Эксπир
Регистрация / Вход

Исследование стойкости перспективных композиционных материалов и покрытий к многофакторному воздействию гетерогенных сред и вакуума на уникальном стенде ПП-2

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.518.11.7042
Организация
МАИ
Руководитель работ
Надирадзе Андрей Борисович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
6,2 млн
Внебюджетные средства
1,6 млн

Опережающее развитие приборной базы научных исследований по приоритетным направлениям Программы и проведение исследований с использованием уникальной экспериментальной базы

Предложения

Развитие научно-технологического комплекса установок для механоактивационного получения, обработки и исследования свойств нанокристаллических и ультрадисперсных каталитических, магнитных, изно-соустойчивых, вибродемпфирующих порошковых материалов и припоев с управляемыми фракционным составом и эксплуатационными свойствами
Тема
Развитие научно-технологического комплекса установок для механоактивационного получения, обработки и исследования свойств нанокристаллических и ультрадисперсных каталитических, магнитных, изно-соустойчивых, вибродемпфирующих порошковых материалов и припоев с управляемыми фракционным составом и эксплуатационными свойствами
Входящий номер
623
Руководитель организации-инициатора
Орыщенко Алексей Сергеевич
Модернизация и использование уникального научного оборудования для исследования быстрых процессов в диэлектриках, включая нанокристаллы и композиты, при синхронизированном воздействии мощных импульсов радиации, сильных электрических и механических полей
Тема
Модернизация и использование уникального научного оборудования для исследования быстрых процессов в диэлектриках, включая нанокристаллы и композиты, при синхронизированном воздействии мощных импульсов радиации, сильных электрических и механических полей
Входящий номер
576
Организация
ФГАОУ ВО НИ ТПУ
Руководитель организации-инициатора
Чубик Петр Савельевич
 Показать еще 18 предложений
 Скрыть другие предложения

Этапы проекта

1
19.04.2007 - 30.06.2007
Проведен анализ имеющихся методов и методик проведения испытаний перспективных материалов, покрытий и оборудования на стойкость к воздействию разреженных гетерогенных сред и вакуума. Определен перечень научного оборудования необходимый для обеспечения проводимых исследований и расширения возможностей стенда.
  Определены закономерности изменения состояния поверхности и функциональных свойств материалов и покрытий в зависимости от различных факторов воздействия. Исследовано влияние облучения электронами и протонами высоких энергий на характеристики распыления материалов, а также на зарядовое состояние поверхности диэлектрических материалов.
  Установлено, что облучение электронами приводит к увеличению скорости эрозии в первые моменты времени за счет образования в приповерхностном слое точечных дефектов. После распыления измененного слоя скорость распыления стабилоизируется. Облучение протонами имеет другой механизм. По-видимому (пока нет подтверждения этому эффекту) протоны частично распыляют поверхностный слой материала, что приводит к небольшому уменьшению коэффициента распыления по сравнению с необлученным образцом. После удаления измененного слоя коэффициенты распыления стабилизируются.
  Исследовано совместное воздействие электронов и потоков низкотемпературной плазмы на зарядовое состояние поверхности. Необходимость в понимании этих процессов определяется сильным влиянием потенциала на процессы распыления материалов потоками заряженных частиц. В ходе экспериментальных исследований установлено, что при некоторой плотности ионного тока, сопоставимым по величине с током высокоэнергетических электронов, происходит практически полная нейтрализации поверхностного заряда поверхности образцов. Результаты исследований подтверждены результатами численных расчетов.
  Разработаны и внедрены на предприятиях-Заказчиках следующие методики:
- методика определения критериев стойкости элементов высоковольтного оборудования в условиях воздействия вакуума и низкотемпературной плазмы (МАИ-208-07/01-ПМ);
- методика экспериментального определения коэффициентов ослабления потоков низкотемпературной плазмы конструктивными элементами вентиляционных отверстий (МАИ-208-07/02-ПМ);
- методика экспериментального определения параметров газовыделения неметаллических конструкционных материалов (МАИ-208-07/03-ПМ).
Перечисленные методики прошли предварительную апробацию, оформлены в виде отдельных документов и согласованы с представителем Заказчика.
  Разработана программа развития УСУ на 2007 – 2010 годы. Выбраны основные направления развития программного и методического обеспечения, экспериментальной базы и кадрового состава стенда. Показано, что для повышения рентабельности стенда в настоящее время необходимо идти по пути расширения перечня задач и выхода на международный уровень качества. С этой целью планируется разработать и внедрить технологию быстрой перенастройки стенда под решение конкретных задач Заказчика.
Развернуть
2
01.07.2007 - 07.12.2007
1. Разработана методология экспериментального определения условий возникновения нелинейных и пороговых эффектов при совместном воздействии гетерогенных сред и вакуума на поверхность материалов и покрытий. Сформулировано понятие стойкости материалов к многофакторному воздействию внешней среды и условий эксплуатации. Показано, что при неопределенности внешних воздействий даже при наличии совершенной модели, невозможно дать точный (детерминированный) прогноз изменения свойств материалов. В связи с этим необходимо рассматривать множество возможных вариантов воздействия. С целью исключения вариативности входных параметров при проведении испытаний материалов и покрытий введено понятие критической траектории, соответствующей наибольшему изменению определяющих стойкость параметров в заданных условиях эксплуатации.
2. Сформулирован обобщенный алгоритм прогнозирования многофакторного воздействия окружающей среды на материалы, предложены математические методы построения критической траектории и концепция построения модели многофакторного воздействия внешней среды на материалы. Предлагаемый алгоритм базируется на понятии критической траектории и предусматривает три основных этапа проведения испытаний: 1) построение модели многофакторного воздействия внешней среды на объект испытаний; 2) определение критической траектории в зависимости от условий эксплуатации; 3) реализация критической траектории и подтверждение стойкости образца в заданных условиях эксплуатации.
3. Разработаны методы экспериментального определения стойкости материалов и покрытий к многофакторному воздействию гетерогенных сред и вакуума. Показано, что нелинейные и синергетические эффекты возникают при структурных изменениях в материале, сопровождающихся изменением связей между структурообразующими элементами. Поэтому в качестве основного методологического принципа следует использовать наблюдение за свойствами системы, которые резко (скачкообразно) меняются при небольших изменениях параметров внешнего воздействия.
4. Проведена апробация созданной методологии при проведении плановых НИР и ОКР института. В частности, разработана методика определения критических условий конденсации летучих веществ на оптически-чувствительных поверхностях при совместном воздействии внешних факторов. Определено влияние высокоэнергетичных электронов на процессы конденсации. Показано, что облучение электронами приводит к заметному изменению характера накопления массы на образце, что связано с образованием дополнительных центров адсорбции на поверхности образца.
5. Разработаны и опробованы следующие методики инженерного анализа: а) методика анализа стойкости БА к воздействию плазмы СПД; б) методика и программное обеспечение контроля запасов рабочего тела для композитных баллонов;
6. Разработаны и внедрены на предприятиях-Заказчиках следующие методики:
- методика определения критериев стойкости элементов высоковольтного оборудования в условиях воздействия вакуума и низкотемпературной плазмы (МАИ-208-07/01-ПМ);
- методика экспериментального определения коэффициентов ослабления потоков низкотемпературной плазмы конструктивными элементами вентиляционных отверстий (МАИ-208-07/02-ПМ);
- методика экспериментального определения параметров газовыделения неметаллических конструкционных материалов (МАИ-208-07/03-ПМ).
- методика контроля интенсивности газовыделения поверхности космических аппаратов при проведении их дегазации и ТВИ (МАИ-208-07.3-М)
- методика проведения тестовых и приемо-сдаточных испытаний системы контроля скорости осаждения компонентов СВА (МАИ-208-07.4-М)
Перечисленные методики прошли предварительную апробацию, оформлены в виде отдельных документов и согласованы с представителем Заказчика.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
1. Разработана методика экспериментального определения критических параметров конденсации летучих веществ на оптически-чувствительных поверхностях (стекла, нанодисперсные покрытия) при одновременном воздействии потоков высокоэнергетических электронов и фотонов (УФ).
2. Создано и отработано экспериментальное оборудование для проведения измерений скорости конденсации и оптических свойств тонких пленок. Разработан и изготовлен газогенератор, обеспечивающий требуемые потоки продуктов газовыделения на поверхности исследуемых образцов с возможностью одновременного контроля величины потока и элементного состава продуктов газовыделения с использованием масс-спектрометра MicroVISION (данный прибор приобретен на предыдущем этапе работ). Определены оптимальные режимы работы газогенератора, обеспечивающие требуемую эффективность и соответствие состава компонентов истечения и продуктов газовыделения исходного материала.
3. Проведены эксперименты по определению кинетики конденсации тонких пленок, образованных продуктами газовыделения компаундов. Исследовано влияние раздельного и совместного облучения высокоэнергетическими электронами (15 кВ) и ультрафиолетом (200-300 нм) на кинетику роста и оптическую плотность образующихся пленок. Установлено, что в зависимости от режима облучения оптическая плотность пленок при одинаковом составе продуктов конденсации может изменяться от 130 до 6500 см-1. Причиной этого эффекта является изменение морфологии пленок. При облучении потоком электронов или фотонов на поверхности подложки происходит образование большого количества точечных дефектов, которые являются активными центрами конденсации. В результате скорость образования зародышей возрастает, пленка одновременно растет большим числом островков, что уменьшает ее зернистость, увеличивает однородность и сплошность на малой толщине, совершенствуется структура пленки. Этот результат подтверждают результаты спектрометрического анализа, которые показывают значительную интерференцию прошедшего светового потока на длинах волн от 400-500 нм и выше. Оптическая плотность пленки при облучении электронами и фотонами снижается с увеличением плотности потока. Химические реакции в поверхностном слое конденсата, обусловленные воздействием указанных выше факторов, не выявлены.
4. Проведено сопоставление результатов спектрометрических измерений, полученных в режиме интегрирования по полусфере и пропускания по прямой. Установлено, что изменения интегрального коэффициента пропускания в первом случае составляют 0.2-1.2%, а во втором достигают 12%. Это обстоятельство подтверждает тот факт, что структура пленки является зернистой, а оптические потери вызваны, в основном, рассеянием света на этих неоднородностях. С увеличением интенсивности потоков электронов происходит заметное снижение зернистости пленок, их оптическая плотность падает за счет снижения доли рассеянного света.
4.Проведена отработка интеллектуального датчика «кварцевые микровесы». Подтверждена работоспособность датчика в условиях вакуума, установлено, что минимальная температура измерительной головки составляет -37°С, эффективность заслонки составляет 98%. Срыв генерации чувствительного элемента происходит при = 33кГц, что соответствует диапазону измеряемых масс 1.4?10-4 г/см2. Регенерация чувствительного элемента начинается при температуре сенсора +10…+15°С. Полное восстановление сенсора (до 90% первоначальной емкости) происходит при нагреве до 40-50?С в течение 1-1.5 часа.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
1. Разработаны объектно-ориентированные модели взаимодействия окружающей среды с многослойными нано-структурами. Выделено четыре этапа построения модели: декомпозиция исследуемой системы; построение модели воздействия внешних факторов; задание условий структурных изменений; построение модели изменения свойств системы. Установлено, что глубина декомпозиции может быть ограничена уровнем, на котором воздействие внешних факторов на отдельные элементы является аддитивным (критерий аддитивности).
2. Разработана методика, проведены эксперименты по определению характеристик взаимодействия низкотемпературной плазмы с тонкопленочными покрытиями. Определен коэффициент распыления покрытия. Показано, что коэффициент распыления тонкопленочного покрытия в несколько раз выше коэффициента распыления монолитного материала.
3. Разработаны методы определения «границы области эрозии» (ГОЭ) тонкопленочных покрытий в струях низкотемпературной плазмы. Показано, что ГОЭ для покрытий толщиной менее 1 мкм для современных ЭРД находится в периферийной зоне струи на угле 70-80?.
4. Разработана методика и проведены эксперименты по определению оптических свойств тонких пленок, образуемых продуктами газовыделения неметаллических материалов. Определено значение коэффициента затухания света для длины волны 0.4-1.5 мкм. Полученное значение (~2?10-3 см-1) оказалось в хорошем соответствии с литературными данными, что является подтверждением достоверности полученного результата и используемой методики измерений.
5. Проведена модернизация конструкции и схем измерения стенда «ПП-2» для минимизации влияния условий эксперимента на измеряемые характеристики. Показано, что одним из эффективных методов снижения негативного влияния условий эксперимента на измеряемые харктеристики, является использование экранов с эрозионностойким покрытием на основе графита или корунда. Проведены расчетные оценки эффективности таких экранов, установлено, что при использовании корунда уровень загрязнения продуктами распыления (по сравнению с потоками от стенок вакуумной камеры, выполненных из нержавеющей стали) снижается более чем на порядок величины. При этом максимальная скорость осаждения продуктов распыления в зоне установки образцов составляет примерно (1-2) 10-6 г/см2/час, а на исследуемой поверхности образцов 10-8 … 10-9 г/см2/час.
6. Разработаны и опробованы методики эксперимента: - «Программа и методика экспериментального определения оптических свойств пленок загрязнения, образованных конденсирующимися компонентами СВА КА, на оптических элементах маяков и зеркале лазерного терминала ЛТ-150» МАИ-208-08/04-ПМ
7. Экспериментально установлено, что характеристики взаимодействия низкотемпературной плазмы с поверхностью тонкопленочных нано-размерных покрытий существенно (в 2-3 раза) отличаются от характеристик взаимодействия монолитного материала.
8. Произведена закупка оборудования, проведена отработка системы автоматизации эксперимента в части модулей управления системой измерения скорости осаждения массы.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.8 Проведение исследований с использованием уникальных стендов и установок, а также уникальных объектов научной инфраструктуры (включая обсерватории, ботанические сады, научные музеи и др.), научных организаций и образовательных учреждений высшего профессионального образования
Продолжительность работ
2011 - 2012, 18 мес.
Бюджетные средства
7,1 млн
Организация
МАИ
профинансировано
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
4 млн
Организация
ИПХФ РАН
профинансировано
Тема
Проведение исследований состава, структуры и свойств веществ и перспективных материалов с использованием уникальных установок (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
148,8 млн
Количество заявок
57
Тема
Проведение исследований с использованием высокоэнергетических уникальных установок и комплексов (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
61,8 млн
Количество заявок
15
Тема
Проведение исследований физических и химических процессов с использованием уникальных стендов и установок в области энергетики и энергосбережения (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
111,6 млн
Количество заявок
32
Тема
Проведение исследований в области живых систем с использованием уникальных установок (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
69,6 млн
Количество заявок
33
Тема
Проведение исследований в области рационального природопользования с использованием уникальных установок (мероприятие 1.8 Программы).
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
155,4 млн
Количество заявок
46