Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка основ плазмохимических технологий получения наноразмерных порошков бескислородных соединений титана - нитрида, карбида и карбонитрида для производства новых конструкционных и функциональных материалов.

Докладчик: Цветков Юрий Владимирович

Должность: заведующий лабораторией, академик РАН, д.т.н.

Цель проекта:
Создание научно-технического задела в технологиях получения наноразмерных порошков нитрида, карбида и карбонитрида титана из тетрахлорида титана в термической плазме электродугового плазмотрона в унифицированном реакторе, обеспечивающем осуществление синтеза рассматриваемых бескислородных соединений титана. В результате выполненных исследований будут определены параметры плазменных процессов, обеспечивающие управление физико-химическими свойствами (дисперсный и химический состав) получаемых наноразмерных порошков при синтезе, получены эмпирические соотношения, связывающие свойства наноразмерных порошков с параметрами процессов, выполнено технико-экономическое обоснование создания опытно-промышленного производства наноразмерных порошков порошков нитрида, карбида и карбонитрида титана на основе плазмохимического синтеза. Исследования направлены на расширение номенклатуры наноразмерных порошков, которые могут производиться на проектируемом в настоящее время Ярегском горно-химическом комбинате (ЯГХК). В задачи проводимых ПНИЭР входит: 1. Аналитическое обоснование предлагаемых новых технологических принципов и подходов к получению нанопорошков нитрида, карбида и карбонитрида титана из тетрахлорида титана в термической плазме электродугового плазмотрона на основе анализа научно-технической литературы и патентных исследованиий. 2. Разработка технологических схем процессов получения нанопорошков нитрида, карбида и карбонитрида титана в потоке термической плазмы, генерируемой в электродуговом плазмотроне, обеспечивающих реализацию процессов с заданной производительностью в унифицированном плазмохимическом реакторе. 3. Проведение расчетов энерготехнологических показателей плазменных процессов на основе равновесных термодинамических моделей. 4. Разработку решений по унифицированной конструкции плазменного реактора получения целевых нанопорошков на основе разработанных технологических схем. 5. Проведение лабораторных экспериментальных исследований плазменных процессов получения нанопорошков нитрида, карбида и карбонитрида титана, определение параметров процессов, обеспечивающих управление физико-химическими свойствами получаемых продуктов (дисперсным и химическим составами), определение возможных диапазонов изменения этих свойств при реализации процессов. 6. Проведение экспериментальных исследований термохимической обработки нанопорошков, полученных в плазменных процессах, для необходимой коррекции их физико-химических свойств (дисперсного, фазового состава и содержания примесей кислорода, хлора, свободного углерода). 7. Технико-экономическое обоснование промышленной реализации разработанных технологий. 8. Разработка проекта ТЗ и исходных данных для проведения ОТР/ОКР по созданию опытно-промышленной технологии плазмохимического синтеза нанопорошков нитрида, карбида и карбонитрида титана и конструкции унифицированного плазменного реактора для реализации процессов с производительностью до 15 кг/ч.

Основные планируемые результаты проекта:
Будут обоснованы предлагаемые новые технологические подходы к получению нанопорошков нитрида, карбида и карбонитрида титана из тетрахлорида титана в термической плазме электродугового плазмотрона на основе анализа научно-технической литературы и патентных исследований.
Будут определены энерготехнологические характеристики процессов получения нитрида, карбида и карбонитрида титана (состав и выход конечных продуктов, затраты энергии на их получение, необходимая энтальпия потока плазмы) на основании расчетов равновесных составов и термодинамических свойств систем Ti-Cl-H-N, Ti-Cl-H-C и Ti-Cl-N-H-C в интервале температур 400-4000 К и давлении 0.1 МПа.
Будут разработаны технологические схемы процессов получения нанопорошков нитрида, карбида и карбонитрида титана в потоке термической плазмы, генерируемой в электродуговом плазмотроне, обеспечивающих реализацию процессов с заданной производительностью в унифицированном плазмохимическом реакторе.
Будет разработан и изготовлен унифицированный плазменный реактор на базе электродугового плазмотрона номинальной мощностью 25 кВт для проведения экспериментальных исследований синтеза нанопорошков.
На основании экспериментальных исследований плазмохимического синтеза нанопорошков порошков нитрида, карбида и карбонитрида титана будут определены параметры процессов, обеспечивающие управление физико-химическими свойствами получаемых продуктов (дисперсный и химический составы), также будут определены возможные диапазоны изменения этих свойств при реализации процессов.
Экспериментальные исследования термохимической обработки нанопорошков, полученных в плазменных процессах, позволят установить возможные диапазоны снижения содержания примесей в полученных продуктах и изменения среднего размера наночастиц.
В результате комплекса выполненных исследований теоретических и экспериментальных исследований будут разработаны рекомендации и проект ТЗ для проведения ОТР/ОКР по созданию технологических регламентов плазмохимического синтеза нанопрошков порошков нитрида, карбида и карбонитрида титана, а также рекомендации и исходные данные для конструирования унифицированного плазменного реактора на базе электродугового плазмотрона номинальной мощностью 150 кВт для реализации процессов с производительностью до 15 кг/ч.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Проект направлен на разработку и реализацию новых высокотехнологичных процессов получения нанопорошков нитрида, карбида и карбонитрида титана, используемых для создания новых материалов и имеющих высокую востребованность на мировом рынке. Эти соединения титана широко используются в производстве безвольфрамовых твердых сплавов, износостойких покрытий, абразивных материалов, изделий различного назначения, работающих в условиях высоких температур. Получаемые с использованием наноразмерных порошков материалы обладают уникальными свойствами: высокой прочностью, твердостью и износостойкостью, а также термо- и химической стойкостью. Подобные характеристики наноструктурных и нанокомпозитных материалов приводят к формированию спроса на них в разнообразных областях промышленности: аэрокосмической отрасли, судостроении, химическом машиностроении, энергетике, медицине и др.
В ходе последующих ОТР/ОКР, которые будут выполнены ОАО «ЯрегаРуда», на основе результатов ПНИЭР будет разработана опытно-промышленная технология и оборудование с целью создания опытно-промышленного производства нанопорошков нитрида, карбида и карбонитрида титана с суточной производительностью на уровне 100 кг в первую очередь для обеспечения российского рынка.
Опытно-промышленное производство обеспечит нанопорошками нитрида, карбида и карбонитрида титана выполняемые в РФ исследования, разработки и выпуск высокотехнологичной продукции – новых конструкционных и функциональных материалов и изделий на их основе.
Основным потребителем результатов работ по проекту, направленных на создание принципиально новой технологии получения нанопорошков нитрида, карбида и карбонитрида титана является ОАО «ЯрегаРуда». В настоящее время компания проводит работы по созданию, развитию и привлечению новейших технологий для получении соединений титана на основе нефтетитановых руд Ярегского месторождения.
ОАО «ЯрегаРуда» является индустриальным партнером данного проекта.
ОАО «ЯрегаРуда» проводит проектные работы, связанные с подготовкой к строительству Ярегского горно-химического комплекса (ЯГХК) с целью комплексного освоения крупнейшего месторождения титанового сырья в России – Ярегского. Отработка аппаратурно-технологических решений по использованию тетрахлорида титана для производства высокотехнологичной продукции – нанопорошков карбида, нитрида и карбонитрида титана позволит обеспечить масштабный переход с увеличением производительности единичного плазменного реактора и перейти в дальнейшем к промышленному производству нанопорошка на базе ОАО «ЯрегаРуда».
Несмотря на то, что проект целевым образом ориентирован на его реализацию в ОАО «ЯрегаРуда», его результаты могут быть востребованы ОАО «Соликамский магниевый завод». Продукцией предприятия является тетрахлорид титана, который служит исходным сырьем для получения рассматриваемых в проекте нанопорошков бескислородных соединений титана, соответственно на заводе имеется и необходимая инфраструктура для работы непосредственно с хлоридом титана. Основным направлением развития компании «Соликамский магниевый завод» является расширение номенклатуры выпускаемой продукции за счет организации выпуска новых продуктов с глубокой степенью переработки сырья.

Текущие результаты проекта:
3.1 Должны быть выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
3.2 Должен быть выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты) - не менее 15 научно-информационных источников за период 2009 – 2013 гг.
3.3 Должно быть выполнено аналитическое обоснование предлагаемых новых технологических принципов и подходов к получению наноразмерных порошков нитрида, карбида и карбонитрида титана из тетрахлорида титана в термической плазме электродугового плазмотрона на основе анализа научно-технической литературы и патентных исследований