CC BY
67
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
УДК 537.622
Петров В.А., Николаев А.Н.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОНИЦАЕМЫХ Mn-Zn- ФЕРРИТОВ ПО КОРОТКОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЕ
Mn-Zn-ферриты широко используются в различных областях науки и техники, например в качестве сердечников высокочастотных трансформаторов. Благоприятное сочетание магнитных свойств с высоким электросопротивлением делает их незаменимыми в многочисленных устройствах, работающих на низких и высоких частотах [1, 2]. Объем их выпуска в мире достигает нескольких млн. тонн в год. Данное производство достаточно энергоемкое, поэтому наиболее актуальны поиски решений по снижению потребляемой энергии. Следует отметить, что в настоящее время широкий спектр приложений находят нанокомпозиционные материалы на основе ферритовых систем, включающих оксиды железа, никеля, кобальта, марганца, цинка, иттрия и эрбия [3, 4]. Они используются в качестве контрастирующих агентов в магнитно-резонансной терапии [5], гипертермической терапии [6], радиопоглощающих покрытий [7, 8] и т.д. Такие материалы синтезируют различными методами, среди которых особенно выделяется золь-гель технология [9-11]. Она позволяет получать двух- и трехкомпонентные системы, обладающие уникальными свойствами и используемые в качестве чувствительных элементов различных типов адсорбционных датчиков [12-15]. С помощью данной технологии удается получать стабильные наноразмерные частицы ферритов, имеющие фрактальную структуру [16].
Одним из направлений упрощения технологии ферритов является использование короткой технологической схемы (КТС), в которой две операции (диффузионный обжиг и спекание) совмещены в одной — спекании пресс-заготовок из смеси исходных оксидов [17].
Кроме того, переход от традиционной для керамики технологической схемы к короткой необходим для получения ферритов с изотропными свойствами. При прессовании ферритов, получаемых по стандартной технологической схеме (СТС), вдоль оси прессования возникает текстура из-за пластинчатой формы частиц феррошпинели [17]. Это приводит к анизотропии свойств ферритовых изделий. При прессовании смеси оксидов (по КТС), состоящих из значительно более мелких круглых частиц, формирование текстуры затруднено, что позволяет повысить изотропность параметров. В работе [18] показано, что Mn—Zn-феррит может быть получен по КТС при использовании добавок меди и цинка. При высокой термостабильности значение магнитной проницаемости соответствовало нижнему допустимому пределу феррита марки 2000НМ. Для увеличения магнитной проницаемости необходимо получить плотную, однородную, крупнозернистую микроструктуру, формирующуюся путем собирательной рекристаллизации [19]. Эта задача затруднена из-за наложения процессов ферритиза-ции, усадки и рекристаллизации при отсутствии предварительной операции диффузионного обжига.
Известно [19], что для получения высокоплотных ферритов в ферритовую шихту специально вводят добавки Bi2O3 (~0,5 % (масс.). Оксид висмута Bi2O3 образует с основными компонентами системы легкоплавкую эвтектику при температуре Т = 700-800 оС. Жидкая фаза смачивает формирующиеся структурные образования (частицы и зерна) и образует на них тонкий слой расплава, препятствующий ускоренному росту зерен, обеспечивая их
са диффузии через жидкую фазу. Кроме того, из-за частичного растворения пор, неровностей с малым радиусом кривизны изменяется форма твердых частиц в жидкой фазе. В результате происходит интенсивная упаковка частиц, их переориентация, усадка и увеличение плотности ферритов. Только на предприятии ООО «ЗСТМ» (г.Кузнецк) ежедневно оборудование на операциях синтеза шихты и вторичного измельчения потребляют 200 КВт электроэнергии. Учитывая стоимость электроэнергии, затраты на гранулирование, синтез и помол шихты за год составляют примерно 2 97 тысяч рублей.
В данной работе исследована возможность получения Mn-Zn ферритов марок 2000НМ и 6000НМ с исключением операции предварительного синтеза, что, позволит значительно снизить затраты на использование оборудования и электроэнергии.
Образцы и методы исследования
Стандартный технологический процесс получения ферритов состоял из 7 основных операций [20]: смешивание и измельчение смеси исходных компонентов; введение связки и гранулирование на тарельчатом грануляторе; синтез ферритовой шихты во вращающейся печи; измельчение синтезированной шихты; введение связки в шихту и гранулирование; прессование сырых заготовок; спекание. Предлагаемый сокращенный технологический процесс получения ферритовых материалов включает всего 4 операции: смешивание и измельчение смеси исходных компонентов; введение связки и гранулирование; прессование сырых заготовок; спекание.
Сокращенный технологический процесс осуществлялся следующим образом. Исходные компоненты измельчались в вибромельнице М-200 в течении 3 часов. В полученную шихту вводили связку на основе 6% водного раствора поливинилового спирта марки 16/1 в количестве 20%. Для снижения межчастичного трения в состав связки вводили полиакрилат триэтаноламмония со степенью полимеризации п = 100-120 в количестве 1 % масс. Полученную массу сушили в сушильном шкафу при 100оС до влажности 5% и затем протирали через сетку с размерами ячеек 0,315 мм. В полученные гранулы вводили в качестве смазки стеарат цинка в количестве 0,1% и прессовали кольцевые заготовки 16х7х10 на автоматическом гидравлическом прессе под давлением 150 МПа. Полученные заготовки спекали в туннельной печи с регулируемой атмосферой азота и кислорода при 127 0оС и в вакуумной печи при 1350оС. Магнитную проницаемость определяли с помощью измерителя индуктивности ЭМ18-2. Химический состав партий контролировали с помощью установки рентгеноспектраль-ного анализа 1КЕ-4. Фазовый состав образцов определяли на установке рентгенофазового анализа «Дрон-3».
Для исследования материалов на основе ферритов систем используются различные методы, в том числе атомно-силовую микроскопию [21], инфракрасную спектроскопию [22, 23], растровую электронную микроскопию и т.д. Результаты рентгено-фазового анализа показывают, что спеченные изделия показали наличие только шпинельной фазы. В таблице 1 приведены составы исследованных образцов. Данные по зависимостям магнитной проницаемости от температуры приведены в таблице 2
равномерный рост путем более медленного процес- и на рисунках 1 - 4.
Составы исследованных образцов: Таблица 1
Марка 2000 НМ 6000 НМ (партияо12КР)
Компоненты 1 образец 2 образец 3образец 4 образец
Ее203 67% 67% 67% 65,81%
МпО 16,6% 16,6% 16,6% 17,17%
ZnO 16,4% 16,4% 16,4% 17,02%
Ы203 — — 0,4% —
СиО — 1% — —
Магнитные свойства ферритовых колец марки 2000НМ, полученных по технологии без предварительного синтеза шихты Таблица 2
Режим спекания Начальная магнитная проницаемость при температуре Тангенс потерь, 20°С
16°С 30°С 50° С 7 0° С 90° С 0,8 А/м 8 А/м
Гипербола, 1270°С 1571 1652 1652 1625 1462 45 17
Вакуумная печь 1350°С 2332 2358 2305 2144 54 37 14
Образец 1, 6e'j добавок, Т=1270
g 780
Р
о 770 6
Я 7(0 а
| 750 С
S* 710
g 730
Я
^ 720
¡6 20 30 S0 70 40 ПО "С
_ _| f
1/773
У 1
75-1 , 1 7*752
745 742 74lj 738
Рисунок 1 - Температурная зависимость магнитной проницаемости феррита марки 2000НМ (образец 1), полученной по КТС
2 образец, примесь 1% СиО, Т=1270
5 1200
S i юо
са
g 1000 о
вио
¿ 700 =
Я Ы)0
761
i ю «с
Рисунок 2 - Температурная зависимость магнитной проницаемости феррита марки 2000НМ (образец 2), полученной по КТС
3 образец, примесь висмут (B¡) 4г.
-*-Т-1270-«-Т-ШО
н 2ÍUU 1-. -¡-
о ____ 2332 235 S ТтлГ "—Ч
О
£. 1000
w — -
2358 2305 --Ч
2144\
> 1652 1652 1652\ У 462
\
м\ 76
30 50 70 W 110
U
Л
Рисунок 3 - Температурные зависимости магнитной проницаемости феррита марки 2000НМ (образец 3), полученной по КТС
777(1 j
С
о
0 fiS«i -
¡2
и 5 5830 •
£ АШ J
0
Ь, с 3SWI
- 2920 J
я
2 1950 ■
s)Ki ■■
10 ■
4 образец, марка 6000 НМ, без примесей
"-6000 КМ. Т-13Щ.В«. licit * ÍÍ000 НМ: 1-12У0: Гнгигрйила -»-«XXI НМ; Т=1560; tías, лечь
"6235-6358-6235—
НТО 3 356 1260
Ш 30 50 70 90 110 «С
Рисунок 4 - Температурная зависимость магнитной проницаемости феррита марки 6000НМ (образец 4), полученной по КТС
Как видно из данных, получение ферритовых изделий марки 2000НМ обеспечивается при легировании оксидом висмута и спекании в вакуумной печи при температуре 1350 оС, однако ферритовые изделия марки 6000НМ получаются только при спекании без легирующих добавок при температуре 1350 оС. Отрицательное влияние оксида висмута на высокопроницаемую марку 6000НМ можно объяснить сохранением прослоек оксида висмута по границам зерен, что снижает подвижность доменных границ в феррите и соответственно его магнитную проницаемость.
Заключение
По технологии КТС получены Мп^п-ферриты с магнитной проницаемостью до 6 тысяч. Исключение технологических операций синтеза шихты и последующего измельчения синтезированной шихты, позволяет сократить не только время, затрачиваемое на изготовление деталей, но и финансовые расходы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вергазов Р.М., Андреев В.Г. Исследование радиопоглощающих свойств Mg-Zn ферритов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. - Т. 2. - С. 188-189.
2. Николаев А.Н., Андреев В.Г. Влияние технологических факторов на свойства Mg-Zn-ферритов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. - Т. 2. - С. 118-120.
3. Грачева И.Е., Гареев К.Г., Мошников В.А., Альмяшев В.И. Исследование нанокомпозиционных материалов с иерархической структурой на основе системы У-Fe-SiO // Наносистемы: физика, химия, математика. 2012. - Т. 3. - № 5. - С. 111-124.
4. Gracheva I.E., Olchowik G., Gareev K.G., Moshnikov V.A., Kuznetsov V.V., Olchowik Ja.M. Investigations of nanocomposite magnetic materials based on the oxides of iron, nickel, cobalt and silicon dioxide // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2013. - V. 74. - № 5. - P. 656663.
5. Гареев К.Г., Лучинин В.В., Мошников В.А. Магнитные наноматериалы, получаемые химическими методами // Биотехносфера. 2013. - № 5 (29). - С. 2-13.
6. Hergt R. , Dutz S., Muller R. , Zeisberger M. Magnetic particle hyperthermia: nanoparticle magnetism and materials development for cancer therapy /// J. Phys.: Condens. Matter. 2006. - V. 18. - Р. 2919-2934.
7. Вергазов Р.М., Костишин В.Г., Андреев В.Г., Морченко А.Т., Комлев А.С., Николаев А.Н.Влияние легирующих добавок на свойства радиопоглощающих Mg-Zn-ферритов, полученных методом радиационно-термического спекания // Инженерный вестник Дона. 2013. - Т. 26. - № 3 (26). - С. 118.
8. Грачева И.Е., Мошников В.А., Гареев К.Г. Исследование магнитных пленочных нанокомпозитов и порошков ксерогелей, синтезированных зольгель методом // Физика и химия стекла. 2013. - Т. 39. -№ 3. - С. 460-472.
9. Методы контроля дисперсности порошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 475-477.
10. Гареев К.Г., Грачева И.Е., Казанцева Н.Е., Лучинин В.В., Мошников В.А., Петров А.А. Исследование продуктов золь-гель-процессов в многокомпонентных оксидных системах, протекающих с образованием магнитных нанокомпозитов // Нано- и микросистемная техника. 2012. - № 10. - С. 5-10.
11. Пронин И.А., Аверин И.А., Димитров Д.Ц., Карманов А.А. Особенности структурообразования и модели синтеза нанокомпозитных материалов состава SiO2-MexOy, полученных с помощью золь-гель-технологии // Нано- и микросистемная техника. 2014. - № 8. - С. 3-7.
12. Аверин И.А., Карманов А.А., Мошников В.А., Печерская Р.М., Пронин И.А. Особенности синтеза и исследования нанокомпозитных пленок, полученных методом золь-гель-технологии // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2012. - № 2. - С. 155-162.
13. Карманов А.А. Особенности синтеза материалов для чувствительных элементов мультисенсорных систем золь-гель методом // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2013. - Т. 2. - С. 115-118.
14. Аверин И.А., Игошина С.Е., Мошников В.А., Карманов А.А., Пронин И.А., Теруков Е.И. Чувствительные элементы датчиков вакуума на основе пористых наноструктурированных пленок SiO2-SnO2, полученных золь-гель методом // Журнал технической физики. - 2015. - Т. 85. - № 6. - С. 143-147.
15. Обзор методик получения нанопорошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 426-428.
16. Пронин И.А., Аверин И.А., Мошников В.А., Якушова Н.Д., Кузнецова М.В., Карманов А.А. Пер-коляционная модель газового сенсора на основе полупроводниковых оксидных наноматериалов с иерархической структурой пор // Нано- и микросистемная техника. 2014. - № 9. - С. 15-19.
17. Игошина С.Е., Аверин И.А., Карманов А.А. Моделирование газочувствительности пористых пленок на основе полупроводниковых оксидов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2014. - № 48. - С. 115-119.
18. Кононова И.Е., Гареев К.Г., Мошников В.А., Альмяшев В.И., Кучерова О.В. Самосборка фрактальных агрегатов системы магнетит диоксид кремния в постоянном магнитном поле // Неорганические материалы. 2014. -Т. 50. - № 1. - С. 75.
19. Костишин В.Г., Канева И.И., Андреев В.Г., Николаев А.Н., Волкова Е.И. Исследование возможности получения феррита марки 2000НМ по короткой технологической схеме. // Материалы электронной техники. 2013. - №1. - С.45-48.
20. Канева И.И., Костишин В.Г., Андреев В.Г., Николаев А. Н., Волкова Е.И.. Влияние добавок висмута на свойства Mn-Zn-ферритов. // Известия вузов. Материалы электронной техники. - 2014. -№2. - С.9 9-103.
21. Летюк Л.М., Журавлев Г.И. Химия и технология ферритов. Л.: Химия, 1973. - 236 с.
22. Канева И.И., Костишин В.Г., Андреев В.Г., Николаев А.Н., Луканина Е.В., Читанов Д.Н. Управление микроструктурой и свойствами ферритов с помощью двухстадийного синтеза // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2012. - № 2 (58). - С. 30-36.
23. Ильинский А.В., Мошников В.А., Пашкевич М.Э., Пермяков Н.В., Шадрин Е.Б. Атомно-силовое зондирование потенциального рельефа VO2-нанокомпозита // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. № 1. С. 126-131.
24. Аверин И.А., Карманов А.А., Печерская Р.М., Пронин И.А.Исследование золя ортокремневой кислоты методом ИК-спектрометрии //Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2012. -Т. 2. - С. 181-182.
25. Аверин И.А., Карманов А.А., Пронин И.А., Печерская Р.М. Использование ИК-спектроскопии для анализа тонких стекловидных пленок, полученных золь-гель методом // В сборнике: Университетское Образование Сборник статей XV Международной научно-методической конференции, посвященной 50-летию полета первого космонавта Ю.А. Гагарина. Под редакцией: В. И. Волчихина, Р. М. Печерской. 2011. С. 227-228.
26. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
27. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва,
2005.
28. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
29. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
30. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
УДК 004.627
Петрянин1 Д.Л., Горячев1 Н.В., Юрков1 Н.К.г Дмитриенко2 А.Г.
гФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
2ОАО "НИИФИ", Пенза, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ АРХИВАТОРОВ С ФУНКЦИЕЙ АНАЛИЗА ЭФФЕКТИВНОСТИ СЖАТИЯ ДАННЫХ
Архивация все чаще используется при передаче данных через локальные сети или/и сети Интернет, для экономичности трафика и времени передачи. Пропускная способность каналов связи более дорогостоящий ресурс, чем дисковое пространство, по этой причине сжатие данных до или во время их передачи еще более актуально. Здесь целью сжатия информации является экономия пропускной способности и в конечном итоге ее увеличение. Все известные алгоритмы сжатия сводятся к шифрованию входной информации, а принимающая сторона выполняет дешифровку принятых данных.
В настоящее время сжатие данных является трудоемкой задачей. Дело в том, что большинство пользователей или владельцев (авторов) информации хранят различную информацию в сжатом виде (в архивах), что уменьшает размер и в некоторой
степени защищает ее, например, от вирусов. Анализ подобных проблем был рассмотрен в [1] и [2], а по типу данных в [3] и [4].
Каждый архиватор обладает своими достоинствами и недостатками, такими как скорость сжатия и степень сжатия. Эти характеристики — обратно зависимые величины, т.е., чем больше скорость сжатия, тем меньше степень сжатия, и наоборот. Еще один параметр, который играет важную роль -это эффективность сжатия, который практически во всех архиваторах отсутствует.
Само сжатие данных обычно происходит значительно медленнее, чем обратная операция (разар-хивирование), т.к. при сжатии происходит поиск одинаковых цепочек данных, с последующей их заменой, в уменьшенном размере. Поэтому для сжатия того или иного файла или группы файлов, необходимо выбирать архиватор с наивысшим коэф-
