CC BY
61
УДК 61.616-71
Климова Е.И., Мещеряков А.С.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЗРЫВНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ, В ЧАСТНОСТИ ПОРОШКОВЫХ
Необходимость исторического подхода к анализу взрывных технологий обусловлена двумя факторами: масштабным внедрением в технические технологии высокотермостойких полимерных порошковых материалов с низкой деформируемостью и созидательной (мирной) сущностью применения взрывчатых веществ, в отличие от разрушительной. Исторические факты свидетельствуют о том, что научного подхода к применению взрывчатых веществ не было до середины 60-х годов ХХ века. В основном они использовались в военных целях, т.е. разрушающих, оказывая «уничтожающее действие».
Так, в монографии Р. Прюммера [5] приведены факты применения взрывчатых веществ еще в древние времена: монголами (1232 г.), пороховые смеси (XIII в.), нитроцеллюлоза (1845 г.), нит-роглицирин (1867 г.), комбинация нитроглицирина и нитроцеллюлозы (1867-1888 г.г.).
Первым же технологическим использованием взрыва была штамповка металлических пластин (1888 г.), далее была осуществлена взрывная заклепка, осуществлено взрывное формование алюминиевых сидений для самолетов.
Однако, то «уничтожающее действие», о котором нам повествовали мыслители древних времен направлялося на оборонительные (т.е. мирные) цели: глубокие рвы вокруг крепостей, каналы для водяных потоков и котлованы для хранения воды и других жидких сред [4].
В теории и практике инженерного проектирования бинарных технологий (прессование + спекание) в последнее время получили развитие технологии взрывного прессования и активированного спекания изделий из порошковых материалов, в том числе и труднодеформируемых, тем более, что порошки металлов применяли и в древнейшие времена. Порошки меди, серебра и золота применяли в красках для декоративных целей в керамике, живописи во все известные времена, о чем подробно изложено в трудах коллектива авторов Волгоградского государственного технического университета [1, 6]. При раскопках найдены орудия из железа древних египтян (за 3000 лет до нашей эры), знаменитый памятник из железа в Дели относится и 300 году нашей эры. До 19 века не было известно способов получения высоких температур (около 1600-1800 С). Указанные предметы из железа были изготовлены кричным методом: сначала в горнах при температуре 1000 С, восстановлением железной руды углем получали крицу (губку), которую затем многократно проковывали в нагретом состоянии, а завершали процесс нагревом в горне для уменьшения пористости.
С появлением доменного производства от крицы отказались и о порошковой металлургии забыли.
Заслуга возрождения порошковой металлургии и превращения в особый технологический метод обработки принадлежит русским ученым П.Г. Соболевскому и В.В. Любарскому, которые в 182 6 г., за три года до работ англичанина Воллстана, разработали технологию прессования и спекания платинового порошка.
После первых работ П.Г. Соболевского по разработке процесса изготовления монет из порошка платины, выполненных в России в 182 6 - 1827 гг. стало развиваться новое направление в науке -порошковая металлургия.
В 1924 г. Т.М. Алексеенко-Сербиным была организована первая лаборатория тугоплавких металлов на Московском электроламповом заводе, а затем создана мощная сеть научных учреждений, таких как Институт проблем материаловедения АН Украины, НИИ твердых сплавов, НИИ порошковой металлургии Белорусского политехнического института, ЦНИИЧМ им. Бардина, НИИТ Автопром, ВИЛС, ВНИИЭМ, КТБ МИ, Институт титана, Гипроникель, ИМЕТ им. Байкова и другие.
Большое участие в решении проблем порошковой металлургии принимают кафедры многих высших учебных заведений - Московского института стали и сплавов, Киевского, Новочеркасского, Нижегородского, Пермского, Ереванского политехнических институтов, Харьковского университета и т.д.
После организации Г.А. Меерсоном в 1923 г. на Московском кабельном заводе производства порошка вольфрама и получения в 1932 г. на Ленинградском механическом заводе первых промышленных партий порошка электролитического железа, работы ученых привели к созданию ряда оригинальных процессов изготовления металлических порошков, которые нашли широкое применение в различных отраслях промышленности.
Процесс получения железного порошка комбинированным восстановлением окалины газом и сажей в 1948 - 1958 гг. был положен в основу строительства Броварского завода порошковой металлургии (Украина). В 1953 - 1957 гг. организовано производство порошков сложнолегированных сталей и сплавов методом металлотермического восстановления. Разработан метод получения легированных порошков железа диффузионным насыщением. Получены порошки карбонильным методом, механическим измельчением, исследуются процессы получения порошков восстановлением окислов, электролизом водных растворов и расплавленных сред. Внедрены методы получения металлических порошков распылением расплавов.
В настоящее время изготавливаются в промышленном масштабе порошки таких металлов, как железо и его сплавы, никель, медь, кобальт, алюминий, титан, олово, цинк, свинец, магний, вольфрам, молибден, тантал, ниобий и другие.
Существенные успехи достигнуты в разработке теоретических основ и технологии процессов прессования и формования изделий из порошков.
Первые системные исследования, выполненные в 1936 - 1937 гг., положили начало развитию работ в этой области. Исследованы закономерности прессования в пресс-формах, освоены процессы вибрационного уплотнения, гидростатического и изоста-тического, горячего, динамического и взрывного прессования, горячей штамповки, формования порошков прокаткой и т.д.
1926 - 1946 гг. - начало работ в области теоретических основ процессов спекания. Исследования в этой области позволили оптимизировать ряд технологических режимов и создать новые процессы - например, активированное спекание вольфрама, спекание металлоалмазных композиций инструментального назначения, изготовление электроконтактных, антифрикционных и конструкционных изделий с применением пропитки расплавленными металлами и пр. Анализ научных исследований в России и за рубежом показывает, что возникла необходимость в комплексном подходе к изучению свойств спекаемых изделий из порошковых материалов, в частности из керамико-полимерных материалов.
Проектирование бинарной технологии получения керамико-полимерных материалов, обладающих специальными свойствами мы сочли целесообразным разделить на две самостоятельные части: взрывное прессование и активированное спекание.
Теоретические и практические изыскания в сфере материаловедения указывают на неоспоримый факт о том, что функциональные свойства материалов необходимо изучать в контексте схемы: материал-технология. Если речь идет об изделиях из металлических материалов, то они могут быть получены наиболее простыми технологиями, известными с давних времен: литьем, ковкой, штамповкой, прокаткой и др. Однако изделия из окислов, карбидов, боридов, нитридов, алмазов и др. ком-
понентов можно получить в основном методами порошковой металлургии, требующими не только прессования, но и спекания. Далее мы в своем исследовании будем их называть бинарными.
В 195 6 году в Советском Союзе была опубликована статья Ю.Н. Рябинина, в которой приведены исследования, показывающие, что в результате взрывного воздействия в обрабатываемом материале происходят физико-механические превращения материалов [5]. Этот период считается началом развития нового научного направления - химии ударных волн (химии ударно-волнового сжатия): сварка металлов взрывом, прессование порошков, получение алмазов и других композитов. Началась эра взрывного материаловедения.
Так, в 1960 году в Волгоградском государственном техническом университете получили развитие исследования по проблеме использования энергии взрыва для создания материалов с новыми свойствами [3,7].
В 197 0 году в этом вузе разработаны технологические основы использования взрывной обработки в порошковой металлургии, сформулированы принципы получения различных композиционных материалов, биметаллов и других слоистых материалов. В 1972 году разработаны и внедрены в производство металлополимерные материалы с применением энергии взрыва с уникальными функциональными свойствами.
Научные исследования по взрывной обработке материалов в Волгоградском государственном техническом университете развивались в следующих направлениях: создание многослойных материалов нового поколения - слоистых интерметаллидных композитов; получение и использование активированных взрывом полимерных порошков и керамико-полимерных композитов с уникальными служебными свойствами; получение из труднодеформируемых по-
рошков методами взрывных технологий новых материалов, обладающих совершенно новыми функциональными свойствами. Все эти работы получили известность не только в СССР, но и за рубежом: США, Чехословакии, Югославии, Индии [7].
На сегодняшний день можно констатировать, что значительных успехов по взрывной обработке различных материалов достигли ученые Пензенского государственного университета, в том числе и по взрывной обработке при получении керамических и полимерно-керамических пьезочувствительных материалов.
Разработке научных основ технологических процессов взрывного прессования порошковых материалов, изучению их структуры, функциональных свойств, посвящено множество научных работ: диссертаций (докторских и кандидатских), патентов, изобретений, монографий, статей, учебных пособий, книг и других изданий.
На кафедре «Сварочное, литейное производство и материаловедение» создана концепция управления структурой и свойствами сегнетокерамических материалов; математическая модель взрывного прессования порошков скользящей ударной волной; впервые показана возможность управления фазовым составом сегнетокерамических материалов систем цирконат - титанат свинца и цирконат - титанат кремния без изменения их стехиометрических составов. Диссертационные работы А.Е. Розена, О.Н. Логинова и других авторов, в основу которых заложены труды руководителей новых научных школ Анцифирова В.Н., Атрощенко Э.С., Бацанова С.С., Дорофеева Ю.Г. и др. [2,6].
Рамки данной статьи не позволяют охватить в полной мере тот научный, теоретический и практический объем исследований, его глубину и ценность для науки и практики в целом для страны и мирового сообщества. Нужны глобальные долгосрочные исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Адаменко, Н.А. Взрывная обработка металлополимерных композиций / Н. А. Адаменко, А. В. Фетисов, А. В. Катуров // ВолгГТУ, - Волгоград, 2007. - 240 с.
2. Логинов О.Н. «Получение керамических и полимерно - керамических материалов на основе цирконата - титаната свинца взрывным нагружением». Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Пенза, ПГУ, 2003 - 26 с.
3. Научные школы Волгоградского государственного технического университета: История стнновления и развития (под ред. И. А. Новакова, В. И. Лысака. - Волгоградского государственного университета "Издатель" , 2000. - 296 с.
4. Проектирование взрывных работ М. "Недра", 1974, 328 с. Авт: Б. Н. Кутузов, Ю. К. Валухин, С. А. Давыдов.
5. Р. Прюммер. Обработка порошкообразных материалов взрывом: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990.- 120
с.
6. Розен А.Е. «Разработка научных основ технологических процессов взрывного прессования, формирование структуры и свойств сегнетокерамических материалов». Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - Волгоград, Волгоградский государственный технический университет, 1999 г. - 270 с.
7. 70 лет Волгоградскому государственному техническому университету. 1930 - 2000 г. г. (Исторический очерк) / Коллектив авторов, науч. ред. И. А. Новаков / ВолгГТУ, Волгоград, 2000 - 240 с.
УДК 621.396.7
Жихарев К.В., Кочегаров И.И., Юдин А.А., Самаров2 В.В., Васильев А.С., Романенко3 Ю.А.
!фГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
2ООО «16 НИИЦ», Россия, г. Мытищи
3Филиал ВАРВСМ им. Петра Великова, г. Серпухов
ОБЗОР РЕШЕНИЙ В СФЕРЕ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДВИЖЕНИЯ
В работе рассмотрены предложения производителей микроэлектроники в сфере датчиков движения, их типичные применения, раскрыты основные параметры таких устройств, а также проведено сравнение схожих по характеристикам устройств
фоны, генераторы электроэнергии, интерферомет-рические модуляторы, оптические переключатели, датчики давления. Наиболее широкое распространение получили акселерометры и гироскопы, выполненные по МЭМС-технологиям. Применяются они, в основном, для получения информации о положении некоторого устройства, поэтому будем называть их датчиками движения. Также такие датчики нашли своё применение в цифровых камерах, в контроллерах подушек безопасности автомобиля, в квадро-коптерах, игровых приставках, в робототехнике, носимых устройствах.
Некоторый выигрыш в точности определения положения устройства даёт совместное использование
Микроэлектромеханические системы (МЭМС) - системы, основанные на внедрении механических составляющих в микроэлектронные изделия. В основу функционирования таких систем положены различные физические принципы, такие как эффект Холла, закон Гука, пьезоэлектрический эффект и т.п. Несмотря на кажущиеся принципиальные отличия от обыкновенных однокристальных интегральных микросхем, методы их изготовления аналогичны - технологии микрообработки, включающие в себя литографию, травление т.д.
На основе МЭМС-технологий удаётся сделать множество различных устройств, такие как микро-
