Brief information on the development and scope of its application

Spark-plasma sintering (IPS) is a promising method of consolidating powder materials that ensures the preservation of the ultra-dispersed grain structure and allows achieving high quality grain bonding along the boundaries leading to the possibility of obtaining high-density powder compositions with increased physical-mechanical properties.  IPA makes it possible to purposefully control the growth rate of grains and thus - forms nanostructured, microheterogeneous, multifunctional compositions of materials with high physico-mechanical and operational properties.

IPS «Hephaestus» complex
Microstructure of sintered samples (initial components of Fe-Ti-C- (B))

Progressive development in the world

Using the consolidation method of the IPS provides a heating rate in the range from 10 ºС / c to 30 ºС / c and allows to obtain high-density composite materials (almost up to 100%) with high uniformity with strong bonds between the particles. 

Consolidation of powders by passing a superposition of DC and AC has the following advantages:

Brief information on the development and scope of its application

The electric discharge effect on the bottomhole well zone is intended to intensify the extraction of hydrocarbon minerals by increasing the system of cracks or canals, cleaning perforations and filters from sedimentation sediments.

Elements of the Skif-100M device and work with the device on the well

The electric discharge method is realized in a well filled with liquid by an intensive impulse action on the opening zone of a productive formation of cyclic compression waves generated by a high-voltage electric discharge.

 The method is implemented by the discharge electric submersible device «Skif-100 M» in wells, stopped for underground or major repairs in any type of rock with an initial permeability of more than 0.1 × 10-15 m2. 

The hydrostatic pressure in the well is not more than 45 MPa, the temperature is not more than 100 ° C.

Brief information on the development and scope of its application

The significant reserves of various deposits of hard and brown coal justify the possibility of efficient replacement by water-coal fuel of expensive or inaccessible traditional energy sources (natural gas and fuel oil). 

A water-coal suspension with the necessary rheological characteristics, sufficient for its combustion in liquid-fuel and gas water-heating boilers of combined heat and power plants or district power stations can be prepared on the basis of finely divided hard and brown coal. 

According to technical and economic indicators, the electric-discharge method for production of water-coal fuel has advantages over traditional energy-intensive methods and can be included in major scientific and technical innovation projects for the re-equipment of energy-generating enterprises and enterprises of the housing and communal complex with the purpose of transferring them to local energy sources instead of imported fuel oil and gas. 

Большой объем отходов мировых производств электроники – около 15 кг на одного человека в год – подтверждает отсутствие надежных и экологически чистых методов их утилизации. Электроразрядрный метод выгодно отличается от используемых методов, описанных в литературе, отсутствием вредных веществ (кислот, газов, пыли и др.), а также по показателям по показателям удельных затрат энергии, в 1,8 раза меньших от механических способов, и ориентировочной стоимостью оборудования, например, от используемого комплекса HAMOS – в 5-6 раз.

В ходе проведенных в институте исследований установлены механизмы электроразрядного разделения компонентов односторонних и двухсторонних плат с толщиной до и свыше 0,5 мм, необходимые параметры электроразрядных импульсов, разработаны специализированные электродные системы.

Внешний вид силовой части генератора и электродной системы

Внешний вид плат до и после разделения

Краткая информация о разработке и сфере ее применения

Значительные запасы различных месторождений каменного и бурого угля обосновывают возможность эффективной замены водно-угольным топливом местами дорогостоящих либо недоступных традиционных энергоносителей (природный газ и мазут).

Водно-угольная суспензия с необходимыми реологическими характеристиками, достаточными для ее сжигания в жидкотопливных и газовых водонагревательных котлах теплоэлектроцентралей или районных электростанций может быть приготовлена на основе тонко измельченного каменного и бурого угля.

По технико-экономическим показателям электроразрядный способ производства водно-угольного топлива имеет преимущества перед традиционными энергоемкими способами и может быть включен в состав крупных научно-технических инновационных проектов по переоснащению энергогенерирующих предприятий и предприятий жилищно-коммунального комплекса с целью перевода их на местные энергоносители вместо импортируемых мазута и газа.

Традиционно применяют следующую технологическую последовательностьх измельчения:

Краткая информация о разработке и сфере ее применения

Переход на эффективные уровни развития производств влечет за собой увеличение потребления энергии, а значит и истощение ее традиционных источников (угля, нефти, газа). В качестве их альтернативы значительное место отводится солнечной энергии.

Для эффективного ее использования требуются специальные преобразователи – солнечные батареи, основным элементом которых является чистый кремний. Его получение сопряжено с высокими требованиями по чистоте производства.

Выделяют три основных этапа производства чистого кремния:

• получение металлургического кремния путем переплава кварцита или песка, кокса и древесного угля с последующим преобразованием его как исходного материала в поликристаллический кремний;
• выращивание из поликристаллического кремния монокристаллических слитков методом Чохральского или зонной плавки;
• изготовление кремниевых пластин из слитков.

Все три этапа сопряжены с операциями измельчения или дробления, при этом:

• требуется минимизация переизмельчения;
• требуется минимизация загрязнения кремния.

В рамках инновационного проекта информация о проекте на сайте НАН Украины

в Институте был разработан электроразрядный способ дезинтеграции металлургического кремния, изготовлено и поставлено партнеру пилотное оборудование

Широкое применение биогазовых технологий связано с решением проблемы увеличения степени разложения органики в реакторах биогазовых установок свыше 40-60 % и/или сокращения цикла полного разложения биомассы, а также повышения содержания метана в биогазе до уровня его содержания в природном газе.

В институте проведены исследования по влиянию предварительной электроразрядной обработки биосырья (водного субстрата на основе навоза) на метаногенез в процессе анаэробного мезофильного брожения.

Показано, что динамика метаногенеза существенно меняется после предварителной электроразрядной обработки биосырья, в зависимости от набора характеристик, присущих тому или иному режиму импульсного коронного разряда в биосырье. Обоснованы варианты достижения положительного по результатам газообразования баланса между негативным эффектом от угнетения микрофлоры и положительным эффектом от увеличения биодоступности питательных веществ, в частности в системах с полным или частичным опустошением ферментаторов и в системах с поледовательной подачей субстратов.

В Институте проводятся исследования процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), в которых после кратковременного инициирования происходят экзотермические реакции между исходными порошковыми компонентами с образованием новых порошковых материалов с возможностью достижения наноразмерности кристаллитов выходного продукта. СВС позволяет с минимальными затратами энергии из многокомпонентной порошковой шихты  синтезировать выходной твердофазный продукт в порошковой или спеченной форме. Например, СВС смеси порошков различных металлов и углерода приводит к образованию кристаллитов карбидов и МАХ-фаз, которые в дальнейшем могут использоваться в порошковой металлургии для создания твердорежущего инструмента, легких и прочных конструкционных изделий и т.д.
Модель процесса в простом лабораторном исполнении  (для наглядности на воздухе)...

26 сентября 2017 года в Институте проблем материаловедения им. Францевича НАН Украины (г. Киев) состоялась успешная защита диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук сотрудника нашего института – Присташа Николая Сергеевича.
Специальность – порошковая металлургия и композиционные материалы, тема диссертации: "Закономерности фазо- и структурообразования материалов систем Fe-Ti-C и Fe-Ti-C-B в условиях искро-плазменного спекания". Поздравляем!...

29 сентября 2017 года в Херсонской государственной морской академии МОН Украины (г. Херсон) состоялась успешная защита диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук сотрудника нашего института – Трегуба Владимира Александровича.
Специальность – материаловедение, тема диссертации: "Разработка принципов высоковольтного электроразрядного синтеза дисперсного наполнителя Ti-TiC для улучшения свойств эпоксикомпозитов". Поздравляем!...

В институте проведена электрогидравлическая переработка битого стекла (бутылка, оконное), которая позволяет начальные фрагменты размером от 2 до 5 см измельчать в порошок, содержащий фракцию часть которой имеет размерность до 10 мкм. Достичь такого результата традиционными механическими способами переработки сложно и энергозатратно.  Порошок может применяться в строительной отрасли

            Бой стекла до обработки                                                                             Порошок после обработки и слива воды 

                                                                                                                                                    (пастообразная консистенция)

Краткая информация о разработке и сфере ее применения

Электроразрядное воздействие на призабойную зону скважин предназначено для интенсификации добычи углеводородных полезных ископаемых за счет увеличения системы трещин или каналов, очистки перфорационных отверстий и фильтров от кольматирующих осадков.

Элементы устройства "Скиф-100М" и работа с устройством на скважине

Электроразрядный способ реализуется в скважине, заполненной жидкостью, путем интенсивного импульсного воздействия на зону раскрытия продуктивного пласта циклических волн сжатия, генерируемых высоковольтным электрическим разрядом.

Способ реализуется электроразрядным погружным устройством  "Скиф-100 М" в скважинах, остановленных для подземного или капитального ремонта в породах любого типа с начальной проницаемостью более 0,1·10^-15 м².

Краткая информация о разработке и сфере ее применения

Искро-плазменное спекание (ИПС) – это перспективный метод консолидации порошковых материалов, который обеспечивает сохранение ультрадисперсной структуры зерна и позволяет добиться высокого качества соединения зерен по границам, приводит к возможности получения высокоплотных порошковых композиций с повышенными физико-механическими свойствами. ИПС делает возможным целенаправленный контроль скорости роста зерен и таким образом – образует наноструктурные, микрогетерогенные, многофункциональные композиции материалов с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами

Комплекс ИПС "Гефест"

  

Микроструктура спеченных образцов (исходные компоненты Fe-Ti-C-(B))

Прогрессивность разработки в Мире

Использование метода консолидации ИПС обеспечивает скорость нагревания в пределах от 10 ºС/c до 30 ºС/c и позволяет получить композитные материалы высокой плотности (почти до 100 %) при высокой равномерности с крепкими связями между частицами.