БИБЛИОГРАФИЯ

1.Аринин, эксплуатация автомобилей [Текст] / , , – Изд. 2-е – Ростов н/Д : Феникс, 2007. – 314 с. : ил. – (Высшее образование).

2. Газарян, обслуживание автомобилей [Текст] / . – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Третий Рим, 2000. – 272 с.

3.ГОСТ Система технического обслуживания и ремонта техники. [Текст]. – Введ. . – М. : Изд. - во стандартов, 1978. – 21 с.

4. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта [Текст] / М-во автомоб. трансп. РСФСР. – М. : Транспорт, 1988. – 78 с.

ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ

, ст преподаватель филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, , студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме

Стратегическими национальными приоритетами Российской Федерации, изложенными в утвержденных 30 марта 2002 г. Президентом Российской Федерации «Основах политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», являются: повышение качества жизни населения, достижение экономического роста, развитие фундаментальной науки, образования и культуры, обеспечение обороны и безопасности страны.

Одним из реальных направлений достижения этих целей может стать ускоренное развитие нанотехнологий на основе накопленного научно-технического задела в этой области и внедрение их в технологический комплекс России.

Развитие направлений науки, техники и технологий, связанных с созданием, исследованиями и использованием объектов с наноразмерными элементами, уже в ближайшие годы приведет к кардинальным изменениям во многих сферах человеческой деятельности - в том числе и в машиностроении.

Новейшие нанотехнологий наряду с компьютерно-информационными технологиями и биотехнологиями являются фундаментом научно-технической революции в XXI веке, сравнимым и даже превосходящим по своим масштабам с преобразованиями в технике и обществе, вызванными крупнейшими научными открытиями XX века.

В развитых странах осознание ключевой роли, которую уже в недалеком будущем будут играть результаты работ по нанотехнологиям, привело к разработке широкомасштабных программ по их развитию на основе государственной поддержки.

Так, в 2000 г. в США принята приоритетная долгосрочная комплексная программа, названная Национальной нанотехнологической инициативой и рассматриваемая как эффективный инструмент, способный обеспечить лидерство США в первой половине текущего столетия. К настоящему времени бюджетное финансирование этой программы увеличилось по сравнению с 2000 г. в 2,5 раза и достигло в 2003 г. 710,9 млн долл., а на четыре года, начиная с 2005 г., планируется выделить еще 3,7 млрд долл. Аналогичные программы приняты Европейским союзом, Японией, Китаем, Бразилией и рядом других стран.

В России работы по разработке нанотехнологий начаты еще 50 лет назад, но слабо финансируются и ведутся только в рамках отраслевых программ. К настоящему времени назрела необходимость формирования программы общефедерального масштаба с учетом признания важной роли нанотехнологий на самом высоком государственном уровне.

Нанотехнологии могут стать мощным инструментом интеграции технологического комплекса России в международный рынок высоких технологий, надежного обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции.

Разработка и успешное освоение новых технологических возможностей потребует координации деятельности на государственном уровне всех участников нанотехнологических проектов, их всестороннего обеспечения (правового, ресурсного, финансово-экономического, кадрового), активной государственной поддержки отечественной продукции на внутреннем и внешнем рынках.

Формирование и реализация активной государственной политики в области нанотехнологий позволит с высокой эффективностью использовать интеллектуальный и научно-технический потенциал страны в интересах развития науки, производства, здравоохранения, экологии, образования и обеспечения национальной безопасности России.

Использование возможностей нанотехнологий может уже в недалекой перспективе принести значительный экономический эффект в машиностроении:

увеличение ресурса режущих и обрабатывающих инструментов с помощью специальных покрытий и эмульсий;

широкое внедрение нанотехнологических разработок в модернизацию парка высокоточных и прецизионных станков;

созданные с использованием нанотехнологий методы измерений и позиционирования обеспечат адаптивное управление режущим инструментом на основе оптических измерений обрабатываемой поверхности детали и обрабатывающей поверхности инструмента непосредственно в ходе технологического процесса. Например, эти решения позволят снизить погрешность обработки с 40 мкм до сотен нанометров при стоимости такого отечественного станка около 12 тыс. долл. И затратах на модернизацию не более 3 тыс. долл. Равные по точности серийные зарубежные станки стоят не менее 300-500 тыс. долл. При этом в модернизации нуждаются не менее 1 млн активно используемых металлорежущих станков из примерно 2,5 млн станков, находящихся на балансе российских предприятий;

в двигателестроении и автомобильной промышленности _ за счет применения наноматериалов, более точной обработки и восстановления поверхностей можно добиться значительного (до 1,5-4 раз) увеличения ресурса работы автотранспорта, а также снижения втрое эксплуатационных затрат (в том числе расхода топлива), улучшения совокупности технических показателей (снижение шума, вредных выбросов), что позволяет успешнее конкурировать как на внутреннем, так и на внешнем рынках;

в электронном и электротехническом машиностроении _ расширение возможностей радиолокационных систем за счет применения фазированных антенных решеток с малошумящими СВЧ-транзисторами на основе наноструктур и волоконно-оптических линий связи с повышенной пропускной способностью с использованием фотоприемников и инжекционных лазеров на структурах с квантовыми точками; совершенствование тепловизионных обзорно-прицельных систем на основе использования матричных фотоприемных устройств, изготовленных на базе нанотехнологий и отличающихся высоким температурным разрешением; создание мощных экономичных инжекционных лазеров на основе наноструктур для накачки твердотельных лазеров, используемых в фемтосекундных системах;

в энергетическом машиностроении _ наноматериалы используются для совершенствования технологии создания топливных и конструкционных элементов, повышения эффективности существующего оборудования и развития альтернативной энергетики (адсорбция и хранение водорода на основе углеродных наноструктур, увеличение в несколько раз эффективности солнечных батарей на основе процессов накопления и энергопереноса в неорганических и органических материалах с нанослоевой и кластерно-фрактальной структурой, разработка электродов с развитой поверхностью для водородной энергетики на основе трековых мембран). Кроме того, наноматериалы применяются в тепловыделяющих и нейтронопоглощающих элементах ядерных реакторов; с помощью нанодатчиков обеспечивается охрана окружающей среды при хранении и переработке отработавшего ядерного топлива и мониторинга всех технологических процедур для управления качеством сборки и эксплуатации ядерных систем; нанофильтры используются для разделения сред в производстве и переработке ядерного топлива.

Анализ мирового опыта формирования национальных и региональных программ по новым научно-техническим направлениям свидетельствует о необходимости выявления некоторых ключевых проблем в области разработки наноматериалов и нанотехнологий.

Первая проблема _ формирование круга наиболее перспективных их потребителей, которые могут обеспечить максимальную эффективность применения современных достижений. Необходимо выявить, а затем и сформировать потребности общества в развитии нанотехнологий и наноматериалов, способных существенно повлиять на экономику, технику, производство, здравоохранение, экологию, образование, оборону и безопасность государства.

Вторая проблема _ повышение эффективности применения наноматериалов и нанотехнологий. На начальном этапе стоимость наноматериалов будет выше, чем обычных материалов, но более высокая эффективность их применения будет давать прибыль. Поэтому необходимо среднесрочное и долгосрочное финансирование НИОКР по наноматериалам и нанотехнологиям с выбором способов реализации программы, включая масштабы и источники финансирования. Государство заинтересовано в быстрейшем развитии перспективного направления, поэтому оно должно взять на себя основные расходы на проведение фундаментальных и прикладных исследований, формирование инноваций.

Третья проблема _ собственно разработка новых промышленных технологий получения наноматериалов, которые позволят России сохранить некоторые приоритеты в науке и производстве.

Четвертая проблема _ обеспечение перехода от микротехнологий к нанотехнологиям и доведение разработок нанотехнологий до промышленного производства, особенно в области электроники и информатики.

Пятая проблема _ широкомасштабное развитие фундаментальных исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием нанотехнологий.

Шестая проблема _ создание исследовательской инфраструктуры, включая:

-  организацию центров коллективного пользования уникальным технологическим и диагностическим оборудованием;

-  современное приборное оснащение научных и производственных организаций инструментами и приборами для проведения работ в области нанотехнологий;

-  обеспечение доступа научно-технического персонала к синхротронным и нейтронным источникам (как российским, так и зарубежным), к сверхпроизводительным вычислительным комплексам;

-  разработку специальной метрологии и государственных стандартов в области нанотехнологий;

-  развитие физических и аппаратурно-методических основ адекватной диагностики наноматериалов на базе электронной микроскопии высокого разрешения, сканирующей электронной и туннельной микроскопии, поверхностно-чувствительных рентгеновских методик с использованием синхротронного излучения, электронной микроскопии для химического анализа, электронной спектроскопии, фотоэлектронной спектроскопии.

Седьмая проблема _ создание финансово-экономического механизма формирования оборотных средств у институтов и предприятий-разработчиков наноматериалов и нанотехнологий, а также развитие инфраструктуры, обеспечивающей поддержку инновационной деятельности в этой сфере на всех ее стадиях _ от выполнения научно-технических разработок до реализации высокотехнологической продукции.

Восьмая проблема _ привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического комплекса Российской Федерации.

Для выработки и практической реализации необходимых и достаточных мер в области создания и развития нанотехнологий должна быть сформирована государственная политика, которая, в свою очередь, должна рассматриваться как часть государственной научно-технической политики, определяющей цели, задачи, направления, механизмы и формы деятельности органов государственной власти Российской Федерации по поддержке научно-технических разработок и использованию их результатов.

К таким мерам прежде всего необходимо отнести:

-  разработку и реализацию материально-технического обеспечения работ в области нанотехнологий с максимальным учетом возможностей кооперации в использовании уникального сверхдорогостоящего научного и экспериментально-исследовательского оборудования;

-  подготовку, повышение квалификации, привлечение и закрепление кадров (прежде всего молодых специалистов) в области нанотехнологий для их использования в научной и промышленной сферах;

-  изучение рынка наукоемкой продукции в части нанотехнологий с использованием методов прогнозирования и технико-экономической оценки;

-  анализ современного состояния научно-исследовательских работ фундаментального и прикладного профиля в соответствии с общими отечественными и мировыми тенденциями в развитии данного направления, а также результативности законченных исследовании и их дальнейшей перспективности;

-  определение приоритетных ориентированных направлений в области нанотехнологий, результаты которых могут быть использованы в ближайшее время, среднесрочной и дальней перспективе, а также в фундаментальных и поисковых исследованиях;

-  разработку и использование системы координации и кооперации проводимых исследований в области нанотехнологий;

-  создание и использование экспертных систем и баз данных как информационного возобновляемого ресурса в области последних достижений, связанных с разработкой и применением нанотехнологий в стране и за рубежом;

-  отработку систем взаимодействия государства с предпринимательским сектором экономики в целях формирования рынка нанотехнологий, привлечения внебюджетных средств для проведения исследований и организации соответствующих производств; разработку мер по активизации участия бюджетных и внебюджетных фондов и частных инвесторов на всех стадиях разработки и освоения нанотехнологий;

-  разработку системы мер по организации эффективного взаимовыгодного международного сотрудничества в области исследований и практического использования нанотехнологий.

Работы в области развития нанотехнологий могут быть организованы по следующей схеме:

на первом этапе (начиная с 2005 г.) включить в состав федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на годы специальный раздел по развитию работ, связанных с созданием и использованием нанотехнологий, сконцентрировав в нем интеллектуальные, финансовые и материально-технические ресурсы в данной области;

на втором этапе, учитывая масштабность задач по развитию фундаментальных исследований, прикладных технологических работ и созданию инновационной инфрастрактуры, разработать самостоятельную программу федерального уровня (на гг.), учитывающей программы, реализуемые федеральными органами исполнительной власти, субъектами РФ и отдельными организациями различных форм собственности с условным названием «Нанотехнологий».

Программа должна включать фундаментальные исследования, прикладные исследования и разработки, внедрение и организацию производства, а также вопросы, связанные с подготовкой и привлечением высококвалифицированных кадров. Подготовка и согласование элементов данной программы могла бы быть начата уже в 2004 г. со сроком представления окончательного варианта в 2005 г.

Предлагаемый порядок организации и исполнения работ обусловлен тем, что на сегодняшний день развитие нанотехнологий как научно-технического направления во многом еще находится на стадии поиска и даже осознания возможных путей его реализации как в чисто научном плане, так и в достижении потенциально значимых практических результатов и поэтому требует активного участия государства с использованием всех возможных форм и методов государственного управления и поддержки.

Итогом реализации национальной программы должно стать перевооружение ведущих отраслей промышленности на основе широкого внедрения нанотехнологий.

Для разработки и практической реализации перечисленных и иных мер, обеспечения координации органов государственной власти в решении проблем, связанных с развитием отечественной науки и экономики, необходимо создание Межведомственного Совета по нанотехнологиям. В состав Совета и его секций должны входить ученые и специалисты Российской академии наук, высшей школы и промышленности, федеральных органов исполнительной власти, субъектов Российской Федерации и представителей деловых кругов.

Автомобильная промышленность Германии, являющаяся одной из наиболее важных отраслей производства, уже сейчас серьезно заинтересована в НТ и активно изучает возможности внедрения новых материалов и технологий, особенно в связи с экологией, безопасностью движения и обеспечением комфорта. НТ в автомобилестроении может быть связана с решением множества проблем и технических задач, относящихся к ходовой части, весу конструкции и динамике движения, кондиционированию и снижению выхлопа вредных веществ, уменьшению износа, возможностям вторичной переработки и т. п. Кроме этого, НТ имеют непосредственное отношение к развитию связанных с автомобилестроением информационных систем (например, контроль обстановки на дорогах, коммуникации и т. п.).

Очень большие перспективы коммерческого производства имеет внедрение прозрачных многослойных наноматериалов. В частности, наносимые на стекло металлические покрытия толщиной в несколько нанометров могут одновременно отражать инфракрасное излучение и придавать стеклу дополнительную термостойкость.

Для затемненных внутренних стекол в автомобилях можно даже использовать так называемые электрохромные составы, которые автоматически настраиваются на соответствующую интенсивность света, а также способствуют уменьшению отражения в циферблатах приборов, что очень трудно осуществить обычными методами.

Водоотталкивающие и противоударные покрытия могут наноситься на множество деталей, включая «дворники» и т. п.

Еще один очень интересный пример связан с применением микроскопических частиц углерода. В начале 20 века было случайно обнаружено, что введение микрочастиц сажи в каучук приводит к очевидному улучшению качества автомобильных шин. Эффект связан с тем, что частицы сажи «склеивают» каучук и делают шины прочнее, обеспечивая их повышенную износостойкость. Сегодня уже предпринимаются целенаправленные попытки увеличения поверхности частиц сажи и уменьшения их возможного слипания, что позволяет снизить процессы рассеивания (диссипации) энергии в шинах и приводит в целом к повышению их характеристик и снижению расхода горючего в среднем на 4%.

Соответствующая оптимизация сопротивления воздуха, веса автомобиля и приводного устройства привела бы к снижению потребления горючего на 6%, 15% и 28%, в результате чего можно было бы уменьшить выбросы двуокиси углерода. Намеченное Евросоюзом снижение норм выброса угарного газа и частиц (программа Евро-5) к 2008 году может быть достигнуто только путем значительного понижения потребления горючего, для чего настоятельно требуется поиск альтернативных источников питания. Например, в качестве автомобильного топлива очень перспективен экологически почти безопасный метанол, и НТ может сыграть важную роль в производстве новых методик впрыскивания горючего, реформинге топлива, аккумуляции водорода, объединении клеточных электродов и мембран для обмена протонов при сгорании топлива и т. п.

Более конкретно, можно отметить, что эффективное использование метанола (и многих других видов топлива) требует обеспечения измельчения жидкого горючего и его микродисперсной пульверизации по заданным поверхностям, для чего весьма перспективными представляются матрицы из нанофорсунок. Подобные «нанореактивные» двигатели можно производить, создавая микроскопические (и даже субмикроскопические) каналы в материалах типа кремния или его соединений. Аналогичные наноканалы могут применяться в перспективных технологиях получения водорода из твердых видов топлива, для чего внутренняя поверхность каналов может дополнительно покрываться слоем каталитического материала типа платины.

Нанопористые материалы могут применяться и для разложения многих соединений (например, воды на водород и кислород) при использовании мембран с очень развитой поверхностью. Кроме того, микропористые вещества с большой и активной поверхностью, очевидно, представляют собой прекрасную основу для создания новых типов фильтров, механически задерживающих требуемые типы частиц.

В будущем развитие энергетики, возможно, будет связано с массовой заменой твердых видов топлива и горючих веществ на водород, который необходимо будет аккумулировать в специально создаваемых устройствах, и именно в этом наноматериалы (например, сложные фуллерены) могут оказаться исключительно полезными. Уже сейчас эксперты планируют создание емкостей-хранилищ водорода на основе фуллеренов с 10% эффективностью.

Наноструктурные материалы позволяют изготавливать легкие и одновременно достаточно прочные конструкции для некоторых деталей массового производства. Например, конструкторы автомобилей много лет создают покрытия из стекла, которые были бы прочными, но которые можно было бы быстро разбить при необходимости (аварии, кражи и т. п.). Инновационный заменитель стекла можно создать на основе поликарбоната (ПК), то есть искусственного материала, из которого делают известные всем диски CD и DVD. Это «умное» устройство (изогнутое сложным образом в некоторых частях кузова, сзади и сбоку) можно изготовить из ПК таким образом, чтобы его нельзя было никак заменить стеклянным аналогом. Для этого к поликарбонату следует просто примешать различные отбеливающие пигменты (в виде наночастиц), которые, с одной стороны, остаются прозрачными, а с другой, — защищают стекло от разрушающего воздействия ультрафиолетового излучения. Повышенная прочность к механическим повреждениям в этом случае достигается использованием нанолаков на основе полиоксанов.

Перспективы нанотехнологии в автомобильной промышленности сейчас во многом связываются с использованием наноструктурных (нанофазных) металлических материалов, обладающих огромной прочностью и другими высокими механическими характеристиками, а также с производством новейших типов металлокерамики. Разрабатывается большое число лаков на основе наносистем, обладающих не только высокой прочностью, но и даже способностью к «самозалечиванию» поверхности. Кроме того, изучаются возможности армирования керамических материалов наночастицами, а также развития новых методик создания стеклокерамики. При этом во многих случаях исследователи уже планируют осуществлять автономную или местную «регенерацию» вещества на основе наполненного наночастицами искусственного материала, а также придавать описанный выше эффект самоочищения «лотоса» всем используемым лакам и стеклам.

В лабораторных условиях уже изучаются сложные пигментные структуры, цвет которых может целенаправленно изменяться под воздействием прилагаемого электрического напряжения, что имеет огромные перспективы для оформления интерьера автомобилей. Упоминавшиеся выше ферромагнитные жидкости (взвеси магнитных частиц, феррофлюиды) также могут найти широкое применение в автомобильной промышленности. Такие вещества, меняющие вязкость в зависимости от прилагаемого извне магнитного поля, являются исключительно важными для создания «умных» амортизаторов в автомашинах следующих поколений, и уже созданы опытные образцы устройств такого типа.

Rinspeed sQuba

У швейцарской компании Rinspeed уже есть опыт разработки рабочих прототипов автомобилей-амфибий. Нашумевшая модель Splash на подводных крыльях установила мировой рекорд, переплыв Ла-Манш за 3 часа 13 минут 47 секунд.

Rinspeed sQuba не тонет. Автоподлодка от швейцарской тюнинговой компании Rinspeed

Насмотревшись фильмов про Джеймса Бонда, швейцарцы воодушевленно стали разрабатывать… «подводный» автомобиль. Опыт удался - концепт Rinspeed sQuba был представлен на Женевском автосалоне.

Автомобиль-подлодка, элементы которого выполнены на основе углеродных нанотрубок, а салон инкрустирован обыкновенными жемчугом и бриллиантами

Концепт представляет собой первый в мире двухместный родстер, способный передвигаться под водой. Движение осуществляется за счет двух водоструйных двигателей, расположенных в «кормовой части». Для удобства водителя и пассажира, которые с головой окунутся в воду (верх автомобиля — открытый), предусмотрено специальное устройство для дыхания, похожее на кислородную маску акваланга.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Балабанов, . Наука будущего. /. - М.: Эксмо, 20с.

2. Рыбалкина, М. Нанотехнологии для всех. /М. Рыбалкина. - М.: Nanotechnology News Network, 20с.

3. http://revolution. *****/manufacture/_1.html Нанотехнологии в машиностроении России.

4. http://**/program/section/102/ Нанотехнологии в машиностроении Германии.

5. http://www. *****/articles/427.html Нанотехнологии в машиностроении.

ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ – ПЕРСПЕКТИВНАЯ ОСНОВА РАЗВИТИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

, доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н, доцент, , аспирант НИЦ «Курчатовский институт»

В последнее время большое внимание уделяется развитию нанотехнологий. Одними из направлений развития этой отрасли является создание наноструктуированных покрытий и наноструктурированных приповерхностных слоев деталей. Которые определяют работоспособность отдельных агрегатов изделий (лопатки энергоустановок, элементы погружных насосов нефтедобывающих систем, лопатки компрессоров нефтеперекачивающих станций, сопла ракетных двигателей, детали машин с элементами пар трения: поршень-цилиндр, высокоскоростные подшипники).

Такие детали применяются в современных отраслях промышленности (авиация, космонавтика, автомобилестоение, энергетика) и для получения поверхности с требуемыми параметрами необходимо применение новых методов. Одним из таких методов является ионная имплантация элементов в приповерхностные слои, так как она модифицирует его на глубину 10-100 нм.

Ионной имплантацией называется процесс внедрения в мишень ионизованных атомов с энергией, достаточной для проникновения в ее приповерхностные области. Успешное применение ионной имплантации определяется главным образом возможностью предсказания и управления электрическими и механическими свойствами формируемых элементов при заданных условиях имплантирования [1]. Целенаправленно, выбирая атомы легирующей примеси и режимы облучения с помощи ионной имплантации можно обеспечить широкую гамму полезных свойств поверхностных слоев материала. Таким образом удается достичь высокой прочности поверхностного и подповерхностного слоя, создать слой, выполняющий роль твердой смазки, повысить или понизить химическую активность поверхности, изменить концентрацию и пространственное распределение дислокаций и иных дефектов структуры, обеспечить формирование мелкодисперсных высокопрочных выделений. По сравнению с традиционными методами химико-термической обработки, ионная имплантация позволяет в десятки раз сократить время и резко понизить температуру обработки, производить селективную обработку отдельных участков детали. Существенным преимуществом метода является отсутствие проблем адгезии между модифицированным слоем и объемом материала, характерных для способов нанесения различного рода покрытий. Ионная имплантация практически не изменяет размер деталей и ее можно выполнять после их чистовой обработки. К недостаткам метода можно отнести малую толщину модифицированного слоя и пока еще высокую стоимость оборудования. Эффекты воздействия ионной имплантации на свойства поверхности материалов изучается исследовательскими группам разных стран уже на протяжении многих лет. Установлено, что изменение таких свойств металлов, как коррозионная стойкость, твердость, износ, усталостные характеристики при внедрении ионов ряда металлов (олово, молибдена, свинца, титана) и металлоидов (азота, углерода, бора и фосфора) [2].

В последнее время наблюдалась высокая активность в области исследования и развития ионных источников, которая сочеталась с расширением области их применения. Например, такие, как физика ускорителей частиц, ионная имплантация, исследования в области управляемого термоядерного синтеза в значительной степени содействовали развитию науки об ионных источниках.

Быстрый рост мощности компьютеров позволил использовать вычислительные методы для расчета траекторий ионов с момента их выхода из плазменной области и при дальнейшем прохождении через систему формирования и ускорения и далее через ионно-оптическую систему. Большое достижение - разработка компьютерных программ, моделирующих пучок в трехмерной геометрии с учетом эффектов, обусловленных объемным зарядом.

Класс высоковольтных газовых ионных источников очень широк. Существует много сходного в конструкциях, а также в проблемах связанных с этим семейством высоковольтных источников. По большей части они имеют одинаковые области применения и по тому должны удовлетворять аналогичным экспериментальным требованиям и ограничениям [2].

Чтобы получить требуемые характеристики ионных источников, используют плазму, создаваемую СВЧ излучением. Существуют два различных параметрических режима. В одном из них взаимодействие СВЧ излучения с плазмой происходит на электронной циклотронной частоте при низком давлении газа и в плазме, по существу, нет столкновений. Во втором режиме взаимодействие не зависит от резонанса с магнитным полем, давление газа выше и в плазме происходят столкновения. В соответствии с условиями генерации плазмы параметры ионных пучков, полученных от источников, создающих плазму этих двух типов, также существенно различаются. В источниках первого типа зарядовые состояния полученных ионов чрезвычайно высоки, тогда как плотность ионного тока, как правило, мала. В источниках второго типа ток ионного пучка выше, чем в источниках с переменным полем, но ионы в основном однозарядные. СВЧ ионные источники используются для безнакальной генерации сильноточных ионных пучков для высокодозной имплантации полупроводников [2].

Рекорд по получению многозарядных ионов из ионного источника (т. е. без учета ионов, которые ускоряются до очень высоких энергий и затем обдираются при прохождении через фольгу) легко удерживается ионным источником с электронным пучком. В этом источнике ионы в условиях глубокого вакуума удерживаются внутри высокоэнергетичного электронного пучка в сильном магнитном поле достаточно продолжительное время, что дает возможность получать ионы с высокими зарядовыми состояниями.

Пучково-плазменный ионный источник — относительно новый тип источника, в котором ионизация происходит в результате взаимодействия инжектируемого электронного пучка высокой интенсивности с фоновой плазмой. Возникает пучково-плазменная неустойчивость, и энергия пучка эффективно передается плазме. Другая новая особенность этого типа ионного источника состоит в том, что плотность тока извлеченных ионов может существенно превышать классический предел Чайлда-Ленгмюра.

Лазерным ионным источникам, высокоэнергетичные пучки которых могут быть доставлены к твердым мишеням с помощью легкодоступных сверхмощных импульсных лазеров, могут использоваться как средство получения плотных сгустков плазмы с высокой долей многозарядных ионов. Для формирования ионного пучка из плазмы, генерируемой лазерным импульсом, может применяться соответствующая извлекающая система, завершающая основную конструкцию лазерного ионного источника. Источники такого типа находятся на относительно ранней стадии развития и имеют перспективы в качестве инжекторов для синхротронов на тяжелых ионах.

Жидкометаллические ионные источники уникальны в своей способности генерировать острофокусные ионные пучки. Эти пучки формируются посредством полевой эмиссии ионов из тонкого острия (иглы), на которое натекает пленка жидкого металла. Пучок является очень слаботочным, но плотность тока в фокусе может быть чрезвычайно высокой из-за субмикронных размеров пятна. Этот тип источников используется в ионно-лучевой литографии и в ионной микроскопии.

В ионном источнике, принцип действия которого основан на явлении испарения металла под действием дугового разряда в вакууме, плазма создается около катодных пятен, формирующихся на поверхности твердого металлического катода под действием дугового разряда, инициированного в условиях глубокого вакуума. Плазменные сгустки отстреливаются от катода подобно плазме, генерируемой лазером, и интенсивный пучок металлических ионов может быть сформирован из этих плазменных сгустков. Были получены сверхсильноточные ионные пучки фактически всех твердых металлов. Этот тип источников используется в инжекторах ускорителей частиц и для ионной имплантации широким пучком.

Источники отрицательных ионов применяются как инжекторы для ускорителей частиц и генераторы высокоэнергетичных нейтральных пучков для нагрева термоядерной плазмы. Методы получения положительных и отрицательных ионов совершенно различны. Совершенствование источников этого типа дает постоянный и впечатляющий рост тока пучка.

Ионную имплантацию применяют для обработки многих типов промышленных изделий и инструмента. Особенно значительное повышение долговечности достигнуто для подшипников гироскопических навигационных систем, пробойников, пуансонов, пресс-форм и других высокоизнашиваемых компонент. Одна из перспективных областей применения ионного легирования в машиностроении – повышение стойкости режущего инструмента для обработки металлов давлением. Производственные испытания показали возрастание изностойкости в 2-3 раза. Аналогичные работы по упрочнению ножей для резки рулонов бумаги, синтетического каучука, штампов, вытяжек привели к увеличению их срока службы в 2-12 раз, а ортопедических элементов протезов бедра и колена до 400 раз. Эффективными являются ионное легирование высадного инструмента: штампов для выдавливания, ковочных и формовочных штампов, пуансонов прессового инструмента, инструментов для инжекционного прессования пластмасс. Обработка выходной части фильер для волочения медной и стальной проволоки увеличивает срок их службы в 5-100 раз [3].

БИБЛИОГРАФИЯ

1.  Я. Браун. «Физика и технология ионных источников». – М.: Мир, 1998. – 429 с.

2.  . Ионная имплантация в металлы. – М.: Металлургия, 19с.

3.  . Интенсивные ионные пучки. – М.: Мир, 1991. – 358 с.

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ ПЛОТНЫЙ ГРАФИТ НА ОСНОВЕ КАМЕННОУГОЛЬНОГО ПЕКА

, доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н, доцент, , аспирант НИЦ «Курчатовский институт»

Технология производства мелкозернистого прочного графита включает следующие основные технологические операции:

- получение тонкодисперсного пресспорошка путем совместного измельчения нефтяного кокса и высокотемпературного каменноугольного пека;

- прессование заготовок различного типоразмера;

- обжиг и графитация заготовок при температуре 2400 – 2800 оС.

В качестве сырья использовались специальный пиролизный кокс марки КНПС-СМ и высокотемпературный пек. Объемная усадка заготовок, сформованных из тонкодисперсного порошка на основе «непрокаленного кокса» при термообработке достигает 50% при потере массы не более 15%. Это давало возможность за счет эффекта «самоуплотнения» получить графит однородной мелкозернистой структуры с высоким уровнем физико-механических характеристик.

Благодаря этому, графит нашел широкое применение в различных отраслях техники для изготовления ответственной технологической оснастки, а также в качестве электрод-инстумента при финишной электроэрозионной обработке металлов.

Мелкозернистый плотный графит, имеющий высокую эрозионную стойкость в продуктах сгорания твердого топлива и после проведения испытаний, был заложен в конструкторскую документацию на ряд серийных изделий специального назначения.

С целью удовлетворения растущих потребностей в качественном графите был создан специализированный участок в г. Вязьма.

Кокс, отвечающий требованиям технологии указанного графита, должен иметь:

- низкую температуру получения (менее 600 оС) для обеспечения высокой объемной усадки заготовок;

- микроструктуру, аналогичную таковой для кокса марки КНПС-СМ;

- истинную плотность после прокалки при 1300 оС 2,04 ÷ 2.06 г/см3;

- содержание серы ниже 0,4% массы.

Анализ сырьевой базы показал, что отечественные нефтяные и пековые коксы не отвечают перечисленным выше требованиям [1,2,3]. Создание на действующих предприятиях нефте - и коксохимической промышленности мощностей по производству специального кокса в условиях сложившихся производственных отношений оказалось нерентабельным из-за относительно малой потребности в данных марках графита; но это было реализовано на специализированном участке в г. Вязьма.

С этой целью были проведены предварительные исследования, которые показали возможность использования высокотемпературного каменноугольного пека коксохимического производства (г. Череповец). В требуемых объемах он не является дефицитным сырьем. Структура и свойства пекового кокса зависят от [4,5]:

- состава каменноугольного пека;

- условий его термообработки (скорости нагрева, продолжительномти выдержки в различных температурных интервалах, конечной температуры, состава газовой фазы, давления и других факторов). В реальных условиях производства на это накладывается массо - и теплообмен в рабочем пространстве печного агрегата.

Состав пека определяет температуру его размягчения (tро, оС) и выход «летучих» веществ.

С учетом выше изложенного нами были использованы:

- пек (tро=оС);

- пек с tро=180 оС.

Для получения пекового кокса на первом этапе использовалась специальная электропечь с выкатным подом. Дробленый пек загружался в контейнеры; 6 контейнеров помещались в один общий контейнер. Температура контролировалась в 6-ти точках рабочего пространства печи. Автоматическая система регулирования позволяла вести заданный режим по контрольной термопаре, установленной в центре рабочего пространства.

Отработка технологии проводилась по следующей методике:

- в контейнер загружался пек в количестве, необходимом для проведения одного цикла работы вибропомольной установки и проводилось его коксование по заданному режиму;

- от каждого контейнера с коксом отбиралась представительная проба для определения истинной плотности, содержания «летучих веществ», и с учетом результатов контроля задавалось количество пека при дозировке;

- полученный после вибропомола пресспорошок контролировался по дисперсности, содержанию «летучих веществ»; его технологическая пригодность определялась по специальной методике. Сущность методики – ускоренная термообработка малогабаритных лабораторных образцов с анализом полученных результатов по ряду показателей, установленных опытным путем;

- один цикл работы вибропомольной установки обеспечивал формование, как правило 4 ÷ 5-ти заготовок стандартного размера (т. н. «технологическая партия»). Заготовки «технологической партии» проходили обжиг в одной камере и графитацию также в одной кампании (по возможности в идентичных условиях).

Как минимум от одной заготовки отбиралась проба для определения физико-механических характеристик материала.

Заготовки «технологической партии» были идентичны по гран-составу пресспорошка, соотношению наполнитель - связующее, истинной плотности кокса, свойствам пека и др. Следовательно, дисперсия определяемых физико-механических характеристик внутри «технологической партии» обусловлена в основном обжигом и конечной температурой нагрева при графитации. Такая методика отвечала решению поставленной задаче – отработке технологии на новом виде сырья в производственных условиях.

Отработка технологии проводилась на заготовках стандартных размеров. Объем отработки - 50 «технологической партий». Обжиг и графитация обеспечили практически 100% выход заготовок без термических трещин. Был получен и отработан большой объем технологической информации в соответствии с принятой схемой контроля. Сопоставление данных, показывает, что плотность, измеренная по техническим условиям на образцах в среднем на 0,07 г/см3 выше плотности заготовок. Это связано как с технологическими факторами, так и с ошибкой при определении плотности по геометрическим размерам и массе заготовки.

Повышение конечной температуры при графитации с менее 2500 оС до 2800 оС приводит к снижению удельного электрического сопротивления до ~ 12 мкОм·м, зольности до ~ 0,1 % масс и содержания серы до ~ 0,005 % масс. Истинная плотность возрастает с 2,18 ÷ 2,19 до не менее 2,20 г/см3 .

Анализ полученных результатов проводился на основе метода, разработанного применительно к высокоусадочным коксо-пековым композициям. Его сущность сводится к установлению связи между изменениями ряда параметров на микро - и макроуровнях рассматриваемой системы при обжиге и графитации.

На основании полученных экспериментальных данных сопоставлено изменение истинной и кажущееся плотности (контролируемая заготовка определенной «технологической партии»)

По своим физико-механическим характеристикам графит, на основе высокотемпературного пекового кокса, соответствует требованиям ТУ как на высший, так и 1-й сорта. Графит, отвечающий требованиям ТУ по физико-механическим характеристикам прошел успешные испытания на ряде предприятий для изготовления изделий специального назначения.

На специальный пековый кокс на основе высокотемпературный пековый кокс разработаны новые технические условия. Они в узких пределах регламентируют истинную плотность исходного кокса 1,44 ÷ 1,48 г/см3 и после его прокалки при 130оС 2,04 ÷ 2,08 г/см3 .

Таким образом, в результате проведенных работ на производственной базе специализированного участка в г. Вязьма разработана технология и освоен выпуск мелкозернистого плотного графита на основе использования недефицитного отечественного сырья (взамен использовавшегося ранее специального нефтяного кокса марки КНПС).

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Селезнев сырье для электродной промышленности. М. Профиздат.: 2000, -256 с.

2. , , Кулаков пекового кокса. Харьков, Металлургиздат, 1961, - 311 с.

3. , Степаненко пек. – М.: Металлургия, 1986, 272 с.

4. Фиалков . Межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект Пресс, 1997. – 717.

5. Производство углеродной продукции. Выпуск IV. Сборник трудов под ред. . . Менеджмент», М..2006.

ПРИМЕНЕНИЯ СИЛИЦИРОВАННОГО ГРАФИТА В МАШИНОСТРОЕНИИ

, доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н, доцент, , аспирант НИЦ «Курчатовский институт»

  Проблема обеспечения высокой износостойкости в парах трения остается важнейшей в современном машиностроении. Статистика свидетельствует, что до 80% отказов в машинных системах связано с износовыми отказами. В этой связи представляют интерес материалы – силицированные графиты, обладающие исключительно высокими эксплуатационными свойствами.

Силицированные графиты представляют собой графитокарбидо-кремнистые материалы, полученные пропиткой пористого графита расплавленным кремнием. В процессе пропитки в результате взаимодействия с углеродом образуется карбид кремния, при этом часть кремния и графита остаются не связанными углеродом. Таким образом, силицированный графит состоит из карбида кремния, графита и кремния. Соотношение компонентов может меняться в зависимости от количества пор и их размеров в исходном графите, от продолжительности пропитки кремнием и режима изменения температуры. Структура этих материалов представляет собой жесткий каркас из карбида кремния исключительно высокой твердости и свободный графит, что и обеспечивает комплекс ценных физико-механических свойств. Их механические свойства определяются прежде всего фазовым составом и особенностями микроструктуры. Наиболее высокими прочностными характеристиками обладают материалы высокой плотности и мелкодисперсного строения. Материалы пористые и многокомпонентные имеют более низкие характеристики за счет наличия в них пор, кремния и углерода. Изменяя фазовый состав и пористость материалов, можно в определенной степени регулировать их механические свойства.

Технология изготовления деталей из силицированного графита заключается в следующем. Заготовки для деталей заданной формы и размеров прессуют или получают обработкой резанием с учетом необходимых припусков, а затем заготовку пропитывают по всему объему жидким кремнием при высоких температурах – выше 2000°С. При этом происходит реакция с образованием карбида кремния. В дальнейшем необходимую форму, точность размеров и шероховатость рабочих поверхностей получают механической обработкой. Однако получение требуемой шероховатости затруднительно, так как имеют место налипание кремния, неглубокие раковины и другие дефекты. В ряде случаев эти факторы не влияют на работоспособность изделий. При наличии жестких требований обработку осуществляют на шлифовальных станках алмазо-содержащими кругами с обязательным охлаждением эмульсией или водой.

Проведем анализ свойств силицированных графитов. Плотность составляет от 2,1 до 2,8 г/см. Прочность зависит от фазового состава и плотности. Так, прочность на изгиб и сжатие снижается со снижением плотности и увеличением в изделии содержания малопрочных фаз – кремния и углерода – и наоборот. Прочность на растяжение возрастает с увеличением содержания карбидной фазы. Ударная вязкость является функцией из предела прочности при растяжении характеризуется невысокими значениями. Этот недостаток материала проявляется в основном при механической обработке. Упругость также зависит от плотности и наличия металлических примесей. С увеличением плотности и чистоты материалов растет и упругость силицированных графитов. Их термическое расширения зависит от размера зерен карбид кремния и количественного содержания несвязанных кремния и углерода. Коррозионная стойкость силицированныз графитов достаточно высокая к агрессивным средам, и прежде всего к минеральным кислотам различных концентраций и температур (материалы реагируют только с плавикового кислотой и раствором щелочи). Особое значение имеет тот факт, что в результате воздействия агрессивныл сред физико-механические свойств силицированных графитов изменяются незначительно. На основе этих испытаний осуществляют назначения материалов для узлов машин, работающих в агрессивных средах.

Важнейшими характеристикам силицированных графитов являются высокие антифрикционные свойства, в частности, низкий коэффициент трения. Это обусловлено наличием в материале графита, равномерно распределенного по всему объему изделия. Для силицированных графитов характерна высокая износостойкость. Так, при работе в агрессивных средах, не содержащих механических примесей, в паре с углепластиками, керамикой и закаленными сталями интенсивность изнашивания составляет 10-12 – 10-14, что в ряде случаев обеспечивает срок службы 10000 – 15000 час.

Традиционная технология силицирования графита не всегда, в достаточной степени, обеспечивает равномерное распределение кремния по всему объему заготовки, с этим и столкнулись авторы проекта при отработке технологии. Это привело к идее рассмотреть в качестве источника энергии -энергию СВЧ поля.

Первые эксперименты, проводимые для оценки возможного применения СВЧ мощности в специальных процессах, получения детальных знаний о свойствах материалов на различных частотах и на всех стадиях развития процесса позволяют сделать вывод о целесообразности применения энергии СВЧ поля в технологии получения силицированного графита

Представляется, что дальнейшим развитием этого направления может стать проведение силицирования в условиях вакуума. Это, несомненно, приведет к существенному снижению энергозатрат, а, следовательно, и себестоимости продукции при значительном повышении ее качества.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Селезнев сырье для электродной промышленности. М. Профиздат.: 2000, -256 с.

2. , , Кулаков пекового кокса. Харьков, Металлургиздат, 1961, - 311 с.

3. , Степаненко пек. – М.: Металлургия, 1986, 272 с.

4. Фиалков . Межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект Пресс, 1997. – 717.

5. Производство углеродной продукции. Выпуск IV. Сборник трудов под ред. . . Менеджмент», М..2006.

НАНОТЕХНОЛОГИИ: ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА

, доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н

Нанонаука, нанотехнология, наноматериалы – эти не очень привычные слова сегодня на слуху практически у всех, даже если кому-то не очень-то и понятно, о чем речь:

-  нанонаука - это знания на стыке естественных наук (физики, химии, биологии, технических, инженерных и прикладных наук) и основана на изучении, создании и модифицировании объектов, которые включают компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в результате получают принципиально новые качества. Эта отрасль знаний относительно молода и насчитывает не более столетия. Первым ученым, использовавшим измерения в нанометрах, принято считать Альберта Эйнштейна (Albert Einstein), который в 1905 году теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру (10~9м);

-  наноматериалы ‑ материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, обладающие качественно новыми уникальными свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками и получаемые с помощью нанотехнологий;

-  нанотехнология ‑ совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба;

-  наносистемная техника ‑ полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.

Самой очевидной представляется связь “нано” с физикой, химией и биологией. По-видимому, именно эти науки получат наибольший толчок к развитию в связи с приближающейся нанотехнической революцией. Нанотехнология основана на положении, высказанном одним из крупнейших физиков XX века, лауреатом Нобелевской премии, профессором Калифорнийского технологического института Ричардом Фейнмана ( Richard Phillips Feynman), о том, что возможно создание объектов, собирая их молекула за молекулой, а то и атом за атомом. В результате материальные объекты получают принципиально новые качества.

Очевидно, что наиболее актуальной становится задача разработки и создания инструментального (метрологического) оборудования для изучения атомного строения конструкционных материалов на наноуровне, а далее – и нанороботов: устройств, обеспечивающих использование «кирпичей», и конструирования, создания из них новых материалов и объектов прикладного назначения.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7