Лаборатория искрового плазменного спекания

Научные результаты:

• Проведены исследования воздействия электрического тока (поля) на рост зерен материала, исследованы скорости уплотнения и деформирования керамических, металлических и металлокерамических материалов и нанокомпозитов (были изучены материалы, проводящие электрический ток, и материалы-изоляторы).
• Разработана методология и оборудование для интегрального контроля над технологическим процессом в системе искрового плазменного спекания (ИПС). В качестве параметров для контроля выбраны температура в зоне спекания и усилие сжатия. Получено 8 патентов на устройства для получения изделий из композиционных порошков.
• Создано программное обеспечение, позволяющее на основе разработанных в ходе проекта математических моделей и микрофизического описания процесса моделировать температурные поля с учетом свойств и геометрии матрицы и образца и благодаря этому определять необходимые технологические параметры процесса гибридного искрового плазменного спекания (максимальную температуру и скорость нагрева компакта порошка, длительность и форму импульса, приложенное давление).
• Разработаны технологии получения инновационных беспористых нанокомпозитных керамических материалов с повышенными эксплуатационными свойствами на основе систем: WC, Al₂O₃-ZrO₂-TiN, Si₃N₄, TiC, Al₂O₃-SiCw-TiC и Al₂O₃-SiCw. Объемное содержание пор менее чем 0,01%; размер зерна не более 500 нм; трещиностойкость более чем 13,24 МПа·м1/2. По результатам работ опубликован ряд научных статей и получены патенты на результаты интеллектуальной деятельности.
• Проведены работы, охватывающие все стадии изготовления новых материалов методом искрового плазменного спекания: моделирование процессов искрового плазменного спекания, подготовку смесей нанопорошков, изучение свойств полученных смесей порошков, спекания материалов, изучение свойств полученных образцов.
• Разработаны пошаговые методики получения нового класса нанокомпозитных градиентных материалов машиностроительного назначения с улучшенными свойствами.
• Разработаны технологии получения беспористых нанокомпозитных керамических материалов с повышенным комплексом эксплуатационных свойств, модифицированных углеродными нановолокнами и графеном. По результатам работы получены патенты на изобретения.
• Разработана технология получения нанокомпозита на основе меди путем искрового плазменного спекания и механического легирования, способного заменить серебро в разрывных электрических контактах, с минимальными технологическими потерями материала. Данная технология позволяет получить готовые контакты без дополнительной обработки (в отличие от технологии экструдирования). Материал обладает температурой разупрочнения выше 850°С и не распухает при выдержке при температурах более 850°С, его удельная электропроводность достигает 48,3 МСм/м (83% IACS).
• Разработаны технологии получения керамических и металлокерамических нанокомпозитных изделий сложной геометрической формы. При помощи оптимизации технологических параметров процесса гибридного искрового плазменного спекания и специально разработанной графитовой оснастки удалось получить высокие значения механических свойств, а также обеспечить их равномерное распределение по всему объему спеченных керамических нанокомпозитов квадратного сечения.

Внедрение результатов исследования:

• Технология искрового плазменного спекания армированных графеном нанокомпозитных материалов с улучшенным комплексом механических и эксплуатационных характеристик использовалась для получения сменных многогранных режущих пластин в ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ».

• Технология получения нанокомпозита на основе меди путем искрового плазменного спекания, способного заменить серебро в разрывных электрических контактах, с минимальными технологическими потерями материала, применяется в ООО «СОЮЗКАРОБОН» для создания разрывных электрических контактов.

Образование и переподготовка кадров:

• Внедрены в образовательный процесс университета следующие курсы лекций: «Инструментальное обеспечение машиностроительного производства», «Нанотехнологии в машиностроении», «Эффективность процессов обработки», «Технологические основы высокоскоростной формообразующей обработки материалов», «Материалы и высокоэффективные технологии современного производства», «Современные машиностроительные материалы», «Интенсификация обработки», «Введение в нанотехнологии».

• Пройдены стажировки в ведущих зарубежных научно-образовательных центрах, университетах и ведущих промышленных организациях, таких как Испанский центр исследований наноматериалов и нанотехнологий CINN, Миланский политехнический университет (Италия), Зеленогурский университет (Польша), немецкое предприятие FCT Systeme GmbH, занимающихся производством прессов горячего прессования, установок для искрового плазменного спекания.

Другие результаты:

• Опубликовано 55 научных статей в ведущих журналах, входящих в базы данных Scopus, Web of Sciеnce и РИНЦ.

• Осуществлено 13 научно-технических проектов по разработке инновационных материалов и технологий искрового плазменного спекания на общую сумму 270 млн рублей.

• Получены 22 патента на полезные модели и изобретения по наиболее актуальным современным материалам и технологиям.
  

Сотрудничество:

• ОАО «ВНИИЖТ» (Россия): исследования в области получения новых материалов для нужд ЖД-транспорта, создание нанокомпозита на основе меди для замены серебра в разрывных электрических контактах (Cu-Al₂O₃), а также новых антифрикционных алюминиевых материалов для монометаллических подшипников скольжения

• ОАО «ВНИИИНСТРУМЕНТ» (Россия): исследования в области получения новых материалов для режущего инструмента, создание наноструктурированных керамических материалов для изготовления сменных многогранных режущих пластин с повышенным комплексом свойств

• Мадридский автономный университет (Испания): исследования в области создания керамических и биоструктурированных нанокомпозитов, создание нового отказоустойчивого и износостойкого керамометаллического композита на основе оксида циркония и тантала для применения в высоконагруженных изделиях

• Йенский университет имени Фридриха Шиллера (Германия): исследования в области создания новых композиций материалов, создание нового керамического нанокомпозита из порошков, полученных с помощью LAVA-метода (Laser evaporation method)

• Испанский национальный центр нанотехнологий и наноматериалов CINN (Испания): получение новых керамических композитов (Al₂O₃-SiCw-TiC, 3Y–TZP/rGO, TiCN-NbCN-TaCN, ZrO₂-Ni и под.) с повышенным комплексом механических и физических свойств

• ФГБУН «Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН» (Россия): разработка биокомпозита с бактерицидными и высокими остеоинтеграционными свойствами

• ООО «Ворлд Маркет» (Россия): создание новых порошковых композиций

• АО «ЭКОС-1» (Россия): получение образцов керамических материалов путем искрового плазменного спекания

• Nanoker Research Ltd. (Испания): исследования в области керамических режущих инструментов нового поколения, создание наноструктурированных керамических материалов Al₂O₃-SiCw-TiC-Ni.