Научный коллектив кафедры «Материаловедение и физико-химия материалов» ЮУрГУ (вуз входит в Союз машиностроителей России) совместно с индустриальным партнером разрабатывают технологию получения высокопрочной керамики из реакционно-связанного карбида кремния для импортозамещающих изделий машиностроения.
В рамках стратегического проекта программы «Приоритет-2030» Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) инициировал научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) по определению оптимальных технологических параметров получения плотных, прочных керамических изделий из реакционно-связанного карбида кремния (РСКК).
Индустриальный партнер предоставляет возможность проводить силицирование заготовок на своем оборудовании. Общий объем финансирования первого этапа работ, рассчитанного на три месяца, составляет 2,4 млн рублей, из которых половина средств предоставлена индустриальным партнером, а вторая половина финансируется в рамках программы «Приоритет-2030».
Цель исследования – разработка технологии производства керамики из карбида кремния для пар трения и других конструкционных элементов (совместно с индустриальным партнером). В рамках проекта разрабатывается комплекс технологических операций для получения изделий сложной формы (включая кольца диаметром до 200 мм и трубы длиной до 500 мм) с высокими эксплуатационными характеристиками.
Потенциальный продукт, который благодаря выполнению проекта сможет выпускать «СилКаМ», – подшипники скольжения для насосного оборудования нефтегазовой отрасли. Главный потребитель таких подшипников – промышленная группа «КОНАР». Сегодня «КОНАР» в своих насосах использует подшипники из США и Германии. Южно-Уральский государственный университет совместно с ООО «НПО «СилКаМ» разрабатывает новый импортозамещающий материал.
Карбид кремния (SiC) – перспективный материал для узлов трения, работающих в экстремальных условиях. Его перспективность обеспечивается уникальным сочетанием свойств: высокой твердостью (9,5 единиц по шкале Мооса), износостойкостью, коррозионной стойкостью в агрессивных средах (кислоты, щелочи, расплавы металлов) и термостойкостью (до 1500 °C). По комплексу механических и трибологических характеристик реакционно-связанный карбид кремния превосходит более дешевую оксидную керамику.
В отличие от производимого в настоящее время на предприятии-партнере силицированного графита (содержание SiC 25-50%), реакционно-связанный карбид кремния характеризуется существенно более высокой долей карбидной фазы (92-95%), повышенной прочностью и мелкозернистой структурой, что определяет его высокие эксплуатационные качества. Однако технология РСКК требует настройки множества взаимосвязанных параметров: содержания наполнителей и связки, гранулометрического и фазового состава шихты, режимов прессования и высокотемпературного реакционного спекания (силицирования). Существующие патентные описания, как правило, содержат широкие диапазоны условий, что делает невозможным их прямое использование для получения конкретных изделий без проведения дополнительных углубленных НИОКР.
На текущем этапе исследований учеными ЮУрГУ создано более десяти экспериментальных образцов керамики в виде дисков диаметром 25 мм, определены их структурные и механические характеристики.
Создание отечественной технологии производства изделий из РСКК имеет стратегическое импортозамещающее значение для Челябинской области и России в целом. Потенциальные сферы применения, помимо подшипников для нефтегазового и энергетического машиностроения, – высокотемпературная технологическая оснастка, элементы теплообменников для атомной энергетики, компоненты оборонной техники (например, броневые плитки для бронежилетов и военной техники) и огнеупоры для металлургии.
Область применения карбидокремниевой керамики позволит расширить возможности узлов трения (подшипников скольжения) в машиностроительной, нефтяной, химической промышленности, в полупроводниковой отрасли (как температурно и химически стойкой керамики для химических реакторов).
Челябинская область известна широким спектром предприятий металлургической, химической, машиностроительной и оборонной направленности, для которых важен доступ к импортонезависимому производству керамических изделий из карбида кремния.
Реализация проекта позволит создать в Челябинской области высокотехнологичное производство, ориентированное на потребности ключевых отраслей региона.