Результаты и разработки, доведенные до готовности

Разработаны лабораторные технологические схемы и режимы получения диффузионной сваркой слоисто-волокнистых композитов с оксидными волокнами и матрицами на основе титана, ниобия и молибдена. Изготовлены и испытаны на прочность сапфировые, иттрий-алюминиевого граната и эвтектические (сапфир - иттрий-алюминиевый гранат) волокна. Получены зависимости прочности волокон от их длины. Прочность может достигать 4000 МПа на длинах, равным 10 диаметрам волокна. Изготовлены и испытаны на прочность пилотные образцы композитов с сапфировыми волокнами и матрицами на основе титана и ниобия. Для образцов с матрицей на основе титана получена зависимость прочности композитов от температуры в диапазоне 20–900^oC, имеющая максимум при 700^oC.

Разработка оборудования и технологии изготовления профилированных изделий из тугоплавких металлов способом 3D-печати

Борисенко Д.Н., Жохов А.А., Борисенко Е.Б.

Предлагаемый способ изготовления профилированных изделий из тугоплавких металлов реализуется послойным нанесением металла по типу локальной гарнисажной электродуговой плавки. Были разработаны и опробованы источники питания электрической дуги в среде различных газов: аргон, гелий, водород. С помощью контролируемого пинч-эффекта решена задача генерации и стабилизации плазменного канала дуги высокого давления при произвольном профиле сканирования электрода. Подана заявка на патент «Электрод для дуговой плавки металлов». В экспериментах по изготовлению тиглей из молибдена было показано, что скорость печати способом локальной гарнисажной электродуговой плавки в десятки раз выше скорости печати методом селективного лазерного спекания. Следующим этапом была разработка и изготовление оригинального устройства прецизионной подачи порошка в зону плавления для непрерывного ведения процесса наплавки материала. Подана заявка на патент «Шнековый дозатор порошков тугоплавких металлов». С помощью устройства был изготовлен нагревательный элемент из молибдена для индукционной печи (рис.1). При изучении микроструктуры и свойств полученного материала было обнаружено, что пористость при двукратном проходе ванной расплава практически сводится к нулю. Оставшиеся единичные поры содержат вискеры микронного размера.

Рисунок 1. Нагревательный элемент из молибдена для индукционной печи

Сапфировый волновод для ТГц внутриволноводной спектроскопии и интерферометрии в агрессивных средах.

Г.М. Катыба, И.А. Шикунова, И.Н. Долганова, В.Н.Курлов

Разработаны методы высокотемпературной терагерцовой (ТГц) внутриволноводной спектроскопии и интерферометрии с использованием многоканального профилированного кристалла сапфира, который работает одновременно в качестве ТГц волновода и кюветы для исследуемого вещества. С помощью методов вычислительной электродинамики проведен численный расчет геометрии сечения волновода с целью оптимизации дисперсии и потерь при передаче ТГц излучения в одномодовом режиме, либо обеспечения заданного количества и качества волноводных мод для реализации интерференционных принципов измерений. Рассчитан ТГц волновод с одним центральным каналом и двумя рядами каналов фотонно-кристаллической (ФК) оболочки, который обеспечивает высокую эффективность передачи ТГц излучения (низкую дисперсию и потери) в широком спектральном диапазоне от 0,2 до 1,2 ТГц в двухмодовом режиме, поскольку фундаментальная мода и одна из мод высокого порядка обладают самыми низким потерями, которые сравнимы по величине между собой. Разработанный и изготовленный образец ФК ТГц волновода (Рисунок 1) был исследован с использованием численных и натурных экспериментов для подтверждения его технических характеристик, рассчитанных предварительно в ходе численного моделирования. Экспериментальные исследования волновода осуществлялись с применением методов ТГц импульсной спектроскопии (оценка дисперсии и спектральных потерь волноводных мод), а также методов ТГц имиджинга мод (визуализация волноводных мод и их интерференции в сечении профилированного кристалла при его возбуждении непрерывным ТГц излучением). Для демонстрации высокотемпературной ТГц внутриволноводной спектроскопии в частотной области и ТГц волноводной интерферометрии с использованием разработанного сапфирового волновода проведены эксперименты по измерениям фазовых превращений малого количества порошка NaNO₂, введенного в волновод, Рисунок 2. Показана высокая чувствительность разработанной системы, Рисунок 3. Благодаря сочетанию возможностей метода получения профилированных кристаллов сапфира с его уникальными свойствами, разработанный волновод может применяться для проведения ТГц высокоточных спектроскопических измерений в условиях агрессивной окружающей среды при температурах до 1850⁰C.

Рисунок 1. Схема процесса выращивания и изготовленные образцы ТГц сапфировых волноводов.

Рисунок 2. Схема экспериментальной установки для проведения высокотемпературной внутриволноводной интерферометрии NaNO₂.

Рисунок 3.Температурная зависимость спектра пропускания сапфирового волновода с помещенным в него порошка NaNO₂.

Технология химико-механической обработки металлических изделий

Классен Н.В., Классен Е.Н., Кобелев Н.П., Колыванов Е.Л.

Запатентована технология химико-механической обработки металлических изделий, основанная на новом приеме глубокого внедрения в приповерхностные слои металлов легирующих элементов, наночастиц, органических молекул посредством локального динамического деформирования поверхности шариковой обкаткой с одновременным нанесением на нее внедряемых материалов. Технология позволяет экспрессно производить механическое упрочнение, антикоррозионную и антиобледенительную защиту несущих конструкций, трубопроводов (включая защиту сварных швов), линий электропередач и т.д. непосредственно по месту их службы в полевых, подводных и прочих условиях. Работа выполнена в рамках международного проекта совместно с НИИ технической акустики Национальной академии наук Белоруссии.

Рис.1. Антиобледенительная обработка алюминия.
Cлева – лужица воды, растекшаяся по поверхности алюминиевой пластины за счет ее смачивания.
Справа – нерастекающиеся капли воды на участке той же пластины после химико-механической обраобтки шариковой обкаткой
с глубоким внедрением в приповерхностный слой водоотталкивающего органического вещества

Рис. 2. Антикоррозионная и антиобледенительная обработка стали.
Слева – капли воды, смачивающие поверхность необработанной стальной пластины.
Справа – капли воды, не смачивающие поверхность той же пластины после химико-механической обработки шариковой обкаткой
с глубоким внедрением водоотталкивающего органического вещества.

Рис.3. Оптическая микрофотография модельного эксперимента, демонстрирующего процесс экспрессного глубокого внедрения инородных веществ
в твердые тела локальным динамическим деформированием шариковой обкаткой.
Показан результат внедрения наночастиц углерода в оптически прозрачный кристалл иодистого цезия.
Обрабатываемая поверхность – сверху. Продолжительность обкатки – 5 минут. Глубина внедрения углерода – 50 микрон.