Офіційний веб сайт

Створення нових надтвердих керамічних матеріалів на основі карбіду вольфраму, субоксиду бору та боридів молібдену для роботи в екстремальних умовах

м68

Представлено Національним технічним університетом України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського".

Автор: Троснікова І.Ю., к.т.н.,  Солодкий Є.В., к.т.н.

Розроблено фізико-хімічні основи отримання надтвердих керамічних матеріалів, що полягають в керуванні кінетичними параметрами процесу формування мікроструктури та фазового складу під час кристалізації із розплаву та електроіскрового спікання сплавів.

Створено нові об’ємно армовані надтверді композиційні матеріали, які мають в порівнянні з традиційними неармованими вищу в 1,5 рази твердість, в 2 рази - міцність та в 3 рази - зносостійкість.  Розроблено нові надлегкі керамічні матеріали системи В-О-С (В6О, В6О-В4С) з твердістю понад 40 ГПа та тріщиностійкістю близько 5 МПа•м1/2, що вище за світові аналоги на 35% та 25% відповідно.

Шляхом промислових випробувань в ТОВ "Міжгалузевий науково-виробничий центр "Епсілон ЛТД" (м. Івано-Франківськ) доведено технічну і економічну доцільність нанесення зносостійких покриттів із армованого сплаву реліту, легованого молібденом, на робочі поверхні шнеків пресів-екструдерів.

Створені керамічні армовані композити системи Mo-Si-B успішно випробувані на ДП "Конструкторське бюро "Південне" як матеріали для корпуса камери рідинного двигуна РД840, що ефективно працюють в температурному діапазоні 1200-1600°С, підвищуючи робочі температури на 20%, зменшуючи питому вагу конструкцій на 27% та знижуючи негативний вплив на навколишнє середовище.

Сплави системи В-О-С застосовані для підвищення твердості та щільності елементів керамічних пластин бронежилетів 6-го класу захисту, які пройшли успішні випробування на базі ЦНДІ озброєння та військової техніки Збройних Сил України, та успішно випробувані в рамках договору між «КПІ ім. Ігоря Сікорського» та ДП "КБ "Південне".

 

Кількість публікацій: 32, в т.ч. за тематикою роботи 15 статей (8 – у зарубіжних виданнях), 17 тез доповідей. Загальна кількість посилань на публікації авторів складає 24 (згідно з базою даних SCOPUS), h-індекс = 3 та 38 (згідно з базою даних Google Scholar), h-індекс = 4.

Надіслати коментар

Коментарі

Шемет Володимир Жданович, к.х.н. доцент

Робота молодих вчених І. Ю. Троснікової і Є. В. Солодкого присвячена створенню нових надтвердих керамічних матеріалів на основі карбіду вольфраму, карбіду і субоксиду бору (В-О-С) та армованих композитів в системі Mo-Si-B для роботи в екстремальних умовах. Дослідження особливостей кінетики процесу формування мікроструктури та фазового складу при кристалізації з розплаву армованих надтвердих матеріалів дозволило авторам запропонувати механізми підвищення їх механічничних властивостей, а саме твердість, міцність, тріщиностійкість та зносостійкість.
Особлуви увагу автори приділили створенню нових надлегких об’ємно армованих композиційних матеріалів В6О і В6О/В4С на основі карбіду бора у яких механічні властивості значно вищі за світові аналоги. Пластини бронежелетів, які були виготовлені з цих матеріалів, пройшли успішні випробування на базі ЦНДІ озброєння та військової техніки Збройних Сил України.
Розроблені авторами армовані композити на основі сіліціду і боріду молібдену були успішно випробувані також в елементах двигуна РД840 (ДП "Конструкторське бюро "Південне»). Застосування цих матеріалів дозволить значно підвищити робочу температуру в камері згоряння і зменшити витрату палива.
Наукова і практична цінність роботи, що представлена на конкурс, підтверджена 32 публікаціями в журналах і доповідях на конференціях, а також успішними випробуваннями на підприємствах України. Вважаю, що ця робота безсумнівно заслуговує на присудження їй Премії Президента України для молодих вчених.

Badica Petre, Nat. Inst. Mater. Phys.

World of ceramic materials is continuously expanding. New or improved functional characteristic are designed and obtained bringing significant plus value and impact. Work proposed for award is focused on processing and mechanical properties of boron- or carbon- based materials. It shows high standards and a strong practical sense towards possible industrial developments. Proposed materials exhibit excellent mechanical properties and they also deserve attention from other viewpoints. I consider that authors did an outstanding work and, hence, I strongly support their application for the State Prize in Science and Technology of Ukraine for young scientists.

Микола Мельничук, к.т.н., доцент

На заміну традиційним металевим матеріалам для виготовлення деталей та вузлів все частіше застосовують нові керамічні матеріали, які мають кращий комплекс теплофізичних, механічних, експлуатаційних характеристик. Авторам вдалося створити нові керамічні армовані композити системи Mo-Si-B та запропонувати технологію отримання у промислових об’ємах. Що є надзвичайно актуальним в умовах війни та гострої потреби у модернізації озброєння та військової техніки Збройних Сил України, саме ресурсами та потенціалом національної наукової еліти та економіки. Безсумнівно високий рівень отриманих результатів підтверджено сучасними методами досліджень та публікаціями у фахових виданнях. Вважаю, що робота заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених.

Дурягіна Зоя Антонівна, д.т.н., проф.

Представлена робота присвячена створенню надтвердих керамічних матеріалів для роботи в екстремальних умовах, тому має велике наукове та практичне значення. На даний момент результати роботи вже знайшли визнання та використання в Україні та за її межами. Автори роботи володіють глибокими знаннями в області матеріалознавства та фізики твердого тіла. Сміливо стверджую, що вони дійсно майбутнє вітчизняної та світової науки. Можно багато говорити про сутність самих результатів, але мені би хотілось підкреслити інше. Привернути увагу до дійсно талановитої молоді, яке хоче і може плідно працювати на теренах рідної держави.Представлена робота безсумнівно заслуговує на присудження їй ПРЕМІЇ ПРЕЗИДЕНТА УКРАЇНИ ДЛЯ МОЛОДИХ ВЧЕНИХ.

Іващенко Вікторія Юріївна, канд.техн. наук, доцент

Підвищення властивостей міцності з одночасним зниженням питомої ваги матеріалу - це одна з найважливіших наукових і технічних проблем сучасності. Для композиційної кераміки, використовуваної в екстремальних умовах високих температур і хімічно агресивного середовища, характерна досить висока термічна стабільність властивостей, але при цьому кераміка програє в міцності. Оскільки подібні матеріали знаходять застосування в аерокосмічній техніці, в двигунах, то підвищення міцностних властивостей і зниження ваги матеріалу має важливе значення в контексті підвищення надійності експлуатації, а також зниження паливних витрат. Підвищення міцності дозволить також розширити області застосування цієї кераміки.
Автори роботи, вивчивши особливості та закономірності формування структур композиційних матеріалів на основі систем В-О-С, В-С-Si, Мо-Si-В, WC - W2C, описавши механізми зміцнення та фактори впливу на них, пропонують кілька технічних рішень по підвищенню міцності при стисненні, твердості і зносостійкості:
- зниження швидкості високотемпературної повзучості композитів системи Mo-Si-B за рахунок застосування технології спрямованої кристалізації;
- підвищення мікротвердості і зносостійкості за рахунок легування реліту молібденом;
- за рахунок нового розробленого методу синтезу при атмосферному тиску монофазного порошку В6О, а також параметральної оптимізації цього методу.
У випадку з кожним матеріалом було досягнуто відчутне підвищення механічних властивостей. З огляду на те, що за результатами роботи опубліковано 32 наукові публікації, а також факт, що отримані матеріали успішно випробувані на практиці, вважаю, що робота заслуговує на присудження премії Президента України для молодих вчених.

Наталія Зайчук, к.т.н., доцент

Серед ключових напрямків розвитку науки та техніки вагоме місце займає розробка та впровадження керамічних матеріалів різного призначення.
Комплекс властивостей досліджуваних матеріалів дозволяє використання їх у якості захисних покриттів ряду деталей та виробів, що працюють в умовах інтенсивного зношування та інших екстремальних умовах експлуатації.
Актуальність роботи не викликає сумніву, оскільки вирішується важлива науково-технічна задача щодо розробки фізико-хімічних основ отримання новітніх надтвердих матеріалів системи В-О-С, MoSi2-MoB2, WC-W2C з гарантованими властивостями для роботи в екстремальних умовах шляхом керування процесами формування структури та фазового складу під час синтезу та консолідації керамічних покриттів.
Отримані сплави системи MoSi2-MoВ2 володіють значно нижчою швидкістю високотемпературної повзучості, що надає їм суттєвої переваги та перспективності у використанні для виготовлення деталей газових турбін. Актуальність отриманих сплавів підкреслюється підвищенням термодинамічної ефективності двигунів, зменшенням витрат палива і впливу на навколишнє середовище.
Покращення механічних властивостей реліту сприяє його широкому використанню для захисту деталей від абразивного зношування і може застосовуватись в умовах інтенсивних динамічних навантажень. Одночасно оптимізація параметрів процесу виробництва високощільних керамік дозволяє скоротити цикл виробництва у декілька разів і значно заощаджує енерговитрати. Кераміка на основі В6О є надлегкою і рекомендована для використання у якості бронезахисту, швидкоріжучого інструменту та різців.
Враховуючи актуальність, новизну, достовірність отриманих результатів, їхні наукову та практичну цінність, вважаю, що робота заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених.

Дегула Андрій, к.т.н.

Дана робота є актуальною тому, що присвячена питанням сучасного матеріалознавства.
Доволі перспективним є розвиток наукових та технологічних основ створення нових композиційних матеріалів з підвищеними фізико-механічними характеристиками.
У поданій роботі отримано науково обґрунтовані результати, які розв’язують ряд актуальних задач.
Використання сплавів системи MoSi2-MoВ2 в якості високотемпературних матеріалів для деталей газотурбінних установок та двигунів дає можливість підвищити робочу температуру до 1600 °С.
Важливою складовою роботи є те, що розроблені матеріали знайшли практичне застосування та використовуються у промисловості.
Слід відзначити, що актуальність та практична цінність даної роботи підтверджується 32 науковими працями.
Вважаю, що представлена робота безсумнівно заслуговує на присудження їй Премії Президента України для молодих вчених.

Гах Ігор Сергійович, к.т.н.

Робота присвячена розвитку наукових та технологічних основ створення принципово нових високотемпературних композитних матеріалів з підвищеними фізико-механічними характеристиками.
Сучасні промислові жароміцні нікелеві сплави практично вичерпали ресурс для задоволення всезростаючих вимог новітньої техніки, що є також суттєвою перешкодою для розвитку двигунобудування в авіакосмічній галузі. В роботі розглянуто новий клас жароміцних керамічних армованих матеріалів системи Mo-Si-B, які потенційно дозволяють підвищити на 150-200ºС робочу температуру, зменшити питому вагу конструкції та значно підвищити термодинамічну ефективність газотурбінного двигуна. Робота є актуальною для розвитку високотехнологічного сектору промисловості України, в т.ч. створення авіаційних двигунів нового покоління.
В роботі досконало вивчено вплив хімічного складу та умов формування структури на фазовий склад композиту системи Mo-Si-B. Встановлено технологічні межі процесу отримання матеріалу, що забезпечує оптимальні параметри композитної структури та високу термостабільність і відповідну механічну властивість матеріалу.
Розроблені наукові принципи і технологічні основи створення надтвердих керамічних матеріалів, систем WC-W2C та легкої високощільної кераміки системи В-О-С, що дозволить створити покращені зразки композиційної броні та елементів аерокосмічної техніки, які працюють в екстремальних умовах експлуатації.
Достовірність та високий рівень отриманих результатів підтверджена сучасними методами досліджень та численними публікаціями у фахових виданнях. Практична цінність роботи підтверджена результатами випробувань дослідних зразків конструкцій на базі Центрального науково-дослідного інституту озброєння та військової техніки Збройних Сил України і ДП «КБ «Південне».
Вважаю, що робота заслуговує присудження Премії Президента України для молодих вчених.

Малінов Леонід Соломонович, д.т.н., професор ДВНЗ "ПДТУ"

Розвиток сучасного матеріалознавства пов’язаний з необхідністю мати нові матеріали для машинобудування, електроніки, дослідження космосу, атомної енергетики, металургійної та хімічної промисловості, оскільки більшість проблем у цій галузі можуть бути вирішені лише завдяки використанню нових перспективних матеріалів.
Тому дуже важливим завданням сьогодення є створення нових керамічних матеріалів, які б забезпечували роботу деталей та механізмів в екстремальних умовах - за високих температур та великих динамічних навантажень.
Отримані в роботі нові надтверді матеріали показали свою ефективність і можуть використовуватися за високих температур до 1600 °С, зменшуючи питому вагу конструкцій на 27 % та знижуючи негативний вплив на навколишнє середовище, що, в свою чергу, демонструє їх економічну (на 20-30 %), енергетичну, екологічну та технологічну ефективність.
Вважаю, що представлена робота заслуговує на присудження їй Премії Президента України для молодих вчених.

Пріхна Тетяна Олексіївна, член-кор. НАНУ, проф., д.т.н.,

Представлена робота присвячена створенню надтвердих керамічних матеріалів з підвищеною міцністю для роботи в умовах великих динамічних навантаженнях, абразивного зношування в агресивному середовищі, при високих температурах і має велике наукове та практичне значення. Результати даної роботи вже знайшли широке визнання на світовому рівні. Слід відмітити широкий світогляд авторів та глибокі знання в області матеріалознавства, хімії і фізики, що зробило їх відомими у міжнародному колі фахівців. Важливою характеристикою роботи є те, що її результати знайшли практичне застосування та показали ефективну роботу під час високих динамічних навантажень та високій температурі (понад 1200 °С). Представлена робота безсумнівно заслуговує на присудження їй ПРЕМІЇ ПРЕЗИДЕНТА УКРАЇНИ ДЛЯ МОЛОДИХ ВЧЕНИХ.

Аркадій Чернюк, головний інженер заводу по виробництву броні

Представлена робота є пріоритетною роботою не тільки для авторів, але і для всіх, хто зайнятий сьогодні виробництвом матеріалів для роботи в надвисоких температурах та виробництвом броні. Перше покоління броні було леговане двома матеріалами, сьогодні кількість легуючих матеріалі стала до п’яти, восьми і навіть більше. Стало зрозуміло, що збільшувати кількість легуючих матеріалів неможливо. Такі сплави дуже важко плавити і ще важче робити термообробку.
Тому слідуючим шагом було логічно відмовитись від легування металами і перейти до легування волокнами. Автори логічно і переконливо показали, що тільки армування монокристалічними волокнами забезпечує збільшення міцності більше ніж на порядок. Автори підійшли творчо до роботи і довели, що особливо ефективним методом консолідації важкоущільнюваних керамічних матеріалів є іскроплазмове спікання (ІПС).
Встановлено закони, за якими кристали евтектичного сплаву системи МоSi2 – МоB2 з матрицею із МоSi2 та регулярно розташованими стрижневими включеннями із МоB2 мають на порядок нижчу швидкість високотемпературної повзучості, в порівнянні зі сплавами з хаотичним розташуванням фазових складових.
Продовження цієї роботи може привести до принципово нового типу матеріалів: метали армовані вуглецевими нанотрубками та волокнами штучного алмазу з наперед програмованими властивостями.
Враховуючи економічну складову такого винаходу, новизну, достовірність отриманих результатів, їхні наукову та практичну цінність, вважаю, що робота заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених.

Фещук Юрій Петрович, к.т.н., доцент

Робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної проблеми по створенню надтвердих керамічних матеріалів з підвищеною міцністю для ефективної роботи в екстремальних умовах.
Розроблено фізико-хімічні основи отримання надтвердих керамічних матеріалів, що полягають в контрольованому керуванні структурою під час спрямованої кристалізації евтектичних сплавів систем Mo-Si-В, WC-W2C та отриманні легкої високощільної кераміки в системі В-О-С заданого фазового складу в умовах іскроплазмового спікання.
Створено нові надтверді композиційні об’ємно армовані матеріали, що представляють собою матрицю із W2C, армовану волокнами WC, що мають в 1,5 рази вищу твердість, в 2 рази міцність та в 3 рази зносостійкість та рекомендовані до впровадження в промислове виробництво.
Розроблено нові легкі керамічні матеріали системи В-О-С (В6О, В6О-В4С) з твердістю понад 40 ГПа та тріщиностійкістю близько 5 МПа·м1/2 використовуються при виробництві надтвердих елементів композитних бронепластин 6-го класу захисту, що є значно вищими за світові аналоги на 35 % та 25 %, відповідно.
Одержані в роботі керамічні армовані композити системи Mo-Si-B успішно використовуються в якості матеріалів для корпуса камери рідинного апогейного двигуна РД840. Отримані матеріали ефективно працюють в температурному діапазоні 1200-1600 °С, при цьому підвищуючи робочі температури на 20 %, зменшуючи питому вагу конструкцій на 27 % та знижуючи негативний вплив на навколишнє середовище, що, в свою чергу, демонструє їх економічну (на 20-30 %), енергетичну, екологічну та технологічну ефективність.
Вважаю, що представлена робота заслуговує на присудження їй Премії Президента України для молодих вчених.

Сизоненко Ольга Миколаївна, провідний науковий співробітник

Автори роботи розробили та оптимізували технологічні параметри процесу виробництва високощільних керамік системи В-О-С твердістю 36-40 ГПа та тріщиностійкістю 4-5 МПа·м½ методом іскроплазмового спікання. Слід зазначити, що надлегка тверда кераміка була використана при виробництві надтвердих елементів композитних бронепластин 6-го класу захисту, які пройшли успішні випробування на базі Центрального науково-дослідного інституту озброєння та військової техніки Збройних Сил України.
Автори роботи вперше розробили наукові основи створення армованих композиційних матеріалів поліфункціонального призначення з підвищеними фізико-механічними та експлуатаційними властивостями на основі встановлених закономірностей формування структури, кінетичних параметрів процесу спрямованої кристалізації та властивостей евтектичних сплавів систем MoSi2-MoB2 та WC-W2С
Композиційні матеріали системи В-О-С також були успішно випробувані в рамках договору між НТУУ «КПІ» та ДП «КБ «Південне», «Розробка та виготовлення кромок повітрозбірника ПВРД (робочі температури 1200°С) з керамічних матеріалів».
Актуальність і наукова новизна роботи підтверджується тим, що за результатами виконання роботи опубліковано 32 наукові праці, з них 15 статей у фахових виданнях, з яких 8 в іноземних реферованих виданнях та 17 тез доповідей на міжнародних науково-технічних конференціях. Загальна кількість посилань на публікації авторів 24, h-індекс – 3. За результатами роботи захищено 2 кандидатські дисертації.
Все це свідчить про високий науковий рівень і практичну цінність роботи, тому я вважаю, що вона заслуговує присудження Премії Президента України для молодих вчених.

Наталія Зайчук

Серед ключових напрямків розвитку науки та техніки вагоме місце займає розробка та впровадження керамічних матеріалів різного призначення.
Комплекс властивостей досліджуваних матеріалів дозволяє використання їх у якості захисних покриттів ряду деталей та виробів, що працюють в умовах інтенсивного зношування та інших екстремальних умовах експлуатації.
Актуальність роботи не викликає сумніву, оскільки вирішується важлива науково-технічна задача щодо розробки фізико-хімічних основ отримання новітніх надтвердих матеріалів системи В-О-С, MoSi2-MoB2, WC-W2C з гарантованими властивостями для роботи в екстремальних умовах шляхом керування процесами формування структури та фазового складу під час синтезу та консолідації керамічних покриттів.
Отримані сплави системи MoSi2-MoВ2 володіють значно нижчою швидкістю високотемпературної повзучості, що надає їм суттєвої переваги та перспективності у використанні для виготовлення деталей газових турбін. Актуальність отриманих сплавів підкреслюється підвищенням термодинамічної ефективності двигунів, зменшенням витрат палива і впливу на навколишнє середовище.
Покращення механічних властивостей реліту сприяє його широкому використанню для захисту деталей від абразивного зношування і може застосовуватись в умовах інтенсивних динамічних навантажень. Одночасно оптимізація параметрів процесу виробництва високощільних керамік дозволяє скоротити цикл виробництва у декілька разів і значно заощаджує енерговитрати. Кераміка на основі В6О є надлегкою і рекомендована для використання у якості бронезахисту, швидкоріжучого інструменту та різців.
Враховуючи актуальність, новизну, достовірність отриманих результатів, їхні наукову та практичну цінність, вважаю, що робота заслуговує присудження премії Президента України для молодих вчених.

Залишити новий коментар

Вміст цього поля є приватним і не буде доступний широкому загалу.
CAPTCHA
Для запобігання від спаму, щоб залишити коментар введіть будь ласка символи,які зображені нижче. Дякуємо за розуміня.