Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка многослойных наноструктурированных жаростойких материалов и покрытий на их основе с заданной пористостью слоев для элементов ракетно-космической техники.

Докладчик: Кузнецов Денис Валерьевич

Должность: Заведующий кафедры, зав. кафедры, Профессор, зам.директора ИНМиН по науке, заведующий кафедрой

Цель проекта:
Целью работы является разработка принципиально новой технологии создания теплозащитных покрытий, основанной на сочетании технологий физического осаждения из газовой фазы (physical vapor deposition, PVD) и технологии микродугового оксидирования (МДО) поверхности для получения высокоэффективных композитных структур с заданным (градиентным) распределением пористости. Что позволит улучшить параметры работоспособности неохлаждаемых теплонапряженных элементов конструкций ракетно-космической техники из керамических и углерод-керамических композиционных материалов с помощью организации эффективной многоуровневой защиты их поверхности. Разработка новых научных и технических решений в области создания теплозащитных и жаростойких композитных покрытий позволит обеспечить эффективную тепловую защиту и снижение веса элементов высокоскоростных (гиперзвуковых) летательных аппаратов. Будут разработаны методы модернизации и повышения эффективности применения находящегося в эксплуатации технологического оборудования для создания защитных покрытий ракетно-космической техники с использованием сочетания методов PVD и МДО. Повысится работоспособность неохлаждаемых теплонапряженных элементов конструкций ракетно-космической техники из керамических и углерод-керамических композиционных материалов с помощью организации эффективной многоуровневой защиты их поверхности. Должен быть разработан программный комплекс для моделирования теплофизических и термомеханических свойств многослойных наноструктурированных жаростойких покрытий ракетно-космической техники.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения ПНИ будет разработана новая технология создания многослойных наноструктурированных жаростойких материалов и покрытий на их основе с заданной пористостью слоев для элементов ракетно-космической техники. Будут получены следующие научно-технические результаты:
1. Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:
а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
б) выбор и обоснование направления исследований;
в) результаты теоретических исследований;
г) результаты анализа данных экспериментальных исследований;
д) обобщение и выводы по результатам ПНИ.
2. Отчет о патентных исследованиях.
3. Методы получения пористых и градиентных термостойких керамических композиционных материалов и многослойных наноструктурированных покрытий на их основе.

4. Лабораторный технологический регламент получения экспериментальных образцов и элементов конструкций РКТ с использованием пористых и градиентных термостойких керамических композиционных материалов и покрытий 
на их основе.
5. Математическая модель для прогноза теплофизических и термомеханических свойств пористых и градиентных термостойких керамических композиционных материалов и покрытий 
на их основе. Результаты математического моделирования и оптимизации технологии получения теплозащитных покрытий будут изложены в отчете о ПНИ и в публикациях исполнителей проекта.
6. Прототип системы компьютерного моделирования теплофизических и термомеханических свойств высокотемпературных композиционных материалов и покрытий.
7. Экспериментальные образцы и типовые элементы конструкций РКТ, полученные с применением теплозащитных пористых и градиентных керамических композиционных материалов и покрытий на их основе, для которых будут подтверждены заявленные технические требования по эксплуатационным характеристикам.
8. Программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов и элементов конструкций РКТ.
9. Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - ВНИИТС.
10. Проект технического задания на проведение ОКР на базе индустриального партнера проекта (ФГУП ВНИИТС) по теме: “Разработка промышленной технологии и опытно-промышленного участка по нанесению наноструктурированных жаростойких покрытий на элементы конструкций ракетно-космической техники”.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения ожидаемых результатов связаны с созданием современных теплозащитных элементов конструкций высокоскоростных летательных аппаратов и ракетно-космической техники, а также их энергетических систем. Разрабатываемые покрытия возможно будет использовать в качесве верхнего жаростойкого слоя для конструкционных и материалов, выполненных на основе жаростойких сплавов или углерод-углеродных композитов и функциональных материалов (плиток) из высокопористой керамики.
Потребителями полученных результатов станут компании, работающие в сфере разработки и производства различных видов изделий для авиационной, военной, космической и атомной техники. В частности, на основе полученных данных индустриальный партнер заявки ООО “Завод технической керамики” (г.Апрелевка Моск.области) будет разработана программа освоения производства новых типов низкотеплопроводной и жаростойкой керамики, внедрены новые технологические инструменты, использующие методы PVD и микродугового оксидирования. Это позволит в ближайшей перспективе освоить технологический процесс покрытия деталей ракетно-космических аппаратов многослойными наноструктурированными жаростойкими покрытиями с заданной пористостью слоев с улучшенными в 1.2-1.4. раза характеристиками и способствовать широкому внедрению новой технологии в промышленность.
По завершению работы будет проведено дооснащение производственной базы индустриального партнера проекта Завода технической керамики современными модернизируемыми установками (в рамках последующих ОКР), использующими методы PVD и электрохимическими установкими, использующими методы МДО и налажен (в рамках последующих ОКР) технологический процесс покрытия деталей ракетно-космических аппаратов многослойными наноструктурированными жаростойкими покрытиями с заданной пористостью слоев.
Результаты работы также могут быть внедрены на предприятиях авиационной-космической отрасли в виде создания специализированных участков. Помимо помимо авиакосмической отрасли возможными потребителями предлагаемой технологии являются научно-исследовательские и производственные центры, занимающиеся проблемами производства различных керамических изделий. К числу возможных потребителей относятся также высокотехнологичные предприятия - производители различных типов технической керамики (НПО "Бакор", ООО "Кералит"), которые обеспечат востребованность технологии на рынке высокомаржинальной продукции для машиностроения. Полученные научно-технические результаты будут доводиться в ходе проекта до потребителя путем их представления на профильных научно-технических мероприятиях. На третьем этапе проекта запланировано создание профильного интернет портала, отражающего результаты ПНИ.

Текущие результаты проекта:
Проведён анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к теме ПНИ, на основе которого был сделан выбор и обоснование направления исследований. В дополнение к аналитическому обзору был проведен поиск патентных исследований.
Проделан анализ существующих физических и математических моделей материалов и элементов теплозащиты ракетно-космической техники (РКТ). На его основе проведены тестовые расчеты.
Разработаны требования к теплофизическим параметрам компонентов покрытий.
Разработаны методики определения физико-химических параметров компонентов жаростойких покрытий и теплозащитных материалов.