<Номер соглашения> Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014— 2020 годы» Приоритетное направление: Транспортные и космические системы Программное мероприятие: 1. 3 «Проведение прикладных исследований, направленных на создание опережающего научно-технологического задела для развития отраслей экономики» Соглашение № 14. 577. 21. 0171 от 11. 2015 на период 2015 - 2017 гг. Тема: Разработка технологии получения композиционных керамических материалов на основе нитрида кремния с использованием метода послойного моделирования и последующего реакционного спекания для изготовления элементов конструкции двигателей космических аппаратов Руководитель проекта: Рабинский Л. Н. Получатель субсидии Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» (МАИ) Цели и задачи проекта Цель: Разработка технологии изготовления оптимально армированных термонагруженных элементов конструкций космических аппаратов из композиционной керамики на основе нитрида кремния с использованием методов послойного струйного моделирования и реакционного спекания, обеспечивающей повышение механических характеристик элементов конструкции (в том числе повышение стойкости к многоцикловым нагрузкам) и сокращение сроков и затрат на их изготовление. Задачи: 1) Разработка методики послойного моделирования заготовок из порошка кремния методом трехмерной печати с упрочняющими наполнителями. 2) Разработка экспериментальной установки и системы управления процессом послойного моделирования заготовок из порошка кремния с упрочняющими наполнителями. 3) Разработка методики удаления связующего и реакционного спекания заготовок из порошка кремния, полученных методом трехмерной печати. 4) Разработка методик прогноза и проведение моделирования механических свойств и остаточного напряженно-деформированного состояния синтезируемых композитных изделий. 5) Выбор оптимального армирования синтезируемых образцов нитрида кремния с использованием различных типов наполнителей. 6) Изготовление образцов и элементов конструкций из нитрида кремния, армированного упрочняющими включениями. 7) Проведение физико-механических и физико-химических исследований синтезированных образцов. Индустриальный партнер Название индустриального партнера, ссылка на сайт: Закрытое Акционерное Общество «ТЕХКОМ» , https: //tp. iss-reshetnev. ru/participants/members/texkom Основной вид деятельности: Научные исследования и разработки в области естественных и технических наук Роль в проекте: Софинансирование и дальнейшее использование результатов прикладных научных исследований и экспериментальных разработок Ожидаемые результаты проекта Перспективы практического использования Керамика на основе нитрида кремния широко применяются в различных областях техники, в частности в элементах конструкций реактивных двигателей, в топливных системах, в элементах тормозных систем. Пористая керамика на основе нитрида кремния применяется в системах охлаждения, в фильтрационных элементах и в качестве огнеупорных материалов. Создание технологии получения изделий из нитрида кремния методами аддитивных технологии позволит изготавливать изделия сложной формы, снизить затраты на изготовление оснастки, увеличить скорость изготовления изделий и снизить их себестоимость. Отличием разрабатываемой технологии от существующих аналогов, является метод раздельного нанесения порошка кремния, армирующих наполнителей и связующего при послойном изготовлении заготовок изделий без предварительной подготовки суспензий. То есть разрабатываемая аддитивных технология относится к классу технологий инжекции связующего. Такой подход позволяет упростить технологию получения керамики и снизить себестоимость получаемых изделий. Для трехмерной печати по технологии инжекции связующего используется разработанная экспериментальная установка, позволяющая на основе трехмерных геометрических моделей в автоматическом режиме создавать заготовки изделий из порошка кремния, которые в дальнейшем подвергаются сушке и реакционному спеканию. Создание эффективной аддитивной технологии получения изделий из нитрида кремния позволит изготавливать элементы конструкции сложной формы, обладающие отличными эксплуатационными характеристиками, для создания новых перспективных авиакосмических конструкций, в частности, для создания элементов конструкций ионно-плазменных и стационарно-плазменных двигателей. 1. Технология получения образцов керамических композиционных материалов на основе нитрида кремния с использованием методов послойного струйного моделирования и реакционного спекания. 2. Экспериментальная установка для послойного моделирования образцов композиционной керамики на основе нитрида кремния. 3. Методика подготовки порошка кремния и армирующих дисперсных и волокнистых включений с использованием плакирующих материалов, водных и неводных биндеров для проведения послойного моделирования. 4. Методика реакционного спекания образцов композиционной керамики, полученных методом послойного моделирования. 5. Методика и результаты расчетов остаточного напряженно-деформированного состояния и эффективных термомеханических свойств синтезированной композиционной керамики с указанием оптимальных схем армирования. 6. Требования к применяемым трехмерным виртуальным моделям изделий. 7. Экспериментальные образцы и элементы конструкций двигателей космических летательных аппаратов из композиционной керамики на основе нитрида кремния. 8. Результаты экспериментальных исследований физико-химических, структурных и физико-механических характеристик экспериментальных образцов и элементов конструкций двигателей космических летательных аппаратов, выполненных из синтезированной композиционной керамики. 9. Методика разрушающего и неразрушающего контроля синтезированных образцов композиционной керамики. 10. Отчет о патентных исследованиях. 11. Проект ТЗ на выполнение ОТР по теме «Разработка промышленной технологии трехмерной печати изделий из нитридокремниевой керамики» . Текущие результаты проекта 1. 2. 3. Разработана методика реакционного спекания заготовок, полученных методом 3 D печати 4. Проведены расчеты остаточного НДС и 5. эффективных свойств получаемой керамики 6. 7. 8. Изготовлена экспериментальная установка для послойного моделирования заготовок из кремния (применяемая технология – инжекция связующего, Binder Jetting) С использованием разработанных методик и экспериментальной установки получены образцы нитридокремниевой керамики Испытания на изгиб Исследованы структурные, физико-химические и физико-механические свойства получаемой керамики 14. 577. 21. 0171 Неразрушающий контроль: оптическая микроскопия + компьютерная томография Разработана методика реакционного спекания заготовок образцов композиционной керамики, полученных методом послойного моделирования. Разработана методика и проведены расчеты остаточного напряженно-деформированного состояния и эффективных термомеханических свойств композиционной керамики на основе нитрида кремния, изготовленной с использованием методов послойного струйного моделирования и реакционного спекания. Даны рекомендации по вариантам оптимального армирования структуры керамики. Разработана конструкторская документация на экспериментальную установку для послойного моделирования заготовок образцов композиционной керамики на основе нитрида кремния. Изготовлена экспериментальная установка для послойного моделирования заготовок образцов композиционной керамики на основе нитрида кремния. Разработано программное обеспечение для экспериментальной установки для послойного моделирования заготовок образцов композиционной керамики на основе нитрида кремния. Изготовлены экспериментальные образцы композиционной керамики на основе нитрида кремния с применением разработанной технологии. Проведены экспериментальные исследования физико-химических, структурных и физикомеханических характеристик экспериментальных образцов композиционной керамики с применением разработанной технологии. Разработаны методики неразрушающего и разрушающего контроля характеристик синтезированных образцов композиционной керамики. Публикации и участие в конференциях: 1. Rabinskiy L. et al. Fabrication of porous silicon nitride ceramics using binder jetting technology. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2016. 140(1) С. 012023. 2. Рабинский Л. Н. и др. Исследование пористой керамики на основе нитрида кремния, полученной с использованием технологии трехмерной печати. Новые огнеупоры. 2016, в печати. 3. L. N. Rabinskiy et al, NUMERICAL MODELING OF RESIDUAL THERMAL STRESS IN Si 3 N 4 BASED HIGH-POROUS COMPOSITE CERAMICS. IJPAM, 2016, в печати. 4. L. N. Rabinsky et al , Binder Jetting of Si 3 N 4 -based Composite Ceramics with Different Porosity. Materials Science & Technology 2016 Conference, Symposium on Additive Manufacturing of Composites and Complex Materials, October 23 -27, 2016: Salt Lake City, USA. Подготовлена патентная заявка: «Метод получения керамических изделий на основе нитрида кремния»
Скачать презентацию Номер соглашения Федеральная целевая программа Исследования и разработки
430f5769e329a57737a56b3d5d5a699e.ppt