Регистрация / Вход
Прислать материал

«Физикохимия спекания и кристаллизации аморфных и керамических матриц и создание композиционных и стеклокристаллических полифункциональных материалов».

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0412

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Михайленко Наталья Юрьевна

Этапы проекта

1
30.09.2009 - 10.12.2009
Сформулирована методология проведения исследований по основным направлениям проекта, включая постановку общих и частных задач исследования, выбор перспективных силикатных и алюмосиликатных систем, определение высокотемпературных методов синтеза материалов.
Выбраны объекты, разработана методология исследований, проведен синтез алюмосиликатной стеклокерамики для радиопрозрачных композитов. В магний-, стронций-, барийсиликатных системах синтезированы высокотемпературные стекла и стеклокристаллические материалы, определены физико-химические процессы и параметры каждой технологической стадии, оптимизированы химические составы и технологические режимы синтеза материалов с целью выделения доминирующих высокотемпературных кристаллических фаз.
Выбраны объекты, разработана методология исследований, проведен синтез лантанборо-германатных стекол, расположенных на диа-грамме состояния вблизи стехиометрического состава стилвеллита. Определены основные технологические параметры синтеза стекол (материал тигля, условия варки и выработки, коррекция шихты на улетучивание оксида бо-ра, добавок глинозема), обеспечивающие по-лучение стекол состава, отклоняющегося от заданного в пределах 0,5% по каждому ком-поненту.
Выбраны объекты, разработана методология исследований, проведен синтез корундовой керамики с эвтектическими добавками в сис-теме ZnO-CaO-Al2O3-SiO2 (4 мас.%) в соче-тании с частично стабилизированным ZrO2 (20 мас.%), введенными в глинозем, получен-ный из промышленного гидроксида алюми-ния. Установлен концентрационный предел содержания SiO2 в добавке, выше которого начинается процесс дестабилизации тетраго-нального твердого раствора на основе диок-сида циркония. Определены параметры структуры и свойства дисперсионно-упрочненного композиционного материала (температура спекания – 1550 ОС, размер кристаллов корунда – 3-4 мкм, диоксида цир-кония – 1-2 мкм, закрытая пористость – менее 1 %, средняя плотность - 4140 кг/м3), проана-лизирован характер его разрушения под на-грузкой.
Проведен синтез высокотемпературной стронцийсодержащей алюмосиликатной мат-рицы для радиопрозрачных композитов. Син-тезированная матрица обладает высокой тем-пературой деформации (более 1450 ОС), вы-сокой термостойкостью (1350 ОС), диэлек-трическими свойствами, стабильными в ин-тервале температур 20-1200 ОС, что превыша-ет свойства применяемой в России для изго-товления обтекателей летательных аппаратов радиопрозрачной сподуменовой стеклокера-мики.
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ЭТАПЕ № 2
«Разработка новых физико-химических подходов к получению композитов и стеклокристаллических материалов на основе оксидных систем»
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от «30» сентября 2009 г. № 02.740.11.0412


Шифр: «2009-1.1-000-078-002»
Период выполне-ния этапа 01 января 2010 – 30 июня 2010

Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева”, г. Москва, Миусская пл., 9
Цель работы Развитие новых физико-химических и технологиче-ских подходов к созданию оксидных композиционных и стеклокерамических полифункциональных материа-лов и разработка на их основе высокотемпературных стеклокерамических композитов нового поколения, но-вого класса материалов - полярных стеклокристалличе-ских диэлектрических текстур, алюмооксидной кера-мики с пониженной температурой спекания; подготов-ка высококвалифицированных специалистов; формиро-вание и развитие научно-исследовательского коллекти-ва, специализирующегося в области стекловидных, стеклокристаллических и композиционных полифунк-циональных материалов.


1. Наименование разрабатываемой продукции
- Новые физико-химические и технологические подходы и методы, ко-торые должны быть использованы при создании оксидных композиционных и стеклокерамических полифункциональных материалов с уровнем свойств, соответствующих или превышающих уровень мировых аналогов;
- Лабораторные образцы композиционных и стеклокерамических мате-риалов, которые должны обладать следующими физико-химическими и экс-плуатационными характеристиками:
− высокотемпературные стеклокерамические радиопрозрачные композиты должны обладать термостабильностью диэлектрических свойств;
− текстурированный полярный стеклокристаллический материал должен обладать пироэлектрическими свойствами и повышенной устойчивостью к вибрационным помехам;
− высокотемпературный трещиностойкий композиционный материал на ос-нове алюмооксидной керамики должен обладать пониженной температу-рой спекания (не выше 1550 ОС).
- Методы и методики изготовления должны обеспечивать получение новых композиционных и стеклокерамических материалов с заявленным уровнем свойств материалов: катализированная кристаллизация стеклопо-рошков в процессе горячего прессования; ориентированная кристаллизации стекол стилвеллитового состава для выделения полярной фазы и спекание высокопрочной корундовой керамики с введением упрочняющих добавок частично стабилизированного диоксида циркония, получаемого гетерофаз-ным химическим осаждением;
- Отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описа-ние полученных результатов;
- Отчет о патентных исследованиях, проведенный в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96;
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию про-дукции.
2.1. Результаты работы на 2 этапе:
- Рассмотрены физико-химические процессы, сопровождающие про-цесс кристаллизации стекол системы RO (SrO, BaO)-Al2O3-SiO2-TiO2. Уста-новлено влияние исходного состояния и состава материала на характер фазо-образования, его технологические свойства. Выявлены фазовые превращения и закономерности процесса спекания при получении стеклокристаллических материалов, определены фазовый состав и структура полученной радиопро-зрачной стеклокерамики. Установлено, что процесс спекания стекла протека-ет по жидкофазному механизму одновременно с процессом кристаллизации.
Отработаны технологические параметры режима спекания стеклопо-рошка. Получена стеклокерамика в системе SrO-Al2O3-SiO2-TiO2 по керами-ческой технологии путем уплотнения стеклопорошка методом полусухого прессования и последующего спекания и кристаллизации в совмещенном ре-жиме термообработки с рабочей температурой 1200°С и высоким уровнем эксплуатационных свойств.
- Выявлены физические, структурные и технологические факторы, спо-собствующие ориентированной кристаллизации стекла и получению тексту-рированных стеклокристаллических материалов на основе оксидной системы La2O3-B2O3-GeO2 с целью создания стеклокристаллических материалов с вы-сокой пироэлектрической добротностью. Установлено, что независимо от те-пловой истории получения, в ЛБГ стекле формируется одна и та же структу-ра ближнего порядка, представленная, в частности, структурными группами [ВО3], количество которых одинаково и составляет около 55-60 %.
Установлено, что добавки оксида алюминия в количестве более 3 мол. % существенно подавляют кристаллизационную способность стекла; для по-лучения текстурированных стеклокристаллических материалов содержание Al2O3 в стекле должно составлять менее 2 мол. %.
Определены оптимальные режимы отжига ЛБГ стекол, которые позво-ляют избежать зарождения кристаллов стилвеллита, препятствующих равно-мерному распространению текстуры. Выявлены режимы кристаллизации, по-зволяющие получать текстурированные образцы толщиной до 2 мм.
- Методами неизотермической кинетики проведены исследования спе-кания керамических материалов системы Al2O3 – ZrO2 с эвтектическими до-бавками MnO – TiO2, CaO – ZnO – Al2O3 – SiO2 и CaO – B2O3 – SiO2. Уста-новлено, что на процесс спекания первостепенное значение оказывают тем-пература плавления эвтектики, а также кислотно–основные свойства распла-ва. Определены кажущиеся энергии активации; предложены характеристиче-ские модели, контролирующие кинетику протекающих процессов (диффузи-онные модели анти - Яндера и анти – Гистлинга). Результаты экспериментов обработаны методами математической статистики, на основании чего выяв-лены механизмы, лимитирующие спекание керамики с добавками эвтектиче-ских составов. Сделаны рекомендации относительно дальнейшего практиче-ского использования различных видов эвтектических добавок.
Полученные результаты соответствуют требованиям задания.
2.2. Новизна полученных результатов состоит в получении новых на-учных сведений и развитии новых представлений о процессах кристаллиза-ции и закономерностях спекания стронций- и барийалюмосиликатных сте-кол и стеклокристаллических материалов; структурных особенностях и фа-зовых превращениях лантанборогерманатных стекол и стеклокристалличе-ских текстур; механизмах, контролирующих спекание алюмоцирконовой ке-рамики при введении оксидных эвтектических добавок.
2.3. Особенности разработки состоят в нетрадиционных химических и фазовых составах высокотемпературных оксидных полифункциональных ма-териалов, использовании ряда нестандартных технологических решений при их синтезе, применении модифицированных или оригинальных методик при изучении их структуры.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов: материаловедение; авиационная и ракетно-космическая техника (носовые обтекатели для защи-ты антенных устройств); электронная техника, экология (активные элементы датчиков тепловых потоков); ЖКХ (активные элементы систем пожарной и охранной сигнализации); машиностроение (нитеводители, элементы запор-ной арматуры, торцевые уплотнения водяных насосов, элементы пескоструй-ных машин, износостойкие мелющие тела, сопла струйных мельниц и др.).
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Испытания высокотемпературных стронцийалюмосиликтных стекло-кристаллических материалов в опытно-промышленных условиях ФГУП ОНПП «Технология» выявили соответствие эксплуатационных свойств ре-комендуемых составов требуемому уровню.
Производство пироэлектрических датчиков исчисляется миллионами штук в месяц. Разрабатываемые лантанборогерманатные текстурированные материалы предполагается испытать в датчиках теплового контроля на пред-приятиях НПО им. С.А. Лавочкина и ООО «Теплоогнезащита».
Результаты НИР включены в лекционные курсы по дисциплинам спе-циализации, в задания на курсовое и дипломное проектирование для подго-товки специалистов, обучающихся по направлению 654900 «Химическая технология неорганических веществ и материалов», основная образователь-ная программа для подготовки специалистов (специальность) 250800 (ОКСО 240304) – «Химическая технология тугоплавких неметаллических и сили-катных материалов».
Результаты НИР использованы при разработке учебной программы курса «Перспективные стекла и стеклокристаллические материалы» для слушателей семинаров, проводимых в рамках системы повышения квалифи-кации преподавателей средних специальных учебных заведений (ССУЗ) сте-кольной промышленности.
3.3. Полученные на настоящем этапе работы результаты обеспечили достижение заданных индикаторов и показателей, в том числе:
количество аспирантов – исполнителей НИР, представивших кандидатские диссертации в диссертационный совет (нарастающим итогом) – 2; количест-во студентов, аспирантов, молодых исследователей, закрепленных в сфере науки, образования и высоких технологий (нарастающим итогом) – 11 чел.; количество исследователей – исполнителей НИР, результаты работы которых в рамках НИР опубликованы в высокорейтинговых российских и зарубежных журналах – 6.
4. Выводы
- Получены новые научные сведения и развиты новые представления о структурных особенностях стронций- и барийалюмосиликатных стекол и лантанборогерманатных стекол, о фазовых превращениях в процессах их кристаллизации, текстурирования и спекания, о закономерностях спекания алюмоцирконатной керамики в присутствии эвтектических добавок.
- Разработаны научные и технологические основы синтеза новых функциональных неорганических материалов - высокотемпературной радио-прозрачной алюмосиликатной стеклокерамики, текстурированных стекло-кристаллических пироэлектриков, высокопрочной алюмоцирконовой кера-мики.
- Радиопрозрачная стронцийалюмосиликатная стеклокерамика прошла успешные испытания на соответствие эксплуатационных свойств требовани-ям, предъявляемым к радиопрозрачным материалам.
- Результаты исследований внедрены в образовательный процесс и способствовали достижению заданных индикаторов и показателей и закреп-лению в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кад-ров.


Руководитель работ по проекту
президент РХТУ им. Д.И. Менделеева,
акад. РАН П.Д. Саркисов
30 июня 2010 г.


Подпись президента РХТУ им. Д.И. Менделеева,
акад. РАН П.Д. Саркисова заверяю.
Ученый секретарь РХТУ им. Д.И. Менделеева Т.В. Гусева
Развернуть
3
01.07.2010 - 10.12.2010
3.1 Разработка методов и отработка технологических параметров синтеза радиопрозрачных композитов,
3.2 Разработка методов и отработка технологических параметров синтеза пирэлектрических материалов
3.3 Разработка методов и отработка технологических параметров синтеза алюмоциркониевой керамики с пониженной температурой спекания
3.4 Экспериментальная проверка воспроизводимости свойств разрабатываемых материалов.
Развернуть
4
01.01.2011 - 30.06.2011
4.1 Изготовление экспериментальных образцов радиопрозрачных композитов
4.2 Изготовление экспериментальных
образцов пироэлектрической
стеклокерамики
4.3 Изготовление экспериментальных образцов композиционной алюмоциркониевой керамики
4.4 Синтез радиопрозрачных материалов методом горячего прессования
Развернуть
5
01.07.2011 - 20.09.2011
5.1 Определение эксплуатационных характеристик радиопрозрачных композитов, пироэлектрической стеклокерамики и композиционной алюмоциркониевой керамики
5.2 Проведение патентных
исследований. Разработка программы и проведение мероприятий по
внедрению результатов работы в образовательный процесс
5.3 Технико-экономическая оценка разработанных композиционных и стеклокристаллических материалов
5.4 Определение нестандартных
характеристик и свойств материалов
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Тема
Cоздание наноструктурированных биогибридных полифункциональных материалов на основе полимерных волокнистых нетканых матриц с инкорпорированными растительными клеточными структурами для очистки акваторий и сточных вод.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 17 мес.
Бюджетные средства
9 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка методов получения новых композиционных аморфно-нанокристаллических материалов на основе железа для перспективных изделий электроники и электротехники.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 19 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка компьютерных моделей и новых технологий аддитивного формования и спекания изделий различного назначения с контролируемой пористостью на основе органо-неорганических композиций керамических и/или металлокерамических нано- и микрочастиц
Продолжительность работ
2017 - 2018, 14 мес.
Бюджетные средства
58 млн
Количество заявок
0
Тема
Отработка научных основ технологии формирования биосовместимых керамических и композиционных материалов для медицины
Продолжительность работ
2007 - 2008, 19 мес.
Бюджетные средства
36 млн
Количество заявок
11
Тема
Конструкционные наноструктурированные керамические и композиционные материалы для работы в экстремальных условиях эксплуатации
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
60 млн
Количество заявок
38