Логин:
Пароль:

Работа №2503
Название работы
Прикладные научные исследования в области низкотемпературной керамики на основе микронных, субмикронных и наноразмерных порошковых составов
Автор работы
Ивонин Иван Варфоломеевич
Дата начала работы Дата окончания работы
2014-06-05 2016-12-31
Аннотация
Целью исследований являются разработка научных основ технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики для микроэлектронной техники и телекоммуникационной промышленности, получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию новых видов научно-технической продукции для замещения импорта. Авторами предлагается комплексный подход к исследованиям процессов получения низкотемпературной керамики, включающий в себя как физическое, так и математическое их моделирование, с использованием принципиально новых методов получения и смешивания компонентов, дающих возможность использования наноразмерных, субмикронных и микронных порошков с различной морфологией частиц. В результате таких исследований будет определено влияние исходных параметров на конечные характеристики изделия, а также условия для существенного уменьшения толщины сырой ленты (до 30 мкм) и, соответственно, размеров конечных керамических изделий. Минимальная толщина отечественных аналогов (СКМ-18) на данный момент составляет от 100 мкм до 250 мкм с отклонениями по толщине 15…25 мкм, лучших зарубежных образцов 30…50 мкм с отклонениями по толщине 5…10 мкм. Работа также предполагает исследования по определению химического состава и характеристик связующего для шликера при получении низкотемпературной керамики. Математические модели (ММ) будут созданы для некоторых ключевых процессов получения порошковых компонентов и низкотемпературной керамики.
Тип НИР Источник финансирования Объем финансирования Вид работы
ФЦП 1004000 Министерство образования и науки Российской Федерации Прикладная
Промежуточный реферат №1
Целью исследований являются разработка основ технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC) для микроэлектронной техники и телекоммуникационной промышленности. На отчетном этапе проведены исследования состава и свойств образцов низкотемпературной керамики (рентгеноструктурный анализ необожженного образца, дисперсный и морфологический анализ порошка стеклокерамического материала). Проведен анализ существующих математических моделей процессов изготовления низкотемпературной керамики по двум группам: модели непосредственно процесса получения керамики и модели, прогнозирующие эффективные физико-механические характеристики керамики. Для выбранных моделей проведена проверка компьютерными расчетами их эффективности и адекватности для описания исследуемых процессов получения керамики с использованием результатов, приведенных в периодических научных публикациях и научно-технической литературе. Индустриальным партнером выполнено технико-экономическое обоснование технологии получения порошковых составов. Разработано техническое задание на рабочее место экспериментальных исследований. Разработана конструкторская документация на рабочее место изготовления порошковых компонентов низкотемпературной керамики. Подготовлено рабочее место для установки по получению нано и субмикронных компонентов низкотемпературной керамики. Полученные результаты показывают достижимость выполнения поставленных по проекту задач.
Инвентарный номер отчета (ИК): 215082870002 Дата регистрации ИК: 2015-08-28
Промежуточный реферат №2
Объектом прикладных исследований и разработок по проекту являются процессы получения низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC) с использованием наноразмерных, субмикронных и микронных порошковых компонентов. Целью исследований являются разработка основ технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики для микроэлектронной техники и телекоммуникационной промышленности. При проведении прикладных научных исследований (ПНИ) используется физическое и математическое моделирование процессов получения низкотемпературной керамики. В ходе отчетного этапа работ проведена разработка математических процессов получения низкотемпературной керамики, включая моделирование процессов диспергирования, классификации и смешивания порошковых составов, моделирования процесса спекания керамики, деформационно-прочностных, теплофизических и электрофизических характеристик низкотемпературной керамики. Прогнозирование характеристик LTCC невозможно без применения и развития адекватных методов оценки эффективных характеристик гетерогенного материала на всех технологических этапах его получения. Для описания процессов спекания дискретной слоистой системы разработан подход компьютерного моделирования, учитывающий модификацию геометрических, физико-химических и т.п. характеристик компонентов системы и эффективных параметров микрослоев и всего объема материала на всех этапах синтеза LTCC. На основе разработанных моделей проведено численное моделирование процессов получения и характеристик керамики и анализ их результатов. В рамках математической модели деформирования и разрушения высокопрочной керамики выявлены механизмы разрушения частиц при их ударном взаимодействии в пневматическом циркуляционном аппарате (установке). В результате численных расчетов модели несущей среды в зоне сепарации пневматического циркуляционного аппарата обнаружено, что в потоке образуются вихревые структуры, при попадании в которые частицы сверхмалого размера могут накапливаться, образуя жгуты. В результате анализа численных расчетов определены оптимальные значения зависимостей между рабочими и геометрическими параметрами процесса смешивания в пневматическом циркуляционном аппарате. Показана сходимость построенной схемы компьютерного моделирования и возможность применения результатов для получения прогноза влияния различных параметров на кинетику процесса спекания. Моделирование связанных процессов синтеза низкотемпературной керамики позволяет исследовать необходимые технологические регламенты подготовки исходных составов и режимы спекания для получения керамики с оптимальными механическими и функциональными характеристиками. Результаты моделирования позволяют определять оптимальные физико-механические характеристики компонентов низкотемпературной керамики. На отчетном этапе подготовлен промежуточный отчет о ПНИ. Приобретены необходимые для выполнения ПНИ комплектующие и материалы. Разработаны рекомендации для изготовления керамических изделий с требуемыми свойствами. Проведены численные расчеты, необходимые для разработки рабочей документации установки по получению нано и субмикронных компонентов низкотемпературной керамики. Индустриальным партнером проведена комплектация рабочего места для установки по получению нано и субмикронных компонентов низкотемпературной керамики. Разработаны чертежи установки по получению нано и субмикронных компонентов низкотемпературной керамики. Полученные результаты показывают достижимость выполнения поставленных по проекту задач. Проведение на отчетном этапе работ по математическому моделированию процессов получения низкотемпературной керамики обеспечивает научными данными, необходимыми для решения поставленных задач, оптимизации программы и методик дальнейших исследований, и позволяет перейти на следующих этапах проекта к физическому моделированию исследуемых процессов и получению экспериментальных образцов низкотемпературной керамики.
Инвентарный номер отчета (ИК): АААА-Б15-21512306003 Дата регистрации ИК: 2015-12-30
Промежуточный реферат №3
Объектом прикладных исследований и разработок по проекту являются процессы получения низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC) с использованием наноразмерных, субмикронных и микронных порошковых компонентов. Целью исследований являются разработка основ технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики для микроэлектронной техники и телекоммуникационной промышленности. При проведении прикладных научных исследований (ПНИ) используется физическое и математическое моделирование процессов получения низкотемпературной керамики. Проведено физическое моделирование процессов получения экспериментальных образцов нано и субмикронных порошковых компонентов низкотемпературной керамики. В результате моделирования процессов получения порошковых компонентов керамики обнаружено, что изменение рН водной дисперсии частиц оксида алюминия влияет на эффективность процессов его диспергирования и классификации в пневматическом циркуляционном аппарате. Результаты физического моделирования получения смесевого состава показали, что наиболее оптимальным является использование в качестве компонентов порошков со средним размером частиц от 1 мкм до 2 мкм и морфологией частиц близкой к призме (сфере). Это позволит обеспечить наилучшую плотность упаковки частиц и снизить вязкость шликера при литье. В результате диспергирования и фракционирования оксида алюминия и нитрида алюминия пневмоциркуляционным методом и их смешивания со стеклянными порошками и добавками получены нано и субмикронные порошковые компоненты различного состава для низкотемпературной керамики. Проведен анализ характеристик полученных порошковых компонентов низкотемпературной керамики, включая исследования элементного, фазового и гранулометрического состава. Сравнение с образцами зарубежной керамики показало, что полученные порошковые компоненты удовлетворяют требованиям по элементному и фазовому составу для использования их в процессе получения низкотемпературной керамики. Разработаны программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов низкотемпературной керамики. На отчетном этапе приобретены необходимые для выполнения ПНИ комплектующие и материалы. Индустриальным партнером проведена комплектация рабочего места экспериментальных исследований. Рабочее место экспериментальных исследований изготовлено и введено в эксплуатацию. Полученные результаты показывают достижимость выполнения поставленных по проекту задач. Проведение на отчетном этапе физического моделирования исследуемых процессов позволяет перейти на следующих этапах проекта к получению экспериментальных образцов низкотемпературной керамики.
Инвентарный номер отчета (ИК): АААА-Б16-216062960017-8 Дата регистрации ИК: 2016-06-29
Промежуточный реферат №4
Объектом прикладных исследований и разработок по проекту являются процессы получения низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (LTCC) с использованием наноразмерных, субмикронных и микронных порошковых компонентов. Целью исследований являются разработка основ технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики для микроэлектронной техники. При проведении прикладных научных исследований (ПНИ) используется физическое и математическое моделирование процессов получения LTCC. Проведен расчет физико-механических характеристик экспериментальных образцов низкотемпературной керамики на основе результатов математического моделирования. Результаты оценки эффективных физических характеристик подтверждают то, что условия формирования каркаса тугоплавких компонентов на различных иерархически расположенных уровнях структуры вносит решающий вклад в формирование всех параметров керамики. Получены экспериментальные образцы нано и субмикронных порошковых компонентов различной дисперсности, анализ которых показал их соответствие имеющимся требованиям. Разработан проект лабораторного технологического регламента получения низкотемпературной керамики. Изготовлены экспериментальные образцы керамики и проведены исследования их характеристик в соответствии с программой и методикой исследовательских испытаний. Параметры полученной низкотемпературной керамики в целом соответствуют нормативным требованиям. Экспериментальные образцы низкотемпературной керамики, имеющие в составе нитрид алюминия, имеют лучшие или равные характеристики с экспериментальными образцами керамики на основе оксида алюминия. Сравнение полученных физических характеристик экспериментальных образцов с результатами математического моделирования показало необходимость введения в расчетные модели дополнительной информации по составу компонентов. Определение эффективных путей получения керамики с требуемыми свойствами сделано на основе полученных результатов математического и физического моделирования процессов и анализа факторов, влияющих на основные свойства керамики. Индустриальным партнером проведены экспериментальные исследования установки по получению нано и субмикронных порошковых компонентов низкотемпературной керамики. Полученные на отчетном этапе результаты позволяют перейти к выполнению работ, запланированных на следующем этапе проекта.
Инвентарный номер отчета (ИК): АААА-Б16- 216122750018-1 Дата регистрации ИК: 2016-12-27
Заказчик
Министерство образования и науки Российской Федерации, ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», Мероприятие 1.3 Проведение прикладных исследований, направленных на создание опережающего научно-технологического задела для развития отраслей экономики, приоритетное направление "Индустрия наносистем", Мероприятие: Проведение прикладных исследований, направленных на создание опережающего научно-технологического задела для развития отраслей экономики.
ГРНТИ УДК Инвентарный номер Госшифр Госконтракт Договор
29.19.22 ( ФИЗИКА. Физика твердых тел. Физика наноструктур. Низкоразмер-ные структуры. Мезоскопические структуры. )
539.23 539.216.1; 833499 14.578.21.0027
Ключевые слова
Низкотемпературная совместно обжигаемая керамика, порошки, наночастицы
Предполагаемый результат работы
Отчет
Организации соисполнители
Индустриальный партнер: ОАО «Ин-формацион-ные спутнико-вые системы» им. акад. М.Ф. Решетнева»
Государственный учет результатов НИОКР в БД РНТД Минобрнауки РФ
Получить полный доступ
Основание к регистрации темы (электронный вариант)
Только для служебного пользования
   
2007 © ОНТИ НУ ТГУ
E-mail: onti@sun.lib.tsu.ru
Тел: 52-76-99