Паспорт проекта

Название проекта

Многоуровневый дизайн и химический синтез перспективных материалов с иерархической структурой применений           

Руководители проекта

Рогачев Александр Сергеевич

Цели проекта

Цель проекта состоит в создании, с участием ведущих ученых мира, опорной для САЕ-1 междисциплинарной научно-образовательной инфраструктуры, ориентированной на научные прорывы и элитное образование (аспирантура, магистратура, бакалавриат) на русском и английском языках, в области многоуровневого дизайна нового поколения металлических, керамических и керамико-металлических материалов с улучшенной комбинацией физических, химических и механических свойств.

Задачи проекта

Задачи проекта подразделяются на три исследовательских направления в зависимости от класса материалов. По направлению металлических систем ставятся задачи получения материалов с иерархической структурой на основе интерметаллидов (NiAl, TiAl и др), псевдосплавов несмешивающихся металлов (Cu-Mo, Cu-W и др.). Керамическое направление включает особо тугоплавкие соединения боридов и карбидов, а также боридно-силицидную керамику. Керамико-металлические композиты включают материалы с металлической матрицей (в том числе нанокристаллической) и керамическими зернами, распределенными в ней (твердые сплавы и металломатричные композиты, наномодифицированные частицами h-BN, Al2O3, AlN, AlB2, SiC, WC и др.).

Общая задача для всех этих трех направлений – разработка эффективных методов и подходов для управления структурой на всех уровнях: атомном (кристаллическая структура), наноразмерном (нанокристаллические частицы-модификаторы и т.п.), микроскопическом и макроскопическом, так как именно иерархическая структура, включающая все структурные уровни, отвечает за свойства материалов.

Кроме того, к задачам проекта относятся следующие мероприятия:

-     Привлечение ведущих российских и зарубежных ученых к реализации проекта;

-     Реализация и разработка новых образовательных программ;

-     Подготовка молодых научных кадров высшей квалификации (защиты магистерских работ и диссертаций по направлениям научного исследования);

-     Повышение показателей публикационной активности университета за счет опубликования статей в ведущих международных журналах (Q1 WOS);

-     Получение РИД, способных к правовой охране (патенты и ноу-хау);

-     Повышение рейтинга МИСиС путем участия в выставках и конференциях;

-     Поддержка перспективных молодых ученых за счет их участия в проекте;

-     Привлечение иностранных студентов для обучения по новым образовательным программам и проведения научных исследований по заявленному направлению.

Уникальность проекта

Уникальность проекта заключается в том, что его реализация позволит получить следующие результаты:

- новые подходы к дизайну и синтезу перспективных металлических, керамических и керамико-металлических материалов;

- новые знания в области физики горения, структурной макрокинетики; компьютерного моделирования, материаловедения перспективных металлических, керамических и керамико-металлических материалов; деформации и разрушения; дисперсионного упрочнения; и др.;

- закономерности синтеза гетерогенных металлокерамических наночастиц и металломатричных композитов;

- экспериментальные и теоретические данные о механических свойствах индивидуальных гетерогенных наночастиц и их связи с составом и структурой межфазной границы.

- оптимальные способы получения перспективных металлических, керамических и керамико-металлических материалов с использованием методов компьютерного моделирования;

- повышение функциональных характеристик и расширение сферы применения металлических, керамических и керамико-металлических материалов.

В результате выполнения работ:

- будет опубликовано 15 научных статей в журналах из первого квартиля WOS;

- будут подано 3 заявки на патенты;

- будет защищено не менее 2-х кандидатских диссертаций по тематике проекта;

- будет представлено не менее 14 докладов на международных конференциях, что способствует популяризации научного направления;

- будет подготовлен новый образовательный курс в рамках научного направления.

Актуальность проекта

В течение последних десятилетий неуклонно растет спрос на новые материалы, обладающие разнообразными свойствами: высокой прочностью, легкостью, жаростойкостью, каталитической активностью и т.д. В настоящее время возникают потребности в интеллектуальных и настраиваемых конструкционных материалах, новых типах сенсорных материалов и других видах материалов со сложными свойствами. Рынок разработки этих материалов оценивается в десятки миллиардов долларов, что обуславливает высокую актуальность данного направления.

Исследования инфраструктуры будут сосредоточены в рамках САЕ-1 вокруг разработки аморфных и нанокристаллических сплавов, создания метастабильных многофазных металлических и керамических материалов с иерархической структурой, гибридных аддитивно-субстрактивных систем, технологий самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) металлических, керамических, металлокерамических и композиционных материалов различного назначения, химического синтеза нанодисперсных компонентов.

Оборудование

Оборудование для синтеза материалов:

- Опытно-промышленный участок с комплексом оборудования для получения по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) различных композиционных материалов, в том числе катодов-мишеней для ионно-плазменного напыления и электродов-анодов для электроискрового осаждения функциональных покрытий;

- Гидравлический пресс Fontijne Grotnes B.V. Lab (Дания);

- Пресс горячего прессования Direct Hot Pressing DSP-515 SA (Dr. Fritsch, Германия)

- Установка искрового плазменного спекания SPS Labox 650 (Япония)

- Высокотемпературная муфельная печь, Habertherm, Германия

- Перчаточный бокс DELLIX, Китай

 

Оборудование для прецизионных исследований механических и трибологических свойств материалов:

- Нанотвердомер (Nano-Hardness Tester, CSM Instruments, Швейцария);

- Скратч-тестер (Revetest, CSM Instruments, Швейцария);

- Машина трения (Tribometer, CSM Instruments, Швейцария);

- Высокотемпературная машина трения (High-Temperature Tribometer, CSM Instruments, Швейцария);

- Возвратно-поступательная приставка для машины трения (CSM Instruments, Швейцария);

- Импакт тестер (CemeCon, Германия)

- Универсальный автоматический микро-макро твердомер, Мелитэк, Дания

Оборудование для исследования термической стабильности и жаростойкости покрытий:

- Высокотемпературная вакуумная печь ВАК ЭТО, Россия

Аналитическое оборудование:

- Оптический эмиссионный спектрометр тлеющего разряда (PROFILER-2, Horiba Jobin Yvon, Франция

- Сканирующий электронный микроскоп S-3400N Hitachi, Япония

- Сканирующий электронный микроскоп JEOL-7600F с системой микроанализа, Япония

- Оптический профилометр, Veeco NT 1100

- Просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения JEM-2100 фирмы JEOL, Япония с лабораторией пробоподготовки, оснащенной системой иного травления Gatan.

  - Вакуумный ИК спектрометр Vertex 70, Bruker, Германия

- Атомно-силовой микроскоп (CSM Instruments, Швейцария);

- Зондовая НаноЛаборатория Интегра Спектра в составе атомно-силового микроскопа и Рамановского спектрометра, НТ МДТ, Россия;

- Прибор синхротронного термического анализа  с системой импульсного ввода газов ТГ-ДТА/ДСК, STA 449 F1 Jupiter, Netzsch, Германия

- Высокоскоростная видеокамера (PHANTOM Miro M310, ViSioN RESEARCH, США)

- Тепловизор FLIR А655sc, объектив 25°х19°, температурная калибровка (-40°С +2000°С)

- Дифференциальный сканирующий калориметр METTLER TOLEDO DSC 3

Партнёрство и сотрудничество

Ключевыми партнерами консорциума по направлению «Дизайн новых неорганических материалов» являются:

1.           Tohoku University (Япония) – разработка материалов на основе объемных металлических стекол;

2.           University of Münster (Германия) ‒ исследование процессов деформации в объемных металлических стеклах;

3.           Technion – Israel Institute of Technology (Израиль) – исследования в области СВС, моделирования функционально-градиентных нанокристаллических функциональных материалов;

4.           Technical University of Denmark (Дания) ‒ компьютерное моделирование функциональных композиционных материалов;

5.           University of Notre Dame (США) – исследования в области СВС, материаловедения и электронной микроскопии;

6.           National Institute for Materials Science (Япония) – разработка новых видов неорганических наноматериалов;

7.           Aalto University (Финляндия) ‒ Атомистическое моделирование твёрдых тел и наноструктур;

8.           Université de Caen (Франция) ‒ Современная электронная микроскопия для материаловедения: от новых неорганических материалов к наноструктурам;

9.           Institute of Nanoscience, And Nanotechnology NCSR “Demokritos” (Греция) – разработки в области химии катализаторов.

 

 

Также в рамках создаваемой инфраструктуры будут сосредоточены компетенции университета по запуску и реализации различных программ магистратуры с привлечением партнеров из числа ведущих университетов и научных организаций мира. Англоязычная магистратура НИТУ «МИСиС» будет продвигаться по программам: Multicomponent Nanostructured Coatings. Nanofilms; Inorganic Nanomaterials. Программа «Multicomponent Nanostructured Coatings. Nanofilms» в марте 2015 г. получила аккредитацию Европейской инженерной ассоциации ASIIN, а в 2016 данная программа (пока единственная в МИСиС) получила подтверждение до 2020 года. Программа на английском языке «Inorganic  Nanomaterials» находится в стадии разработки и внедрения и предполагает участие ведущих ученых и преподавателей из России (представители академического юнита), США, Японии, Франции, Великобритании, Финляндии, Германии. Индекс Хирша лекторов – более 15.

Исследование носит комплексный характер и будет выполняться консорциумом. Состав Консорциума и структура задач, решаемых в рамках данного проекта, представлены на схеме.

схема проекта.jpg

1.       Получены экспериментальные образцы (отливки) сплавов NiAl-Cr-Co-Hf после ВИП. Показана эволюция микроструктуры сплавов. 2.

2.       Установлены особенности формирования состава и структуры пористых сплавов NiAl и TiAl с функциональными добавками. Разработаны методики получения порошков с наноблочной структурой.

3.       Разработана методика получения нанопорошков при горении в растворах.

4.       Изучены кинетика и механизм горения, а также особенности фазо- и структурообразования боридных соединений.

5.       Синтезированы керамические материалы в системе ZrBx-Zr(Mo)Siy-SiC. Изучены особенности структурообразования.

6.       Разработана технология дисперсного упрочнения связки твердых сплавов.

7.       Синтезированы композиционные нанокристаллические материалы (AlN, AlB2, h-BN)/Al и изучены их механические свойства. Также изучена структура межфазных границ.

Получены образцы иерархических материалов с гибридным наномодифицированием. Показаны результаты исследования механических и трибологических свойств, их связи с микроструктурой

Pogozhev, Y.S., Iatsyuk, I.V., Potanin, A.Y., Levashov, E.A., Novikov, A.V., Kochetov, N.A., Kovalev, D.Y.
The kinetics and mechanism of combusted Zr–B–Si mixtures and the structural features of ceramics based on zirconium boride and silicide
(2016) Ceramics International, 42 (15), pp. 16758-16765. 

 

Sidorenko, D., Loginov, P., Levashov, E., Mishnaevsky, L.
Hierarchical machining materials and their performance
(2016) MRS Bulletin, 41 (9), pp. 678-682. 
 
Zaitsev, A.A., Sentyurina, Z., Levashov, E.A., Pogozhev, Y., Sanin, V.N., Loginov, P.A., Petrzhik, M.I.
Structure and properties of NiAl-Cr(Co,Hf) alloys prepared by centrifugal SHS casting. Part 1 - Room temperature investigations
(2016) Materials Science and Engineering A, . Article in Press.

 

Levashov, E.A., Mukasyan, A.S., Rogachev, A.S., Shtansky, D.V.
Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings
(2017) International Materials Reviews, 62 (4), pp. 203-239. 

 

Konyashin, I., Zaitsev, A.A., Sidorenko, D., Levashov, E.A., Konischev, S.N., Sorokin, M., Hlawatschek, S., Ries, B., Mazilkin, A.A., Lauterbach, S., Kleebe, H.-J.
On the mechanism of obtaining functionally graded hardmetals
(2017) Materials Letters, 186, pp. 142-145. 

1 А.С. Рогачев д.ф.-м.н. Профессор Научный руководитель гранта Заместитель директора

2 Д.А. Сидоренко к.т.н. н.с.

3 А.А. Зайцев к.т.н. с.н.с.

4 М.И. Петржик к.т.н. в.н.с.

5 О.С. Манакова к.т.н. Зав. лабораторией

6 Е.И. Пацера к.т.н. н.с.

7 В.В. Курбаткина к.т.н. в.н.с.

8 Ю.С. Погожев к.т.н. с.н.с.

9 И.Ю. Коняшин к.т.н. ведущий эксперт

10 С.И. Рупасов - с.н.с.

11 П.А. Логинов к.т.н. н.с.

12 В.Г.Чурин - инженер 1 кат.

13 В.С. Панов д.т.н. ведущий эксперт

14 В.И. Боревич - Техник

15 А.В. Яценко к.т.н. в.н.с.

16 М.А. Агеева - инженер

17 Н.А. Кочетов к.т.н. с.н.с.

18 С.Н. Конищев СТУДЕНТ НИТУ «МИСиС» лаборант

19 С. Воротыло АСПИРАНТ НИТУ «МИСиС» инженер 1 кат.

20 А.Г. Бодян СТУДЕНТ НИТУ «МИСиС» лаборант

21 Ю.Ю. Капланский АСПИРАНТ НИТУ «МИСиС» инженер 1 кат.

22 Ж.А. Сентюрина АСПИРАНТ НИТУ «МИСиС» инженер 1 кат.

23 Д.О.Московских к.т.н. научный сотрудник

24 А.А. Непапушев к.т.н. инженер

25 С.И. Росляков к.т.н. инженер

26 Н.Ф. Шкодич к.ф.-м.н. ведущий инженер

27 К.В. Кусков АСПИРАНТ НИТУ «МИСиС» инженер

28 А.С. Седегов СТУДЕНТ НИТУ «МИСиС» лаборант

29 В.С. Буйневич СТУДЕНТ НИТУ «МИСиС» лаборант

30 И.Н. Волков СТУДЕНТ НИТУ «МИСиС» лаборант

31 К.А. Парамонов АСПИРАНТ НИТУ «МИСиС» лаборант

32 Г.В. Трусов - инженер

33 А.Т. Матвеев к.ф.-м.н. с.н.с.

34 Д.Г. Квашнин к.ф.-м.н. инженер

35 К.Л. Фаерштейн - инженер

36 Н.В. Артемова - ведущий инженер

37 А. Алланов - Лаборант, магистрант

38 Д.Н. Лебедев - инженер 1 кат.

39 А.В. Новиков - с.н.с.

40 Н.В. Швындина - инженер 1 кат.

41 А.С. Мукасьян д.ф.-м.н. Профессор Директор

42 Е.А. Левашов д.т.н Профессор Директор

43 L.Mishnaevsky Jr PhD Senior Researcher, Dr. habil.

44 G.Xanthopoulou PhD D.Sc., Senior Research Scientist

45 Zheng Yi FU PhD Chief Professor

46 S.T. Aruna PhD Principal Scientist

47 И.В. Яцюк АСПИРАНТ НИТУ «МИСиС» Инженер 1 кат.

48 А.Б. Тарасов к.х.н. Инженер

Наши проекты

Последние комментарии



Яндекс.Метрика