"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8211
ETF8211 "Suurendatud sitkusega ülikõva keramiliste komposiitmaterjalide disain (1.01.2010−31.12.2013)", Irina Hussainova, Tallinna Tehnikaülikool, Mehaanikateaduskond.
ETF8211
Suurendatud sitkusega ülikõva keramiliste komposiitmaterjalide disain
Design for new ultrahard while tough (nano)composites
1.01.2010
31.12.2013
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT152 Komposiitmaterjalid2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT150 Materjalitehnoloogia2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).50,0
AsutusRollPeriood
Tallinna Tehnikaülikool, Mehaanikateaduskondkoordinaator01.01.2010−31.12.2013
PerioodSumma
01.01.2010−31.12.2010225 000,00 EEK (14 380,12 EUR)
01.01.2011−31.12.201114 379,60 EUR
01.01.2012−31.12.201214 379,60 EUR
01.01.2013−31.12.201314 379,60 EUR
57 518,92 EUR

Käesolev uurimistöö käsitleb uusi, suure kõvaduse ja kulumiskindlusega multifunktsionaalseid tribokomposiite ja nendest toodete tootmise tehnoloogiat. Peeneteralistelt osakeste või kiududega tugevdatud keraamilis-metalsetelt komposiitidelt eeldatakse tavapäraste materjalidega võrreldes kõrgemaid mehaanilisi omadusi. Käesoleva uurimistöö eesmärgiks on suure kõvaduse ja kulumiskindlusega, kuid samaaegselt piisava töökindlusega (suurendatud sitkusega) keraamilis-metalsete tribokomposiitide arendamine rakendades materjalide disainimisel mikromehaanilist lähenemist ning mitmeskaalalist (makro-, mikro- ja nanotasemel) iseloomustamist, sh in situ testimist. Projektis püütakse leida vastused küsimustele alljärgnevate aspektide osas: (1)Millisel skaalal nano- ja mikroosakesed mõjustavad kermiste omadusi? (2)Millised on osakestega tugevdatud komposiitide kestusomadused – pikaajaline mehaaniline ja triboloogiline vastupidavus? Millist mõju avaldab purunemismehaanikale tugevdavate osakeste koostis ja suurus? (3)Kuidas interpreteerida komposiitide mitmeskaalalisel testimisel saadud tulemusi? (4)Millistele kriteeriumitele toetudes peaks toimuma suure kõvadusega komposiitide disain? (5)Kuidas saavutada suure kõvadusega komposiitide piisav töökindlus (sitkus)? Uurimisprogramm haarab suure kõvadusega, volframkarbiidi (WC) ja titaankarbiidi (TiC) baasil tribokomposiite. Nende täiendavaks tugevdamiseks kasutatakse kolmanda faasina nano- ja mikrotasemel lisandeid, sh kiude ja/või nanotorusid TiO2, HfO2, ZrO2, ZrC, HfC, BN baasil. Lisandeid töödeldakse aktiveerivat kõrgenergeetilist jahvatust kasutades parandamaks siduvust metalse faasiga ja jaotuse ühtlust materjalis. Poorideta komposiitide saamiseks kasutatakse kuumisistaatpressimist – HIP ja Sinter/HIP-tehnoloogiat. Projekti rakenduslikuks väljundiks on teaduslikult põhjendatud aluste loomine suure kõvadusega tribomaterjalide disainimiseks vastavuses materjalile esitatavatele nõuetele mehaaniliste ja funktsionaalsete omaduste osas. Projekti teoreetilised ja praktilised tulemused leiavad rakendamist detailide ja tööriistade tootmisel, samuti komposiitide omaduste prognoosimisel ja uute materjalide disainimisel. Projekt aitab parandada TTÜ materjalitehnika instituudi teaduspersonali ning uuringutes osalevate magistri- ja doktoriõppe üliõpilaste kompetentsi kaasaegse materjalitehnoloogia valdkonnas. Kavas on kaasata märkimisväärne rahvusvaheline kompetents – projektis osalevad teadusasutused/ülikoolid välismaalt.
The motivation for this work is the urgent need in a knowledge-based design of new multifunctional and industrially applicable materials and development a technological process for their manufacturing. One of the challenges is design of pore-free composites with strong interfaces between constituents resulting in high toughness, increased wear resistance and damage tolerance, which will enhance their functionality and utility. The objective of the research is to design and reliably characterize the new ultra hard while tough (nano)cermets based on WC and TiC ceramics for tribological applications. The project is aimed to cover five main aspects and answer the questions: (1) At what length scale do nano/micro-inclusions influence ceramic-metal composite mechanical properties? (2) What is the long term mechanical durability for the multiphase materials containing nano/micro-inclusions? How does the addition of reinforcements alter failure modes? (3) How properly to interpret and bring together the results obtained from multi – scale characterization of materials? (4) What are the criteria for a new composite design? (5) How to combine the ultra hardness with good fracture toughness and low-cost technological process? The scope of the program encompasses ceramic – metal composites. Tungsten and titanium carbides based cermets of different content of metal phase (in the range of 8 – 40 vol.%) will be reinforced with nano- and/or micro- inclusions and fibers of the third phase. TiO2, HfO2 and ZrO2 as well as ZrC, HfC and BN structures are planned to be incorporated into cermets to improve their mechanical performance. The surface of the inclusions will be modified by high activating milling of powders for each binder phase metal alloy to maximize dispersion and interfacial strength. The difficulty in producing of fully consolidated composites will be overcame through the use of the AIP6-30H Hot Isostatic Press furnace. Obtained knowledge and experiences will increase the number of doctorate and master students and their implementation into research; and further closer international cooperation between Universities of different countries. The preliminary research in the field has already found strong interest by industry.