Лаборатория искрового плазменного спекания

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.

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».

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».

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.

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.