Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии наноструктурированной керамики на основе карбида бора.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
карбид бора, нанопорошок, микродисперсный порошок, переработка отходов, высокочистые порошки, спекание в плазме искрового разряда, керамика, свойства, микротвердость, трещиностойкость.

Цель проекта:
Изготовление методом спекания в плазме искрового разряда наноструктурированных керамических изделий с заданными характеристиками из высокочистых нано- и микродисперсных порошков карбида бора (НМП B4C), полученных из низкокачественного и отходного промышленного сырья. Задачи: 1. Разработка методов и получение высокочистых НМП B4C из низкокачественного и отходного промышленного сырья. 2. Изготовление наноструктурированной керамики с заданными эксплуатационными свойствами методом спекания в плазме искрового разряда. 3. Комплексный анализ полученных результатов проведенных научно-исследовательских работ для создания научно-технического задела по их внедрению в опытно-промышленное или промышленное производство наноструктурированной керамики.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Экспериментальные партии высокочистых НМП B4C и образцы нанокерамических изделий из них.
2. Лабораторные технологические регламенты получения высокочистых НМП B4C из отходного промышленного сырья; наноструктурированных керамических изделий из НМП B4C.
3. Проект ТЗ на разработку опытно-промышленной технологии изготовления нанокерамических изделий из высокочистых НМП B4C.
Методические указания по внедрению в опытно-промышленное производство технологии нанокерамики B4C методом спекания в плазме искрового разряда.
4. Достигнутые физико-механические свойства керамики B4C не уступают или превышают свойства известных мировых аналогов (CoorsTek, AZOmaterials, 3M Technical Ceramics).

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Технология производства порошков карбида бора с заданным содержанием наноразмерной фракции позволит позволит создавать керамические наноструктурированные изделия с требуемыми характеристиками, а также заменить импортное порошковое сырье на отечественное.
Использование современной технологии спекания порошковых материалов в плазме искрового разряда позволяет производить наноструктурированную керамику на основе отечественных порошков карбида бора с характеристиками превышающими зарубежные аналоги.

2. Использование нанопорошков в производстве керамики позволяет повысить ее физико-химические и эксплуатационных свойства. Например, при использовании нанопорошка карбида бора в изготовлении керамики на его основе возможно добиться повышения микротвердости на 30-50% и трещиностойкости в 1.5-2 раза.
Впервые для получения высокочистых порошоковых материалов из низкокачественного и отходного сырья использованы новые функциональные полимеры для повышения эффективности очистки порошков карбида бора от нежелательных примесей и фракционирования порошков с получением фракций заданного состава и методы химической очистки, селективной флотации, флокуляции и мембранной очистки (в настоящее время применяемыми методами являются химическая обработка и рассев).
Использование оборудования последнего поколения для спекания порошковых материалов в плазме искрового разряда позволяет добиться сохранения наноструктуры в керамических изделиях.

3. Полученные результаты в ходе выполнения проекта превосходят достижения зарубежных исследований.

4. Для достижения заявленных результатов используется комплекс современного научного аналитического оборудования, привлечен высококвалифицированный персонал в области произволва порошковых материалов и керамических изделий. Мощные методы моделирования позволяют прогнозировать результаты натурных экспериментов, минимизировать затраты на них, а также проводить необходимую отитмизацию задействованных процессов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Внедрение метода получения высокочистых НМП B4C составит импортозамещающую конкуренцию зарубежным поставщикам. Апробация метода проходит на предприятии индустриального партнера - ООО "Полигон инновационных химических технологий".
2. Использование низкокачественного и отходного промышленного сырья (ОАО «Авиабор») позволит избежать дефицита исходных компонентов и снизить стоимость производства порошков, решить проблему утилизации химических отходов.
3. Метод получения высокочистых НМП имеет перспективы применения не только для производства порошков B4C, но и порошков других типов, что является дополнительным конкурентным преимуществом.
4. Разработанная технология производства керамических изделий на основе НМП B4C является научно-техническим заделом для создания опытно-промышленного и промышленного производства нанокерамики и нанокомпозитов на основе B4C.
Потенциальные промышленные партнеры: ЗАО «НЭВЗ-Керамикс», ООО "ВИРИАЛ", АО "Сибирский химический комбинат" Концерна ТВЭЛ.
5. Промышленная реализация технологии спекания в плазме искрового разряда позволит производить конкурентоспособные импортозамещающие изделия из нанокерамики и нанокомпозитов с заданными формой и свойствами для аэрокосмической, атомной, оборонных отраслей промышленности, электроники.
6. Достигнутые физико-механические свойства керамики B4C не уступают или превышают свойства известных мировых аналогов (CoorsTek, AZOmaterials, 3M Technical Ceramics).

Текущие результаты проекта:
Получены экспериментальные партии порошков карбида бора на основе низкокачественного и отходного сырья.
Проведены оптимизационные исследования порошковых смесей.
Оптимизированы технологические режимы спекания в плазме искрового разряда образцов нанокерамических и нанокомпозитных изделий с содержанием карбида бора не менее 98 мас.%.
4. Достигнутые физико-механические свойства образцов находятся на уровне лучших мировых аналогов: плотность более 2,49 г/см3 (98,8% от теоретической); микротвердость - 40 ГПа, ударная вязкость - 4,5 МПа·м1/2.