Быстрая реализация интересных идей

Аспирант Сибирского федерального университета Политехнический институт Ольга Ковалевская  успешно реализует свою научную работу «ПЕРСПЕКТИВЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ЗА СЧЕТ ДОБАВОК НАНОКЕРАМИКИ» благодаря конкурсу-проекту Инновационное внедрение-школа успеха молодежи».

Механизмы и кинетика процессов консолидации порошковых материалов зависят не только от размеров частиц, но также и методов их получения, физико-химических свойств. Анализ накопленной информации об особенностях структуры и свойств наноразмерных частиц, специфики их использования в технологиях порошковой металлургии показал, что наночастицы гораздо активнее ведут себя при спекании за счет вклада поверхностной энергии, но из-за высокой способности к агломерированию трудно сохранить мелкозернистую структуру в готовом материале.

В разработках Якутского государственного университета, при создании полимерных композиционных материалов (ПКМ), в качестве наполнителя используют нанодисперсные шпинели магния, меди, кобальта и порошки природных алмазов. Благодаря развитой поверхности частиц связующего, их введение в полимерную матрицу сопровождается активными процессами структурообразования с формированием кольцевых сферолитов, способствующих сохранению высоких физико-механических свойств и повышению износостойкости.

Исходя из проведенного анализа известных работ А.А. Охлопковой, А.В. Гоголевой, Е.С. Семеновой по разработке, изготовлению и применению ПКМ, был сделан вывод, что до настоящего времени не существует единого подхода, пригодного для всех случаев, что задача оптимизации состава и технологии изготовления ПКМ может быть решена за счет создания многокомпонентных материалов, которые должны обладать набором различных эксплуатационных требований. Использование добавок А1₂О₃ различной дисперсности и способа получения при “конструировании” ПКМ является предпочтительным, поскольку частицы оксида алюминия способствуют упрочнению матричного материала, могут тормозить рекристаллизационные процессы и, следовательно, повышать эксплуатационную износостойкость.

Таким образом, исследование влияния наночастиц на свойства ПКМ является актуальной проблемой, решение которой позволяет управлять характером уплотнения, формированием структуры и свойств материалов.

В настоящее время  участница конкурса-проекта «Инновационное внедрение-школа успеха молодежи» Ольга Ковалевская занимается исследованием закономерностей процессов компактирования и формирования структуры и свойств материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), модифицированного оксидом алюминия различной дисперсности и способа получения.

Разработаны теоретические модели, описывающие процессы консолидации и структурообразования ПКМ, изучена морфология исходных порошков СВМПЭ и А1₂О₃; исследовано влияние добавок оксида алюминия Al₂O₃ со средним размером частиц 7 мкм и наноразмерных частиц оксида алюминия Al₂O₃ со средним размером 10 нм на технологические и физико-механические характеристики ПКМ на основе СВМПЭ.

Данные полученные в ходе исследования, свидетельствуют о необходимости применения при изготовлении изделий, циклического температурно-силового воздействия (нагружения), ступенчатого поэтапного температурно-временного режима спекания и постепенного плавного охлаждения после формования для предотвращения образования остаточных температурных напряжений (деформаций), микротрещин. Сочетание требуемых технологических режимов давления прессования, температур и времени позволяют сформировать однородную беспористую структуру материала с плотностью 1,04 г/см³ , удовлетворительными показателями твердости по Бринеллю 365 НВ и относительным износом 0,0037 г/м, что до 3 раз выше, чем у исходного сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
Как и любые другие известные технологии, процессы получения изделий с использованием наночастиц не свободны от проблем обеспечения стабильно высокого качества структуры и свойств; в частности обеспечения  равномерности распределения структурных фрагментов, зерен, включений, искажений формы и т.д. Поэтому в каждом конкретном случае, исходя из служебного назначения и условий эксплуатации изделий необходимо отрабатывать и оптимизировать технологические режимы, определять особенности формирования структуры, исходя из сложности формы требуемого изделия, на различных стадиях технологического передела. В перспективе, применение наноразмерных частиц может стать основой для создания новых композиционных материалов, которые найдут применение в самых разных областях техники, машиностроения, горнодобывающей промышленности и др., можно прогнозировать дальнейшее увеличение объемов выпуска деталей, узлов, механизмов с их использованием.

Автор: Ковалевская Ольга Валериевна – Сибирский федеральный университет Политехнический институт, аспирант, специалист в области композиционных материалов.
Контактная информация:
Е–mail: kov.79@bk.ru;
тел.: 8 (391) 291-27-25, тел моб. 8-903-924-11-83

Справка: «Союз Инновационно-Технологических центров России» проводит конкурс «Инновационное внедрение-школа успеха молодежи». Цель – выполнение практических разработок и исследований в наиболее  перспективных направлениях развития экономики страны: наноматериалы и нанотехнологии,  энергоэффективность и энергосбережение, космические, медицинские и  стратегические информационные технологии, машиностроение и приборостроение и др.

Конкурс вызвал большой интерес. Число  поданных  заявок значительно превзошло ожидания. Устроители полагали, что в этом первом, пока не очень известном конкурсе, захотят принять участие не более 100 молодых ученых и разработчиков. На самом деле их оказалось более тысячи.

В итоге грантополучателями стали 28 человек, чьи идеи и разработки набрали максимальное количество баллов. Среди них – аспирант Сибирского Федерального Университета Ольга Ковалевская. Работа Ольги проходит по разделу нанотехнологии-наноматериалы и посвящена созданию новых композиционных материалов на полимерной основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с армирующими элементами в виде частиц керамики, в том числе наноразмерных наноструктурированных  фрагментов в виде отдельных элементов или направленных структур триботехнического назначения.

Статья для публикации предоставлена автором