— 本期概况 —

本期择选4个来自莫斯科国立科技大学的人才需求

涵盖领域涉及纳米复合材料、石墨烯等领域

详见下方材料▼

◆机构信息◆

项目机构：莫斯科国立科技大学火花等离子烧结实验室

Лаборатория искрового плазменного спекания МГТУ "СТАНКИН"

机构简介：火花等离子体烧结实验室是2013年由俄罗斯联邦教育与科学部批准，由莫斯科国立科技大学设立的。如今，火花等离子体烧结实验室是国内通过火花等离子体烧结方法生产多功能材料和纳米复合材料的领先研究中心之一。实验室的主要任务是材料科学与高效材料加工技术的交叉学科研究。 

在研究过程中，火花等离子体烧结实验室的员工创建并引入了新的教育课程，为国防候选人和博士工作做准备，撰写专著、出版手册并在世界领先的科学期刊上发表文章。目前，实验室有19名科学家和工程师，涉及73个单位的独特研究设备，已完成8个大型研究项目，已发表60多篇论文，并已获得24项专利成果。

1

石墨烯火花等离子烧结强化纳米复合材料技术

项目信息

项目概况：

该项目主要研究了以下内容：

1. 通过火花等离子烧结获得含有石墨烯的陶瓷复合材料。

2. 对陶瓷复合材料的微结构进行研究。

3. 对陶瓷复合材料的机型特性进行研究。

4. 对陶瓷复合材料的摩擦特性进行研究。

得到的结论是：

1. 运用火花等离子烧结方法，可得到原始粉末材料（氧化铝、碳化硅和氧化石墨烯）制成的高密度（理论上 >98 %）石墨烯陶瓷复合材料。

2. 在 Al2O3-SiCw 陶瓷基体中，加入少量氧化石墨烯 (0,5 %)，可同时改善强度和抗裂性。

3. 含有 0,5 % 的氧化石墨烯陶瓷，可拥有 (904 ± 56 МПа) 的最高强度、抗裂性（10,6 ± 0,3 МПа м1 / 2）和硬度 (22 ± 0,8 ГПа)。

4. 除了提高机械性能外，含有 0,5.% 氧化石墨烯的 Al2O3-SiCw 复合材料，具有抗磨性。

5. 这种复合材料还具有低电阻特性，适用于电侵蚀加工。

项目前景：使用开发的原始混合固结粉末和优化火花等离子体烧结方案的原始方法获得的材料具有独特的物理机械性能，因此所得产物性能优异。所获得的纳米复合材料在以下领域得到了有效利用：金属加工（制造难以加工的钢和合金的切削工具）、采矿（用于凿岩的刀具）、军事装备（防弹背心以及坦克和直升机的防弹和防碎片保护）、光学系统（透明超硬陶瓷）、生物医学（生物相容性材料）、航空航天工业（喷嘴、模具、阀门、叶片等）。

所需资源描述

拟合作方式：

-制备粉末材料；

-粉末材料的成型和压实；

-烧结材料；

-材料和产品的热处理；

-研究材料的特性。

可提供的合作资源：经过科学训练的具有丰富经验的出色的研究团队；独特的现代化设备和必要的基础设施。

Разработка технологии искрового плазменного спекания армированных графеном нанокомпозитных материалов с улучшенным комплексом механических и эксплуатационных характеристик

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1.Получение графенсодержащих керамических композитов методом искрового плазменного спекания

2.Изучение микроструктуры керамических композитов

3.Исследование механических свойств керамических композитоав

4.Исследование трибологических свойств керамических композитов

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПРОЕКТА

1. Методом искрового плазменного спекания получены высокоплотные (>98 теор. %) графенсодержащие керамические композиты из исходных порошковых материалов (оксид алюминия, нановолокна карбида кремния и оксид графена) .

2. Результаты показали, что добавление малого количества оксида графена (0,5%) в керамическую матрицу Al2O3-SiCw одновременно улучшает прочность и трещиностойкость.

3.  Керамика содержащая 0,5% оксида графена, имеет самую высокую прочность (904 ± 56 МПа), трещиностойкость (10,6 ± 0,3 МПа м1 / 2) и твердость (22 ± 0,8 ГПа).

4. Кроме улучшения механических свойств композит, содержащий 0,5% оксида графена показал устойчивость к износу.

5.  Также данный композит обладает низким электрическим сопротивление, что делает его пригодным для электроэрозионной обработки .

2

通过火花等离子体烧结获得复杂的几何形状

项目信息

项目概况：本项目旨在使用混合火花等离子烧结方法，以可更换的多面切削刀片形式获得复杂几何形状的产品。选择陶瓷纳米复合材料Al2O3-SiCw作为起始材料。这种陶瓷已被证明是用来加工广泛销售的耐热镍基合金的工具，这些合金被用于能源、国防工业、机械和飞机制造等重要领域。

项目的主要成果：

1.复杂几何形状样品的混合火花等离子体烧结过程的数学模型。已经建立了将石墨模具中的粉末固结为矩形棱镜形式的成品陶瓷样品的过程模型。该模拟是在COMSOL Multiphysics数值模拟环境中通过有限元方法进行的。基于仿真结果，设计并制造了一种用于烧结方板的特殊石墨模具。

2.通过在醇化物的环境中胶体混合，磨碎并通过喷雾干燥来获得Al 2 O 3 -SiCw粉末陶瓷材料。

3.使用混合火花等离子体烧结方法，制成正方形截面板形式的材料样品。粉末混合物的烧结在由FCT（德国）制造的型号KCE H-HP D 25-SD的设备上进行。选择了粉末陶瓷组合物的最佳烧结条件，结果表明，使用GIPS可以得到形状均匀，细晶粒结构和机械性能增强的高密度（理论密度的99.2％）陶瓷。

4.对方形截面板形式的烧结材料的性能进行研究。对具有复杂形状的纳米结构陶瓷材料Al2O3-17 vol％SiCw的样品的力学性能和微观结构进行实验研究的结果表明，各个方向的性能均保持不变。重要的是，在正方形截面的模具中获得的陶瓷样品的硬度和抗裂性值差异不大。

5.对获得的陶瓷材料进行持续测试。在生产条件下，通过对耐热合金制成的棒进行纵向车削，在正常精度的16K20型车削螺旋刀上进行测试。在切削测试中，选择后表面的磨损作为标准。在这种情况下，后表面的磨损量等于0.5 mm被认为是钝器。测试表明，所得产品的切削性能（CST）不低于对照材料的切削性能（CST）。

项目前景：通过优化混合火花等离子体烧结工艺的技术参数和专门开发的石墨工具，可以获得较高的机械性能值，并确保它们在烧结陶瓷方形纳米复合材料的整个体积中均匀分布。

该技术可应用于能源、国防工业、机械和飞机制造等领域。

所需资源描述

拟合作方式：

-制备粉末材料；

-粉末材料的成型和压实；

-烧结材料；

-材料和产品的热处理；

-研究材料的特性。

可提供的合作资源：经过科学训练的具有丰富经验的出色的研究团队；独特的现代化设备和必要的基础设施。

Получение методом искрового плазменного спекания изделий комплексной геометрической формы

Цель проекта

Получение изделия сложной геометрической формы в виде сменной многогранной режущей пластины, методом гибридного искрового плазменного спекания.

В качестве исходного материала выбран керамический нанокомпозит Al2O3-SiCw. Данный керамика отлично зарекомендовала себя в качестве инструмента для обработки широко востребованных на рынке жаропрочных сплавов на основе никеля, которые используются в таких важных областях как энергетике, обороной промышленности, машино - и авиастроении.

Основные результаты проекта

1. Проведено математическое моделирование процесса гибридного искрового плазменного спекания образцов сложной геометрической формы. Созданы модели процесса консолидации порошков в графитовых пресс-формах в готовые керамические образцы в виде прямоугольной призмы. Моделирование проводилось методом конечных элементов в среде численного моделирования COMSOL Multiphysics. По результатам моделирования спроектирована и изготовлена специальная графитовая оснастка для спекания пластин квадратного сечения.

2. Получена композиция порошкового керамического материала Al2O3-SiCw методом коллоидного смешивания в среде алкоголятов, аттриционного измельчения и просушивания методами     распылительной сушки.

3. Методом гибридного искрового плазменного спекания изготовлен образец материала в виде пластины квадратного сечения. Спекание порошковой смеси проводилось на установке модели KCE H-HP D 25-SD производства FCT (Германия). Подобраны оптимальные режимы спекания порошковой керамической композиции.Показано, что использование ГИПС позволило получить высокоплотную (99,2% от теоретической плотности) керамику сложной формы с однородной мелкозернистой структурой и повышенными механическими свойствами.

4. Проведены исследование свойств спеченных материалов в виде пластины квадратного сечения. Результаты экспериментальных исследований механических свойств и микроструктуры образцов наноструктурированного керамического материала Al2O3-17 об% SiCw комплексной формы показали сохранение изотропии свойств по всем направлениям. Важно отметить, что образцы керамики, полученные в пресс форме квадратного сечения не имеет большого различия в значениях твердости, трещиностойкости.

5. Проведены стойкостные испытания полученных керамических материалов. Испытания проводили в производственных условиях на токарно-винторезном станке модели 16К20 нормальной точности путем продольного точения прутков из жаропрочного сплава. При испытаниях на резание в качестве критерия был выбран износ по задней поверхности. При этом величину износа по задней поверхности, равную 0,5 мм, считали критерием затупления. Испытания показали, что режущие свойства (Кст) у полученных изделий не ниже, чем у контрольного материла.

Обобщая результаты можно сделать вывод, что при помощи оптимизации технологических параметров процесса гибридного искрового плазменного спекания и специально разработанной графитовой оснастки удалось получить высокие значения механических свойств, а также обеспечить их равномерное распределение по всему объему спеченных керамических нанокомпозитов квадратного сечения.

3

以铜基纳米复合材料替代

不连续电触点中银的制造技术

项目信息

项目概况：本项目通过火花等离子体烧结和机械合金化生产铜基纳米复合材料，能够以最小的技术损失来替代不连续电触点中的银。该项目旨在解决节省材料资源的问题，尤其是节省贵重金属，即电气工程中的银（断开电触点）。为此，提出了一种可以替代爆炸性电触点中含银材料的材料，并对制造方法进行了研究。

项目主要成果：

1.已开发了一种基于粉末冶金方法来制造铜基纳米复合材料的技术，主要包括机械合金化和火花等离子体烧结。

2.已开发出研发和材料测试的方法。

3.除了对新材料的传统要求外，还提出并建议：软化开始温度高于700°C，分散颗粒的尺寸应不超过200 nm。

4.已经对通过各种方法制造新材料的技术和技术发展进行了实验研究。技术发展包括研究和优化整个操作范围，以制造能够替代爆炸性电触点中的银的弥散硬化铜基复合材料。

5.考虑了基于Cu-Al2O3，Cu-Al，Cu-Al-Ti-Hf，Cu-Al-Hf系统的材料。确定了所有材料的硬度、抗压强度、电导率、软化温度和密度。并使用最优的材料在接触器上进行了测试。

6.制备了基于Cu-Al2O3的分散硬化复合材料，其电导率高于标准Ag-CdO复合物的电导率，软化温度为800℃，硬度大于130 NV，并且接触电阻是铜的二分之一。这些指示器可以在不连续的电触点中使用人造材料代替银。

项目前景：使用本技术制造的材料可以代替不连续电触点中的银。

所得材料具有高耐热性以及高电导率和热导率，这使其可以用于能源和运输的各个领域。

本技术可以应用于电气工程领域，所有使用银触点的工程和运输部门。正在开发的材料将能够替代电气设备的断路触头中的银，其中有40％的银可用本材料替代。

所需资源描述

拟合作方式：

-制备粉末材料；

-粉末材料的成型和压实；

-烧结材料；

-材料和产品的热处理；

-研究材料的特性。

可提供的合作资源：经过科学训练的具有丰富经验的出色的研究团队；独特的现代化设备和必要的基础设施。

Разработка технологии изготовления нанокомпозита на основе меди для замены серебра в разрывных электрических контактах

Цель проекта

Разработка технологии получения нанокомпозита на основе меди путем искрового плазменного спекания и механического легирования, способного заменить серебро в разрывных электрических контактах, с минимальными технологическими потерями материала.

Проект направлен на решение задачи экономии материальных ресурсов, в частности драгоценных металлов, а именно серебра в электротехнике (разрывные электрические контакты). Для этого предлагается разработать материал, который сможет заменить серебросодержащие материалы в разрывных электрических контактах и технологию его изготовления.

Основные результаты проекта

1. Разработана технология изготовления нанокомпозитного материала на основе меди, основанная на методах порошковой металлургии, включающая, в частности, механическое легирование и искровое плазменное спекание.

2. Разработаны методики исследований и испытаний материала.

3. Разработаны и предложены дополнительно к традиционным требования к новому материалу: температура начала разупрочнения выше 700 °С, размер дисперсных частиц должен быть не более 200 нм.

4.Выполнены экспериментальные исследования нового материала и технологические разработки по его изготовлению различными методами. Технологические разработки включали исследования и оптимизацию всего комплекса операций по изготовлению дисперсно-упрочненного композита на основе меди, способного заменить серебро в разрывных электрических контактах.

5. Рассмотрены материалы на основе систем Cu-Al2O3, Cu-Al, Cu-Al-Ti-Hf, Cu-Al-Hf. На всех материалах были определены твердость, предел прочности на сжатие, удельная электропроводность, температура разупрочнения, плотность. Лучшие материалы подвергались стендовым испытаниям на реальном контакторе.

6. Изготовлен дисперсно-упрочненный композиционный материал на основе меди Cu-Al2O3, обладающей удельной электропроводностью выше, чем удельная электропроводность стандартного композита Ag-CdO, температурой разупрочнения 800°С, твердостью более 130 НВ, контактным электрическим сопротивлением более чем в 2 раза меньшим по сравнению с медью. Эти показатели позволяют использовать изготовленный материал взамен серебра в разрывных электрических контактах.

Новым являются разработанные технологии, в которых объединены методы перемешивания и механического легирования, термохимической обработки и искрового плазменного спекания для данного класса материалов. Разработаны новые методики оценки переходного сопротивления.

Свойства изготовленных по разработанным технологиям материалов позволяют использовать их для замены серебра в разрывных электрических контактах.

Полученный материал обладает высокой жаропрочностью при высоком значении электро- и теплопроводности, что позволяет использовать его в различных отраслях энергетики и транспорта.

Назначение и область применения результатов

1.Область науки - материаловедение.

Техническая область применения - электротехника.  Все отрасли машиностроения и транспорта, где используются серебряные контакты.

2. Практическое использование и перспективы использования результатов работ состоит в том, что разрабатываемый материал сможет заменить серебро в разрывных электрических контактах электрооборудования, где используется около40% серебра.

4

通过碳纳米纤维和石墨烯改性生产具有增强性能的无孔纳米复合陶瓷材料的技术

项目信息

项目概况：用碳纳米团簇改性纳米结构陶瓷材料，具有改善的物理和机械性能，在参数方面明显优于现有类似物：孔隙率降低至少10倍，抗裂性提高2倍以上，抗裂性热冲击提高1.5倍以上，导热系数提高至少1.3倍。

 项目主要成果：

1.已开发出用于生产无孔纳米复合陶瓷材料的技术，这些材料具有被碳纳米纤维和石墨烯改性增强的工作性能，其中包括：

—初始碳纳米源功能化。已进行了研究并开发了相应的实验室方法，以对具有以下碳机构的碳纳米粉进行功能化：碳纳米管（CNT）、碳纳米纤维（CNF）、石墨烯（G）和氧化石墨烯（GO）；

—将功能化的碳纳米材料与以下陶瓷基质混合：WC，Al2O3-ZrO2-TiN，Si3N4，TiC，Al2O3-SiCw-TiC和Al2O3-SiCw。已经开发了适用于混合粉末纳米材料组合物的实验室方法。

—上述系统的火花等离子体烧结以获得多孔的（小于0.01％）陶瓷纳米复合材料。已经为材料开发了最佳的烧结条件，并为生产无孔纳米结构陶瓷复合材料建立了适当的实验室规定。

—金刚石切割和将获得的无孔纳米复合材料研磨到高精度可互换多面体切削刀片。已经开发了实验室规章草案，用于制造切削刀片的实验样品。

2.获得功能化碳材料的样品：碳纤维、石墨烯和氧化石墨烯。所产生的样品在陶瓷基质中具有均匀分布的特性（不超过10％的不均匀度），而不会沿地层的长边形成超过500 nm的聚集。

3.开发了用碳纳米团组成的基于氮化物、碳化物和氧化物的纳米结构陶瓷材料的实验样品：

—孔隙率，不超过0.01％。

—纳米晶体的粒度，不大于20nm。

—抗裂性，不小于13 MPa * m1 / 2。

—耐热冲击（GOST R 52542-2006），不少于15个热交换器。

—导热系数，不小于40 W / m *K。

4.从获得的无孔陶瓷材料制成切削刀片的实验样品。

项目前景：由工业合作伙伴（VNIINSTRUMENT OJSC）使用难以加工的钢与合金的车削样品进行了对比测试。分别进行了以下对比测试：

以间断切削（用于WC系统）时结构钢的半精加工的对比测试；

在不使用冷却液的稳定条件下（用于Al2O3-ZrO2-TiN系统）灰铸铁的高精加工和低精加工对比测试；

以灰色和高强度铸铁在中小切削深度下，以高和超高切削速度精加工、半精加工和粗加工的对比测试，包括不使用冷却液的间歇式切割（用于Si3N4系统）；

以在不使用冷却剂的情况下，在高达50HRC的硬化状态下对碳素结构钢和合金钢进行精加工和半车削的对比测试（用于TiC系统）；

以镍基合金的精细车削的对比测试，包括ХН77ТЮР，ХН65ВМТЮ，ХН35ВТЮGOST 5632-72（用于Al2O3-SiCw-TiC和Al2O3-SiCw系统）。

陶瓷复合材料在整个生命周期中都能承受损坏，同时保持良好的机械性能，具有很高的商业价值，可以用作：

—通过将纳米纤维、石墨烯或氧化石墨烯掺入陶瓷基体中获得各种用途的导电陶瓷；

—工业应用的耐高温冲击陶瓷；

—陶瓷纳米复合材料，用于大功率电子设备、发动机和电力电子设备的散热系统。

所需资源描述

拟合作方式：

-制备粉末材料；

-粉末材料的成型和压实；

-烧结材料；

-材料和产品的热处理；

-研究材料的特性。

可提供的合作资源：经过科学训练的具有丰富经验的出色的研究团队；独特的现代化设备和必要的基础设施。

Разработка технологий получения беспористых нанокомпозитных керамических материалов с повышенными эксплуатационными свойствами, модифицированных углеродными нановолокнами и графеном

Цель проекта

Создание наноструктурированных керамических материалов, модифицированных углеродными нанокластерами, с улучшенными физико-механическими свойствами, значительно превосходящими существующие аналоги по параметрам: с пониженной не менее чем в 10 раз пористостью, повышенными в 2 и более раза трещиностойкостью, в 1,5 раза и более стойкостью к термоудару, в 1,3 раза и более теплопроводностью.

 Основные результаты проекта

1.Разработаны технологии получения беспористых нанокомпозитных керамических материалов с повышенным комплексом эксплуатационных свойств, модифицированных углеродными нановолокнами и графеном, включающие:

- Функционализацию исходного углеродного наносырья. Проведены работы и разработаны соответствующие лабораторные регламенты для функционализации углеродного наносырья следующих модификаций углерода: углеродных нанотрубок (УНТ), углеродных нановолокон (УНВ), графена (Г) и оксида графена (ГО);

- Смешивание функционализированного углеродного наносырья с керамическими матрицами следующих систем: WC, Al2O3-ZrO2-TiN, Si3N4, TiC, Al2O3-SiCw-TiC и Al2O3-SiCw. Разработаны соответствующие лабораторные регламенты смешивания композиций порошковых наноматериалов.

- Искровое плазменное спекание указанных выше систем до получения беспористых (менее 0,01%) керамических нанокомпозитных материалов. Разработаны оптимальные режимы спекания материалов, созданы соответствующие лабораторные регламенты получения беспористых наноструктурированных керамических композитов.

- Алмазная резка и шлифование полученных беспористых нанокомпозитных материалов до высокоточных сменных многогранных режущих пластин. Разработаны проекты лабораторных регламентов изготовления экспериментальных образцов режущих пластин.

2. Получены образцы функционализированного углеродного сырья: углеродных волокон, графена и оксида графена. Созданные образцы обладают свойствами равномерного распределения (не более 10% неравномерности) в керамической матрице без образования агломераций и конгломераций более 500 нм по длинной стороне образования.

3. Получены экспериментальные образцы наноструктурированного керамического материала на основе нитридов, карбидов и оксидов, модифицированные углеродными нанокластерами, обладающие следующими свойствами:

- пористость, не более 0,01%.

- размер зерна нанокристалла, не более 20 нм

- трещиностойкость, не менее 13 МПа*м1/2.

- стойкость к термоудару (ГОСТ Р 52542-2006), не менее 15 теплосмен.

- теплопроводность, не менее 40 Вт/м*К.

4. Из полученных беспористых керамических материалов изготовлены экспериментальные образцы режущих пластин.

Индустриальным партнером (ОАО «ВНИИНСТРУМЕНТ») проведены их сравнительные испытания на примерах точения труднообрабатываемых сталей и сплавов. Проведены сравнительные испытания на примере получистовой обработки конструкционных сталей при прерывистом резании (для систем WC); на примере чистовой и получистовой обработки серых чугунов на высоких скоростях резания при малых скоростях резания, в стабильных условиях без применения СОЖ (для систем Al2O3-ZrO2-TiN); на примере чистовой, получистовой и черновой обработки серых, высокопрочных чугунов на высоких и сверхвысоких скоростях резания при малых и средних глубинах резания, в том числе при прерывистом резании без применения СОЖ (для систем Si3N4); на примере чистового и получистового точения конструкционных углеродистых и легированных сталей в закаленном состоянии до 50HRC без применения СОЖ (для систем TiC); и на примере чистового точения сплавов на основе никеля, например ХН77ТЮР, ХН65ВМТЮ, ХН35ВТЮ ГОСТ 5632-72 (для систем Al2O3-SiCw-TiC и Al2O3-SiCw).

Назначение и область применения результатов

Полученные материалы обладают высоким коммерческим потенциалом, и могут быть использованы как:

- Электропроводная керамика для различных приложений, которые можно получить путем включения нановолокон, графена или оксида графена в керамическую матрицу;

- Высокотемпературная ударопрочная керамика для промышленного применения;

- Керамические нанокомпозиты для систем удаления тепла в электронных устройствах высокой мощности, двигателях и силовой электроники.

- Керамические композиты выдерживающие повреждения, сохраняя свои хорошие механические свойства в течении своего жизненного цикла.

◆项目来源◆

俄罗斯联邦科学与高等教育部

如有意想共同合作实施，

可联系我们，

我们将准备提供更详细的资料。

联系人:段晓宇15804505626

邮箱:duanxiaoyu0158@163.com