Лаборатория композиционных и керамических материалов с применением к арктическим транспортным средствам (LCCM)

Научные результаты:

1. Разработано описание существенных деталей форм микротрещин зигзагообразной геометрии; разработан метод расчёта геометрических нерегулярностей и сложных геометрий микроструктур.

2. Получены описание модели и результаты исследований междиффузионного процесса влагонасыщения для однородных сред, а также для неоднородных сред с микроструктурой.

Получены описание модели и результаты исследований влияния концентрации влагонасыщения на физико-механические характеристики компонент композита и композиционного материала в целом с учётом структуры композиционного материала.

Получены результаты моделирования влияния фазовых переходов на особенности деформирования с учётом уровня концентрации влаги, а также результаты моделирования уровня собственных деформаций и учёта поврежденности, связанной с этим на особенности деформирования, в том числе в условиях эффектов многократного перехода «через ноль».

3. Изучена радиационно-химическая антифрикционная нанофункционализация материалов и изделий, в том числе с привлечением сторонних организаций:

• разработаны эффективные режимы применения ионизирующего излучения при радиационно-химической объемной (3D) функционализации исходных материалов и изделий из композиционной керамики.

• проанализирован промышленный регламент изготовления втулок подшипников «сухого» скольжения, изготовленных из керамики, и используемые материалы с целью определения потенциальных «точек реальной интеграции» технологии радиационно-химической объемной (3D) антифрикционной функционализации в промышленный процесс.

Результат: Разработано описание эффективных режимов применения ионизирующего излучения при радиационно-химической объемной (3D) функционализации исходных материалов и изделий из композиционной керамики.

Определён максимально эффективный режим применения ионизирующего излучения при радиационно-химической объемной (3D) функционализации исходных материалов и изделий из композиционной керамики [ZrO2 (5% Y2O3)] с целью достижения заданных антифрикционных характеристик на трех возможных стадиях внедрения технологии (предобработка, обработка in situ, пост-обработка):

• Поглощенные дозы (для порошковых материалов и поверхности готовых изделий).

• Типы ионизирующего излучения (гамма, излучение ускоренных электронов).

Проведены эксперименты по радиационно-химическому синтезу в обратных мицеллах («микрореакторах») контрольных образцов НЧ металлов (или оксидов, или биметаллов) со средним размером частиц ~2.5-10.0 нм, способных обеспечить улучшение антифрикционных свойств поверхностного слоя втулок подшипников скольжения, изготовленных из керамики на основе ZrO2 (5% Y2O3) за счет нанотехнологических компонентов с целью выявления оптимального состава, структуры металлосодержащих нанокомпозитных функциональных (антифрикционных) компонентов композиционного материала (или покрытия) на основе композиционной керамики и полимерных композитов:

• «оболочка-ядро», сплав, слои.

• наноструктуры на основе вольфрама, молибдена и их комбинаций, включая вспомогательные металлы (например, железо, рений) или диоксиды кремния и циркония и др.

• оценка целесообразности применения графеновых нанохлопьев в антифрикционных композитах.

Внедрение результатов исследования:

Получены результаты анализа промышленного регламента изготовления втулок подшипников «сухого» скольжения, изготовленных из керамики для предприятий атомной промышленности.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

В рамках выполнения проекта была создана Климатическая камера. В камере проведены испытания гражданской и военной техники при низких температурах до -40 град.

Лаборатория оснащена современных научно-исследовательских оборудованием (Автоматическая лазерная установка, Твердомер для микро и макро нагрузок для шкал Виккерса, Кнупа и Бринеля в комплекте, Оборудование для подготовки образцов из композитных материалов и оборудование для климатических испытаний, 3D – сканер и т.д.) и программным обеспечением (Comsol Multiphysics).

Образование и переподготовка кадров:

2017 год: стажировка членов коллектива в Государственном научном учреждение "Объединенный институт машиностроения Национальной академии Беларуси" по темам: "Надежность, динамика, прочность, износостойкость машин", "Машиностроительные материалы и технологии" (2 чел).

2018 год: проведена защита кандидатской диссертации члена коллектива. С целью повышения квалификации члены коллектива (13 чел.) принимали участие в семинаре на тему «Лазерные технологии в промышленности», Всероссийском фестивале молодежных инноваций «ИнноФест», Программе Открытого университета Сколково «Innovation Workshop».

Были разработаны авторские курсы и проведено обучение по темам: "Математическое моделирование физических и инженерных проблем", "Введение в механику материалов"

2019 год: 21 член коллектива прошли повышение квалификации.

Были разработаны авторские курсы и проведено обучение по темам: «Микромеханика материалов», «Материалы устойчивые к воздействию температуры и коррозионно-активной внешней рабочей среды», «Технология и оборудование сварки специальных сталей и пластмасс», «Специальные виды сварки, пайки и газопламенной обработки»

Сотрудничество:

Проводятся совместные исследования в интересах атомной промышленности совместно с Институтом физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук.