.1007/s11148-019-00285-2
Anton Smirnov, Anton Seleznev, Nestor Washington Solís Pinargote, Yuri Pristinskiy, Pavel Peretyagin and José F. Bartolomé.
The Influence of Wire Electrical Discharge Machining Cutting Parameters on the Surface Roughness and Flexural Strength of ZrO2/TiN Ceramic Nanocomposites Obtained by Spark Plasma Sintering. Nanomaterials 2019, 9(10), 1391; (WoS, 2022 Q1, I F=4.324; Scopus) https://doi.org/10.3390/nano9101391
Smirnov A., Peretyagin P., Solís Pinargote N. W., Gershman I., Bartolomé J. F.
Wear Behavior of Graphene-Reinforced Alumina–Silicon Carbide Whisker Nanocomposite. Nanomaterials (2019), 9(2), 151. doi:10.3390/nano9020151
Smirnov A., Seleznev A.Solís Pinargote N.W., Pristinskiy Y., Peretyagin P., Bartolomé J.F.
The influence of wire electrical discharge machining cutting parameters on the surface roughness and flexural strength of ZrO2/TiN ceramic nanocomposites obtained by spark plasma sintering. Nanomaterials 2019, 9, 1391; doi:10.3390/nano9101391
Smirnov A., Peretyagin P., Bartolomé J. F..
Processing and mechanical properties of new hierarchical metal-graphene flakes reinforced ceramic matrix composites. Journal of the European Ceramic Society (2019). doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2019.02.044
Grigoriev S., Volosova M., Peretyagin P., Seleznev A., Okunkova A., Smirnov A.
The Effect of TiC Additives on Mechanical and Electrical Properties of Al2O3 Ceramic. Applied Sciences (2018), 8(12), 2385. doi:10.3390/app8122385
Smirnov A., Peretyagin P., & Bartolomé J. F.
Wire electrical discharge machining of 3Y-TZP/Ta ceramic-metal composites. Journal of Alloys and Compounds (2018), 739, 62–68. doi:10.1016/j.jallcom.2017.12.221
Smirnov A., Volosova M., Peretyagin P., & Bartolomé J. F.
Tribological behaviour of a 3Y-TZP/Ta ceramic-metal biocomposite against ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE). Ceramics International (2018), 44(2), 1404–1410. doi:10.1016/j.ceramint.2017.09.186
Grigoriev, S., Peretyagin, P., Smirnov, A., Solís, W., Díaz, L. A., Fernández, A., & Torrecillas, R.
Effect of graphene addition on the mechanical and electrical properties of Al2O3-SiCw ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 2017, 37(6), 2473–2479. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2017.01.027
Solís N.W., Peretyagin P., Torrecillas R., Fernández A., Menéndez J. L., Mallada C., Díaz L. A., Moya J. S.
Electrically conductor black zirconia ceramic by SPS using graphene oxide. Journal of Electroceramics, 2017, 38(1), 119–124. doi:10.1007/s10832-017-0076-z
Gutiérrez-González C. F., Suarez M., Pozhidaev S., Rivera S., Peretyagin P., Solís W., Díaz L.A., Fernandez A., Torrecillas, R.
Effect of TiC addition on the mechanical behaviour of Al2O3–SiC whiskers composites obtained by SPS. Journal of the European Ceramic Society, 2016, 36(8), 2149–2152. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2016.01.050
Álvarez I., Torrecillas R., Solis W., Peretyagin P., Fernández A.
Microstructural design of Al2O3–SiC nanocomposites by Spark Plasma Sintering. Ceramics International, 2016, 42(15), 17248–17253. doi:10.1016/j.ceramint.2016.08.019
Díaz L. A., Solís W., Peretyagin P., Fernández A., Morales M., Pecharromán C., Moya J. S., Torrecillas R.
Spark Plasma Sintered Si3N4/TiN Nanocomposites Obtained by a Colloidal Processing Route. Journal of Nanomaterials (2016), 2016, 1–9. doi:10.1155/2016/3170142
Yushin D. I., Smirnov A. V., Solis Pinargote N., Peretyagin P. Y., Kuznetsov V. A., Torrecillas, R.
Spark plasma sintering of cutting plates. Russian Engineering Research (2016), 36(5), 410–413. doi:10.3103/s1068798x16050233
Fernandez-Garcia E., Gutierrez-Gonzalez C. F., Peretyagin P., Solis W., Lopez-Esteban S., Torrecillas R., Fernandez A..
Effect of yttria–titanium shell–core structured powder on strength and ageing of zirconia/titanium composites. Materials Science and Engineering (2015): A, 646, 96–100. doi:10.1016/j.msea.2015.08.048
Pozhidaev S. S., Seleznev A. E., Solis Pinargote N. W., Peretyagin P. Y.
Spark plasma sintering of electro conductive nanocomposite Al2O3-SiCw-TiC. Mechanics & Industry (2015), 16(7), 710. doi:10.1051/meca/2015084
Díaz L. A., Montes-Morán M. A., Peretyagin P. Y., Vladimirov Y. G., Okunkova A., Moya J. S., Torrecillas, R.
Zirconia–alumina–nanodiamond composites with gemological properties. Journal of Nanoparticle Research (2014), 16(2). doi:10.1007/s11051-014-2257-x
Медиа
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория «Динамика и экстремальные характеристики перспективных наноструктурированных материалов»

Санкт-Петербургский государственный университет - (СПбГУ)

Механика и машиностроение

Санкт-Петербург

Ли Баоцян

Китай

2022-2024

Лаборатория «Цифровизация, анализ и синтез сложных механических систем, сетей и сред»

Институт проблем машиноведения РАН - (ИПМаш РАН)

Механика и машиностроение

Санкт-Петербург

Фридман Эмилия Моисеевна

Израиль, Россия

2021-2023

Научно-исследовательская лаборатория механики биосовместимых материалов и устройств

Пермский национальный исследовательский политехнический университет - (ПНИПУ)

Механика и машиностроение

Пермь

Зильбершмидт Вадим Владимирович

Великобритания, Россия

2021-2023