НИЛ КЕРАМИКИ (НИЛ 13)

         Направления работ лаборатории:

• повышение уровня свойств существующих и разработка новых керамических материалов функционального назначения на основе оксидов, в том числе магнитомягких ферритов;
• создание новых технологий, оборудования, запуск в эксплуатацию нового технологического оборудования и опытных участков, организация на этой базе выпуска разрабатываемых керамических материалов и изделий.

В лаборатории создаются керамические материалы на основе: оксида алюминия, легированного сложными тугоплавкими оксидами; диоксида циркония, упрочняемого за счет полиморфных фазовых превращений, композиты Al₂O₃-ZrO₂-Y₂O₃. Материалы имеют однородную мелкокристаллическую структуру, высокие плотность, прочность, твердость, вязкость разрушения, абразивную, химическую и термостойкость, хорошие тепло- и электрофизические свойства. Применение специальных режимов термообработки и различных добавок обеспечивает высокую степень консолидации и отсутствие значительной рекристаллизации.

Разрабатываемая конструкционная, инструментальная, электротехническая, теплоизоляционная керамика успешно используется для работы в условиях высоких нагрузок при трении, водной и воздушной эрозии, повышенных температурах и давлениях, в условиях термоциклирования и термоудара, активного химического и теплового воздействия. Оксидная керамика выпускается для использования в машино- и приборостроении, химической, текстильной и электротехнической промышленности, трубопроводной арматуре в качестве сопел, фильер, тепло- и электроизолирующей фурнитуры, корпусов, подложек, вставок, прокладок.

Разработана технология изготовления мишеней различных типоразмеров для получения тонких пленок широкого спектра составов, в том числе и из дорогостоящих отходов (оксидов и фторидов редкоземельных элементов, оксидов индия – олова, пятиокиси тантала и др. редких материалов) с использованием высокоэнергетических методов нагружеия, синтезированных наноразмерных порошков и смесей микронных и наноразмерных порошков. Преимущество разработанной технологии состоит в возможности изготовления мишеней из композиций с любым количественным и качественным составом компонентов практически любых типоразмеров, что достаточно сложно, а в ряде случаев и невозможно осуществить с использованием других технологий.

Проводятся исследования наноструктурной керамики, получаемой традиционными и высокоэнергетическими методами нагружения. Показано, что за счет высокой степени гомогенности и большого количества межчастич ных контактов можно создать новый класс тугоплавких и износостойких материалов с уровнем физико-механических и функциональных свойств, превышающих известные материалы в 1,5-2,0 раза, а также магнитных и изолирующих материалов для электротехники и электроники с повышенными в 1,3-1,5 раза электрофизическими параметрами.

В лаборатории разрабатываются магнитомягкие ферриты с округлой петлей гистерезиса на основе никель-цинковых и марганец-цинковых материалов со строго определенным комплексом электромагнитных свойств для использования в качестве сердечников индуктивных элементов радиоэлектронной аппаратуры, работающей в слабых и сильных магнитных полях в диапазоне частот до 30 МГц. В лаборатории имеется опытно-промышленный участок, на котором освоены технологии изготовления оксидной керамики и магнитомягких ферритов методами полусухого статического прессования, непрерывной экструзии пластифицированных масс, горячего литья под давлением термопластичных масс и термической обработки на воздухе при температурах до 1600 ^oС.

Запускается в эксплуатацию и осваивается новое оборудование и технологии получения высокодисперсного порошка оксида алюминия (нанокристаллического бемита) методом гидротермального синтеза и инжекционного литья керамических изделий сложной формы (CIM процесс).

Магнитомягкие ферриты выпускаются в виде сердечников различной конфигурации для использования в радиоэлектронике, автоматике, телевидении, средствах связи, приборостроении в качестве магнитопроводов, катушек постоянной и переменной индуктивности, магнитных антенн, дросселей, подстроечников изменения индуктивности и добротности контуров.

Разработаны составы и технологии изготовления керамических нанокомпозитов, а также технологии изготовления из них изделий.

Использование композитов, включающих алмазные зерна, для изготовления лезвийного и абразивного инструмента позволяет использовать его при обработке металлических (сталь 3, сталь ШХ15, чугун и т.п.) и неметаллических (керамика, стекло, природный камень и стройматериалы, композиты на полимерной основе) материалов, повысить стойкость инструмента и снизить температуру в зоне резания.

Нанокомпозиты использованы при изготовлении гаммы деталей электронных приборов высокой прочности и с заданными электрофизическими свойствами. Нанокомпозиты получены с использованием метолов порошковой металлургии и новых нанотехнологий: термолиза и зольгель синтеза.

Разработаны легко реализуемые на универсальном оборудовании технологии, позволяющие получать гамму металлокерамических слоистых и порошковых материалов, содержащих тонкие слои или дисперсные включения не основе SiO₂, ZrO₂,Y₂O₃, TiO₂ с геометрическим параметром 6-100 нм.

Инжекционное формование керамических изделий сложной формы.

Технология инжекционного формования керамики (CIM-ceramic injection moulding технология) основана на использовании литья под высоким давлением термопластичных масс на основе высокодисперсных керамических порошков и полимерного связующего вещества, каталитическом удалении связующего в специальной печи для дебайдинга и окончательном высокотемпературном спекании при температуре до 1610 ⁰С.

Для получения керамики на основе оксидов применяются литьевые составы Catamold немецкой фирмы BASF, использующие в качестве связующего вещества полиацеталь – термопластичный полимер с высокими технологическими характеристиками.

Для инжекционного формования используется установка формования Allrounder 170U 150-70 немецкой фирмы Arburg, имеющая следующие характеристики, определяющие максимальные размеры и свойства изделий:

• максимальный объем впрыска - 32 см³
• расстояние между плитами смыкания - 350 мм
• расстояние между колоннами - 170 мм
• давление впрыска - 2000 бар
• рабочая температура - до 200 ⁰С

Свойства керамики, полученной методом инжекционного формования

Технологические преимущества технологии инжекционного формования:

Оптимизация конструкции детали. СIM процесс снимает практически все ограничения по сложности формы изготавливаемой детали. Все, что было принципиально невозможно реализовать из-за ограничений механической обработки, становится доступным.

Увеличение плотности и прочности детали. При прочих равных условиях, если до этого применялась литьевая заготовка, СIM процесс позволяет получать более прочные детали за счет модификации характеристик материалов.

Возможность получения практически любой поверхности. СIM процесс позволяет придавать поверхностям формируемых деталей практически любые свойства – от очень гладких до текстурированных. Доступен практически весь спектр покрытий и обработок. Подготовка поверхности: голтовка, пескоструйка, полировка, ультразвуковая промывка.

Точность допусков и размеров. В настоящее время СIM технология позволяет получать детали с минимальной толщиной сечения от 0,5 до 30 мм с допусками в пределах 0,1мм на каждые 25 мм линейных размеров детали.

CIM технология имеет большую перспективу и огромное преимущество при производстве деталей сложной формы с точными геометрическими размерами и большими объемами производства по сравнению с традиционными методами.