Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения и высокоточной обработки наноструктурных керамических композиционных материалов с инварным эффектом для нового класса запорных элементов оборудования нефтегазового комплекса

Докладчик: Кульков Сергей Николаевич

Должность: Заведующий кафедрой ТГУ

Цель проекта:
Исследование механизмов структурообразования в нанокристаллических высокомодульных керамиках с размерной инвариантностью. Разработка научных и технологических подходов получения и высокоточной обработки запорных элементов для оборудования нефтегазового комплекса из наноструктурной керамики с размерной инвариантностью. Разработка состава, технологии получения и высокоточной обработки нового класса запорных элементов оборудования нефтегазового комплекса из наноструктурных керамических композитов с размерной инвариантностью.

Основные планируемые результаты проекта:
В соответствии с Техническим заданием должны быть получены следующие результаты:
обзор и анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ;
аналитические данные в области создания и исследования физических свойств керамических материалов с размерной инвариантностью, достигаемой в результате компенсации теплового расширения компонента с положительным коэффициентом термического линейного расширения и сжатия компонента с отрицательным КТЛР, в области методов синтеза и управления структурно-фазовым состоянием ZrW2O8;
технические требования к структурно-фазовому состоянию, технологическим условиям получения керамических композитов (Al2O3, ZrO2) – (ZrW2O8), обеспечивающим размерную инвариантность;
экспериментальные образцы керамических композитов (Al2O3, ZrO2) – (ZrW2O8) с разным соотношением компонентов;
экспериментальные образцы запорного элемента из керамики с размерной инвариантностью для нефтегазового комплекса.
Должны быть разработаны проекты технологических регламентов получения керамических композитов и формования керамических элементов запорной арматуры нефтегазового комплекса, обеспечивающий высокую точность размеров и формы керамических элементов запорной арматуры нефтегазового комплекса.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Одним из путей обеспечения сочетания в элементах запорной арматуры прецизионности и износостойкости является использование для их изготовлениявысокомодульных наноструктурных керамик с размерной инвариантностью. Керамики, в частности, на основе Al2O3 иZrO2 характеризуются высокой износостойкостью, в том числе стойкостью к кавитационному, абразивному и эрозионному изнашиванию, стойкостью к воздействию химически-агрессивных сред. Кроме того, эти материалы имеют высокие прочностные характеристики. Однако керамикам присущи объёмные изменения при нагреве и охлаждении. Увеличение линейных размеров керамических элементов запорной арматуры с повышением температуры является причиной выхода узлов из строя.
Разработка керамических материалов, сохраняющих постоянство размера при температурных изменениях, с равным нулю коэффициентом литейного термического расширения ZTE (zero thermal expansion), позволит решить многие технические проблемы, связанные с размерной вариантностью не только в нефтегазовой отрасли, но и во многих других отраслях, в том числе, в ракетостроении, электронной, высокотемпературной, измерительной и прецизионной технике, в системах самонаведения летательных объектов и т.п.
Предлагаемый проект направлен на создание ZTE керамических композитов, в которых размерная инвариантность при нагреве достигается за счёт градиента между тепловым расширением и сжатием. В сравнении с широко используемой в настоящее время стальной запорной арматурой запорная арматура с элементами из керамики с размерной инвариантностью будет обладать: наработкой на отказ не менее 2500 тысяч циклов (для стальной запорной арматуры – 350 циклов), диапазоном рабочих температур от -20 до 800 оС (для стальной запорной арматуры от -40 до 200 оС), износостойкостью в режиме «открыто-закрыто» не менее 50 000 циклов (для стальной запорной арматуры до 2000 циклов.). По предварительной оценке экономический эффект при замене стальной запорной арматуры на керамическую с размерной инвариантностью только на Тюменском месторождении составит более 200 млн. руб.
В числе потенциальных потребителей результатов предлагаемых ПНИ предприятия промышленного комплекса, ориентированные на выпуск наукоёмкой продукции для предприятий нефтегазового комплекса, в том числе индустриальный партнёр исполнителя проекта ООО «Сенсор»;Азнакаевский завод “Нефтемаш”, ОАО; Нефтекамский автозавод (НЕФАЗ), ОАО; Редуктор, ОАО (Барыш, Ульяновская обл.); Уралнефтемаш, ООО; Нефтекамский автозавод (НЕФАЗ), ОАО и др.

Текущие результаты проекта:
В соответствии с Техническим заданием на первом этапе получены следующие результаты:
 Разработан промежуточный отчёт о ПНИ.
 Составлен отчёт о патентных исследованиях.
 Разработан экспериментальный образец технологической оснастки.
 Разработан проект технологического регламента получения порошка вольфрамата циркония в наноструктурном состоянии.
 Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец технологической оснастки.