3D печать керамических композитов для конструкций работающих в условиях экстремальных нагружений

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-13-01382

Название3D печать керамических композитов для конструкций работающих в условиях экстремальных нагружений

Руководитель Шевченко Владимир Ярославович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" , г Санкт-Петербург

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов

Ключевые слова бронепреграда, бионическая структура, композит, метод конечных элементов, триждыпериодические поверхности минимальной энергии

Код ГРНТИ55.09.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
3D печать представляет собой класс перспективных технологий производства деталей по трехмерной компьютерной модели путем последовательного нанесения материала, что позволяет изготавливать изделия сложной формы, в том числе из керамики. Основываясь на предложенной академиком РАН В.Я. Шевченко теории диссоциативного разрушения бронепреград, а также на топологии трижды периодических поверхностей минимальной энергии в работе будет разработан принципиально новый материал на основе керамики для бронезащиты повышенной живучести и стойкости, со сниженным весом, представляющий собой упорядоченную трижды периодическую композиционную структуру из материалов с существенной отличающимися упругими импендансами. Использование бионической структуры взаимопроникающих самонепересекающихся фаз обеспечивает уникальные механические свойства материала и увеличение диссипации энергии пули/снаряда по сравнению с традиционными конструкциями. Каркас материала формируется извысокопрочной керамики, изготовленной с использованием подхода «ядро-оболочка», что обеспечивает контролируемый дисперсный состав и высокие механические свойства. В качестве второй фазы будет использован полимер с повышенными механическими свойствами за счет использования структурирующих детонационных нанодобавок. Для отработки топологии создаваемых конструктивных элементов будут проведены соответствующие математические расчеты с использованием программного обеспечения Mathematika. В части использования математических подходов к созданию новых веществ и материалов проект основывается на результатах теоретических представлений о ТПММЭ, развитых в 80 годы ХХ века. Идея использования этих структур для изделий специальной техники возникла давно, однако ее реализация сдерживалась отсутствием технологии создания таких структур. Развитие 3Д-технологий печати позволяет теперь реально создавать такие структуры. Новый тип композиционного материала также найдет применение в качестве конструкционного в судо-, авиа-, и машиностроении и функционального в химическом машиностроении.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Богданов С.П., Сычёв М.М. Core-Shell Powders with Titanium Coating Advances in Intelligent Systems and Computing. Recent Advances in Technology Research and Education., Advances in Intelligent Systems and Computing. Recent Advances in Technology Research and Education. Proceedings of the 16th International Conference on Global Research and Education Inter-Academia 2018. P. 81-86. (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-67459-9

2. Богданов С.П., Христюк Н.А., Долгин А.С. Газотранспортный метод получения покрытий на порошках корунда Физика и химия стекла, Физика и химия стекла, 2018, том. 44, No. 6, pp. 70-76 (год публикации - 2018)
10.7868/S0132665118060100

3. Богданов С.П., Христюк Н.А., Долгин А.С. Плакированные порошки корунда для 3D-печати Инновационные материалы в дизайне: тезисы докладов IV Всероссийской научно-практической конференции с участием молодых учёных, Инновационные материалы в дизайне: тезисы докладов IV Всероссийской научно-практической конференции с участием молодых учёных, 22, 23 марта 2018 г. СПб.; СПбГИКиТ, 2018. - С.49-50. (год публикации - 2018)

4. Гаршин А.П., Богданов С.П., Сычев М.М. Порошки ядро-оболочка для спекания корундовой керамики Материалы 13-й Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка»., Материалы 13-й Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка». (16-18 мая 2018 г.) – Минск, «Беларуская навука», 2018,. С. 210–214. (год публикации - 2018)

5. Глебова И.Б., Долгин А.С., Богданов С.П. Корундовая керамика на основе порошков «ядро-оболочка» Тезисы докладов X Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения» (1-6 июля 2018 г.) – г. Суздаль, Тезисы докладов X Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения» (1-6 июля 2018 г.) – г. Суздаль, 2018, С. 346-347. (год публикации - 2018)

6. Богданов С.П., Сычев М.М., Лебедев Л.А. Изменение структуры 3D-керамики на основе Al2O3 в процессе спекания Новые огнеупоры. – 2018, № 9, С. 35-39., Новые огнеупоры. – 2018, № 9, С. 35-39. (год публикации - 2018)

7. Богданов С.П., Христюк Н.А., Козлов В.В., Долгин А.С. Порошки ядро-оболочка для корундовой керамики Нанофизика и Наноматериалы: сб. трудов, посвящённый 15-летию работы Международного симпозиума, 28-29 ноября 2018 г. СПбГУ – СПб.; ПОЛИТЕХ-ПРЕС, 2018. – С. 29-32., Нанофизика и Наноматериалы: сб. трудов, посвящённый 15-летию работы Международного симпозиума, 28-29 ноября 2018 г. СПбГУ – СПб.; ПОЛИТЕХ-ПРЕС, 2018. – С. 29-32 (год публикации - 2018)

8. Сычёв М.М., Лебедев Л.А., Евстратов А.А., Регаззи А., Лопес-Куеста Дж.М. Mechanical properties of cellular structures with Shwartz Primitive topology Mechanical properties of cellular structures with Shwartz Primitive topology. 17 International conference on Global research and education Inter-Academia-2018. Programm and abstracts, Kaunas, September 24-26 2018, Mechanical properties of cellular structures with Shwartz Primitive topology. 17 International conference on Global research and education Inter-Academia-2018. Programm and abstracts, Kaunas, September 24-26 2018, P. 33 (год публикации - 2018)

9. Сычёв М.М., Лебедев Л.А., Евстратов А.А., Регаззи А., Лопес-Куеста Дж.М. Mechanical properties of cellular structures with Shwartz Primitive topology Recent Advances in Technology Research and Education. Springer International Publishing., Mechanical properties of cellular structures with Shwartz Primitive topology. Recent Advances in Technology Research and Education. Springer International Publishing. V.53, 2018, p.80-86 (год публикации - 2018)

10. Ковалько Н.Ю., Калинина М.В., Масленникова Т.П., Морозова Л.В., Мякин С.В., Хамова Т.В., Арсентьев М.Ю., Шилова О.А. Сравнительное исследование порошков на основе системы ZrO2-Y2O3-СeO2, полученных различными жидкофазными методами синтеза Физика и химия стекла., Физика и химия стекла. 2018. Т. 44. №5. С. 534-542. (год публикации - 2018)
10.1134/S1087659618050103

11. Шевченко В.Я. Topological States of Structural Chemistry of New Substances and Materials Erplosive Production of New Materials: Science, TechnologY, Business, and Innovations, Erplosive Production of New Materials: Science, TechnologY, Business, and Innovations / [Edited by M. I. Alymov, O. A. Golosova] - Moscow: TORUS PRESS, 2018. p. 252-253. (год публикации - 2018)
10.30826/EPNM18-088

12. Шевченко В.Я., Гордеев С.К., Орыщенко А.С., Соколов В.Н., Лебедев Л.А., Сычев М.М., Христюк Н.А. О формировании поверхности минимальной энергии при твердофазных реакциях образования карбида хрома. Физика и химия стекла, Физика и химия стекла, 2018, Т. 44, № 6, С. 18-25 (год публикации - 2018)
10.7868/S0132665118060033

13. Ковалько Н.Ю., Долгин А.С., Ефимова Л.Н., Арсентьев М.Ю., Шилова О.А. Жидкофазный синтез и исследование порошков на основе диоксида циркония Физика и химия стекла, Физика и химия стекла, 2018, Т. 44, № 6, С. 77-83. (год публикации - 2018)
10.7868/S0132665118060112

14. Шилова О.А. Sol-gel coatings for sensing devices and electronics applications cimtec 2018, Abstract BOOK, 14th International Ceramic Congress (CIMTEC-2018), Perugia, Italy, June 4-8, 2018 (год публикации - 2018)

15. Богданов С.П., Христюк Н.А. , Долгин А.С. Сравнительный анализ корундовой керамики, полученной методами 3D-печати Инновационные материалы и технологии в дизайне, V Всероссийская научно-практическая конференция с участием молодых учёных. 21, 22 марта 2019 г. Тезисы докладов, Инновационные материалы и технологии в дизайне, V Всероссийская научно-практическая конференция с участием молодых учёных. 21, 22 марта 2019 г. Тезисы докладов – СПб.; СПбГИКиТ, 2019. – С. 99-100. (год публикации - 2019)

16. Богданов С.П. , Гаршин А.П., Сычев М.М. Бронекерамика на основе порошков корунда «ядро-оболочка» Сборник докладов 11-го Международного симпозиума «Порошковая металлургия: Инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка», Сборник докладов 11-го Международного симпозиума «Порошковая металлургия: Инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка» (10-12 апреля 2019 г.) – г. Минск, 2019, ч. 1, С. 424-430. (год публикации - 2019)

17. Гаршин А.П., Богданов С.П., Сычев М.М., Долгин А.С. Композиционный материал, спечённый из корундовых порошков «ядро-оболочка» Тезисы докладов международной научной конференции «Современные материалы и передовые производственные технологии (СМППТ-2019)», Тезисы докладов международной научной конференции «Современные материалы и передовые производственные технологии (СМППТ-2019)», (25-28 июня 2019 г.) – СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019, С. 51-52. (год публикации - 2019)

18. Богданов С.П., Долгин А.С. Корундовая керамика на основе порошков «ядро–оболочка» Четвёртый междисциплинарный научный форум с международным участием «Новые материалы и перспективные технологии», В книге: Четвёртый междисциплинарный научный форум с международным участием «Новые материалы и перспективные технологии» (27-30 ноября 2018 г.) - Москва, 2018. - С. 24-26. (год публикации - 2018)

19. Богданов С.П., Козлов В.В., Шевчик А.П., Долгин А.С. Young’s Modulus of Corundum Ceramics Sintered from Powders with a Core-shell Structure Synthesized by Iodine Transport Refractories and Industrial Ceramics, Refractories and Industrial Ceramics, 2019, V. 60, № 4, P. 405-408. (год публикации - 2019)
10.1007/s11148-019-00376-0

20. Долгин А.С., Богданов С.П., Христюк Н.А., Козлов В.В., Сычев М.М. Comparative Analysis of Triply Periodic Minimal Surface Corundum Products Obtained by 3D Printing Glass Physics and Chemistry, Glass Physics and Chemistry, 2019, Vol. 45, No. 6, pp. 514–519. (год публикации - 2019)
10.1134/S1087659619060051

21. Богданов С.П., Христюк Н.А., Козлов В.В., Долгин А.С. Ceramics Sintering from Corundum Powders Clad with Iodine Transmission Glass Physics and Chemistry, Glass Physics and Chemistry, 2019, Vol. 45, No. 6, pp. 573–579. (год публикации - 2019)
10.1134/S1087659620010034

22. Долгин А.С., Богданов С.П. Влияние дисперсного состава на спекание и свойства корундовой керамики с покрытиями Сборник тезисов XXIII всероссийской конференции с международным участием по неорганическим и органосиликатным покрытиям, XXIII всероссийская конференция с международным участием по неорганическим и органосиликатным покрытиям, 7-9 октября 2019 г. – СПб.: ООО «Изд.-во «ЛЕМА». – 2019. – С. 97-98. (год публикации - 2019)

23. Шевченко В.Я., Ковальчук М.В., Орыщенко А.С. Synthesis of a New Class of Materials with a Regular (Periodic) Microstructure Glass Physics and Chemistry, Vol. 45, No. 6, pp. 412–418 (год публикации - 2019)

24. Макогон А.И., Балабанов С.В., Перевислов С.Н. Diamond — a modification of carbon with unique properties 4th International Conference on the Periodic Table endorsed by IUPAC (год публикации - 2019)

25. Балабанов С.В., Макогон А.И., Сычев М.М. 3D печать и механические свойства полиамидных изделий с топологией «примитив шварца» Сборник тезисов IX научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в рамках мероприятий, посвященных 150-летию открытия Периодического закона химических элементов Д.И. Менделеевым, с.177 (год публикации - 2019)

26. Балабанов С.В., Макогон А.И., Сычев М.М. Механика разрушения объектов с геометрией примитива шварцапри изменении количества элементарных ячеек Сборник материалов VIII международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», с. 484-485. (год публикации - 2019)

27. Ковалько Н.Ю., Понаморева М.А., Хамова Т.В., Долгин А.С., Калинина М.В., Шилова О.А. Preparation and Study of Porous Ceramics Based on Zirconium Dioxide for Endoprosthesis Glass Physics and Chemistry, Vol. 45, No. 6, pp. 520–523 (год публикации - 2019)
10.1134/S1087659619060117

28. Сычев М.М., Шилова О.А., Матвейчикова П.В., Хамова Т.В., Дьяченко С.В., Жерновой А.И., Копица Г.П. Application of BaTiO3/CoFe2O4 –SiO2 Structure to Control the Electrical Properties of Composites Glass Physics and Chemistry, Vol. 45, No. 6, pp. 482–486 (год публикации - 2019)

29. Арсентьев М.Ю., Балабанов С.В., Макогон А.И. , Сычев М.М. Экспериментальное и теоретическое исследование механических свойств полиамидных изделий с топологией «примитив Шварца» изготовленных методом 3d-печати Физика и химия стекла, том 45, №6. – С. 596-600 (год публикации - 2019)
10.1134/S0132665119060027

30. Макогон А.И., Балабанов С.В., Сычев М.М. Влияние размера элементарной ячейки на физико-механические свойства образцов с топологией «примитив шварца» труды VIII Международной конференции «Наноматериалы и технологии», С. 114-117 (год публикации - 2019)

31. Балабанов С.В. , Макогон А.И. , Сычев М.М., Евстратов А.А., Регази А., Лопез-Куэста Х.М. 3D печать и механические свойства полиамидных изделий с топологией «примитив шварца» Журнал технической физики, Журнал технической физики. – 2020. Том 90 – выпуск – 2 – С. 223-227. (год публикации - 2019)
10.21883/0000000000

32. Шилова О.А., Хамова Т.В., Копица Г.П., Сычев М.М. Biocompatible Hybrid Oxide Nanoparticles for Human Health. From Synthesis to Applications Chapter 10: Synthesis and study of multiferroic – powders with a 'core-shell' structure as fillers for composite materials for electronics and photonics. Micro and Nano Technologies, Elsevier, Pages 183-207 (год публикации - 2019)

33. Балабанов С.В. , Макогон А.И. , Сычев М.М. Применение сотовых структур с геометрией трижды периодических поверхностей минимальной энергии для топологической оптимизации, механически нагруженных конструкций XVII Молодежная научная конференция, школа молодых ученых: Сборник тезисов докладов конференции, г. Санкт-Петербург, 18-19 с. (год публикации - 2019)

34. Долгин А.С. , Богданов С.П. Интенсификация процесса спекания корундовой керамики, изготовленной из порошков «ядро-оболочка», путем изменения гранулометрического состава XVII Молодежная научная конференция, школа молодых ученых: Сборник тезисов докладов конференции, г. Санкт-Петербург, 46-47 с. (год публикации - 2019)

35. Макогон А.И., Балабанов С.В. Расчет условий формирования паттернов Тьюринга в микроструктуре твердофазных систем XVII Молодежная научная конференция, школа молодых ученых: Сборник тезисов докладов конференции, г. Санкт-Петербург, 83-85 с. (год публикации - 2019)

36. Хамова Т.В., Шилова О.А., Хашковский С.В. Methods and Approaches of the Sol–Gel Technology for the Surface Modification of Aluminum Oxide Powders Glass Physics and Chemistry, Том 43, No. 6, с. 598–614 (год публикации - 2017)

37. Ковалько Н.Ю., Сычёв М.М., Шилова О.А. Синтез порошков-прекурсоров на основе диоксида циркония как перспективного материала для 3D-печати керамических изделий с топологией ТППМЭ «Вопросы современной науки: актуальные проблемы: сборник статей Международной научно-практической конференции (2 декабря 2017 г., г. Самара)., Самара: ЦНИК, 2017. С. 65-67. (год публикации - 2017)

38. Шилова О.А. Новые аддитивные технологии керамики на основе полимерных прекурсоров Семинар с элементами научной школы для молодежи «3D печать керамических композитов для конструкций, работающих в условиях экстремальных нагружений». Сборник тезисов., 6 декабря 2017 г. СПб.: Издательство «ЛЕМА», С. 78-79 (год публикации - 2017)

39. Богданов С.П., Сычёв М.М. Core-Shell Powders with Titanium Coating Book of abstracts International Conference on Global Research and Education Inter-Academia 2017, September 25th-28th, 2017, Iași, Romania, P. 53. (год публикации - 2017)

40. Шевченко В.Я., Сычев М.М., Лапшин А.Е., Лебедев Л.А., Груздков А.А., Глезер А.М. Polymer Structures with the Topology of Triply Periodic Minimal Surfaces Glass Physics and Chemistry, Vol. 43, No. 6, pp. 585–587 (год публикации - 2017)

41. Ковалько Н.Ю., Калинина М.В., Малкова А.Н., Лермонтов С.А., Морозова Л.В., Полякова И.Г., Шилова О.А. Synthesis and Comparative Studies of Xerogels, Aerogels, and Powders Based on the ZrO2–Y2O3 –СeO2 System Glass Physics and Chemistry, Vol. 43, No. 4, pp. 368–375 (год публикации - 2017)

42. Ковалько Н.Ю., Хамова Т.В., Арсентьев М.Ю., Шилова О.А., Сычев М.М. Синтез и изучение фазового состава порошков на основе T-ZRO2-AL2O3 Сборник трудов XIV Международной научно-практической конференции «Вопросы современных научных исследований», Россия, г. Омск, 5 декабря 2017 г. (год публикации - 2017)

43. Шевченко В.Я., Сычев М.М., Лапшин А.Е., Лебедев Л.А. Новый класс керамических композиционных материалов на основе топологии ТППМЭ и аддитивных технологий. Сборник докладов научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии», Москва, 18 апреля 2017 г., с. 103 (год публикации - 2017)

44. Шевченко В.Я., Сычев М.М., Лапшин А.Е., Лебедев Л.А. Ceramic Materials with the Topology of Triple Periodic Minimal Surfaces for Constructions Functioning Under Conditions of Extreme Loads Glass Physics and Chemistry, Vol. 43, No. 6, pp. 582–584 (год публикации - 2017)

45. Ковалько Н.Ю., Копица Г.П., Хамова Т.В., Сычев М.М., Шилова О.А. Жидкофазный синтез и изучение мезоструктуры порошков на основе t-ZRO2-Al2O3 как перспективных материалов для 3D-печати Сборник трудов VII Международной научно-практической конференции «ТРАНСФОРМАЦИЯ АКТУАЛЬНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ», Россия, г. Санкт-Петербург, 6 декабря 2017 г. (год публикации - 2017)

46. Шевченко В.Я., Сычев М.М., Лапшин А.Е., Лебедев Л.А. Новый класс керамических композиционных материалов на основе топологии ТППМЭ и аддитивных технологий Сборник докладов конференции «Развитие аддитивных технологий в интересах Вооруженных Сил Российской Федерации», Международного военно-технического форума «Армия-2017», 23 августа 2017г., Кубинка, с. 103 (год публикации - 2017)

Публикации