Газета Национального исследовательского Томского политехнического университета

Основана
15 марта 1931 года

16+

Newspaper of National Research Tomsk Polytechnic University

Founded
on March 15, 1931

Архив номеров Поиск

Новые технологии для космоса

Политехники разрабатывают материалы для экстремальных условий

Крайне низкие температуры Севера, радиационный фон космоса и объектов атомной энергетики требуют создания новых надежных материалов.Именно такую задачу поставили перед собой участники мегапроекта ТПУ «Материалы для экстремальных условий».

В рамках проекта в ТПУ открыт Научно-образовательный центр «Современные производственные технологии».

Реализация мегапроекта предполагает решение целого ряда непростых задач: от разработки составов и технологий получения уникальных по своим свойствам материалов до создания новейших методик ресурсных испытаний для их контроля. Все это крайне важно для развития космической отрасли и сохранения лидерства России в освоении космического пространства. Проект реализуется на базе Института физики высоких технологий ТПУ в рамках трех технологических направлений Национальной технологической инициативы президента России: цифровое проектирование и моделирование, новые материалы, аддитивные технологии. Он нацелен на лидерство ТПУ в области подготовки кадров, проектирования и создания новых материалов для работы в экстремальных условиях. Привлечение целого ряда ученых с мировым именем, постдоков, специалистов с опытом работы на предприятиях, команды управления кратно ускорило развитие этого направления в Томском политехе. К экспертизе проекта привлечены специалисты из Университета Оксфорда,Технологического института Джорджии и Лондонского университета королевы Марии.

Первые результаты

Моделирование свойств и составов

  • Впервые осуществлена оценка эффективных свойств композита в рамках микромеханики с учетом эволюции состава переходной зоны во времени в условиях синтеза.
  • Впервые построены аналитические решения задач о формировании переходных зон при синтезе композитов с учетом различия подвижности компонентов в фазах и явления термодиффузии.
  • Разработана модель процессов, проходящих при многоступенчатой коррозии циркониевых оболочек ядерного топлива при использовании защитных многослойных покрытий Zr/ZrN.

Материалы

  • Получены опытные образцы не имеющих мировых аналогов легких алюминий-матричных композиционных материалов для создания радиационно-защитных корпусов микроэлектронных модулей ракетно- космической техники.
  • Методом 3D-печати впервые получены образцы изделий на основе полимеров с двухуровневым непрерывным армированием нанотрубками и угленитью.
  • Получено защитное многослойное покрытие на основе линейной сверхрешетки TiN/AlN с высокими механическими свойствами и радиационной стойкостью.
  • Получены образцы упрочняющих покрытий стекол иллюминаторов РКТ для защиты от ударного воздействия микрометеороидов.

Технологии

  • Разработан принципиально новый метод формирования многослойных алмазных пленок с высокой твердостью, теплоотводностью, исключительной химической и радиационной стойкостью.
  • Разработан метод синтеза и состав пленок Si3N4/AlN, обладающих высокотемпературной коррозионной стойкостью, твердостью и эластичностью.
  • Отработаны режимы процессов холодного прессования и спекания методом SPS алюминий-матричных композиционных материалов с введением вольфрама и карбида бора.
  • Разработана лабораторная технология 3D-печати изделий из композиционных полимерных материалов методом высокотемпературной совместной экструзии полимера и углеволокна при высоких давлениях.

Инфраструктураи оборудование

  • В рамках инжинирингового центра по композиционным материалам для экстремальных условий созданы (совместно с ИФПМ СО РАН и РКК «Энергия») Научно-образовательный центр«Современные производственные технологии» и Центр перспективных исследований«Многоуровневое динамическое моделирование материалов и конструкций».
  • Созданы экспериментальные установки для отработки аддитивных технологий получения изделий методами селективного лазерного спекания и электронно-лучевой послойной наплавки металлических порошков.
  • Совместно с компанией BiSS Ltd. разработана и изготовлена уникальная испытательная машина для ресурсных испытаний.
  • Спроектирован и ведется монтаж не имеющего мировых аналогов 3D-принтера для печати деталей РКТ из полимерных материалов с непрерывным армированием волокном.

165 млн рублей 

привлечено на проект по научно-техническим программам, грантам и хоздоговорам.

Индикаторы

Публикации в изданиях, индексируемых Web of Science или Scopus: 170 (110 – 2014 г., 60 – I полугодие 2015 г.)

Идея проекта

Разработка новых композиционных материалов и технологий получения изделий с увеличенным сроком эксплуатации, способных эффективно работать в условиях экстремальных воздействий, для освоения новых территорий гидрокосмоса, космического пространства и Крайнего Севера. Создание инжинирингового центра покомпозиционным материалам для экстремальных условий.

Направления проекта

Направление 1

Развитие методов комплексного математического моделирования процессов синтеза и оценки свойств материалов для создания:

  • технологий нанесения на материалы радиационно стойких эластичных высокотвердых, а также алмазных покрытий;
  • сверхлегких радиационно-защитных корпусов микроэлектронных модулей космических летательных аппаратов;
  • функциональных изделий методами цифровой 3D-печати полимерами с непрерывным армированием, электронно-лучевого и селективного лазерного сплавления.

Направление 2

Создание уникальных методик ресурсных испытаний и непрерывного мониторинга изделий, обеспечивающих прогнозирование срока службы композитов, работающих в условиях экстремальных воздействий.

Направление 2

Разработка и реализация DD-программы подготовки магистрантов с Университетом Жозефа Фурье, Франция (QS ТОР-150 on Material Science).

Коммерциализация результатов

  • Создание промышленного производства радиационно-защитных корпусов микроэлектронных модулей ракетно-космической техники включено в проект Инновационного центра «Сколково».
  • Разработка коммерческого программного продукта для численного моделирования технологических процессов и его стадий с совокупностью физико-химических явлений и оценкой эффективных свойств.
  • Поставка оборудования и технологий нанесения покрытий предприятиям России, Японии, Китая.
  • Создание полного цикла аддитивного производства изделий: от материалов до готовых изделий.
  • Внедрение structuralhealth monitoring систем в авиа- и ракетостроение.
  • Оказание услуг по ресурсным испытаниям и прогнозированию сроков службы изделий для экстремальных условий.

Эффект от реализации проекта

  • Создание Центра превосходства мирового уровня в области подготовки кадров, проектирования и создания новых материалов, современных опережающих технологий изготовления изделий для работы в экстремальных условиях:
  • Обеспечение технологического прорыва для освоения новых территорий с экстремальными условиями.
  • Создание высокотехнологичных производств и новых рабочих мест в рамках программы импортозамещения.
  • Мировой приоритет ТПУ по численному моделированию технологических процессов и его стадий с совокупностью физико-химических явлений и оценкой эффективных свойств материалов.
  • Создание уникального оборудования для нанесения многослойных покрытий и аддитивных технологий.
  • Снижение массы,повышение срока и уровня безопасности эксплуатации авиационных и космических аппаратов благодаря внедрению новых материалов и методов непрерывной оценки ресурса изделий.