Ваш браузер устарел!

Браузер, которым вы пользуетесь для просмотра этого сайта, устарел и не соответствует современным технологическим стандартам Интернета.

Вы можете установить последнюю версию подходящего браузера, воспользовавшись ссылками ниже:


Вернуться к списку УНУ

Комплекс уникальных электрофизических установок для эффективной электронно-ионно-плазменной модификации поверхности материалов и изделий «УНИКУУМ»

Сокращенное наименование УНУ: УНИКУУМ

Базовая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Ведомственная принадлежность: Минобрнауки России

Классификационная группа УНУ: Электрофизические установки и ускорители

Год создания УНУ: 2015

Размер занимаемых УНУ площадей, кв. м: 170

Сайт УНУ: http://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/unu/unikuum/unikuum.html

Заказать услуги УНУ

Контактная информация:

Местонахождение УНУ:

  • Федеральный округ: Сибирский
  • Регион: Томская область
  • 634055, г. Томск, Академический просп., д. 2/3

Руководитель работ на УНУ:

Сведения о результативности за 2018 год (данные ежегодного мониторинга)

Участие в мониторинге: даЧисло организаций-пользователей, ед.: 8Число публикаций, ед.: 37Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %: 18.75

Информация об УНУ:

Комплекс уникальных электрофизических установок для эффективной электронно-ионно-плазменной модификации поверхности материалов и изделий, включающий шесть вакуумных пучковых и плазменных установок «СОЛО», «ДУЭТ», «ТРИО», «КВАДРО», «КВИНТА», «КОМПЛЕКС» каждая из которых по совокупности основных параметров и технологическим возможностям превосходит известные в мире установки такого класса. Это достигается за счёт эффективного использования для генерации низкотемпературной плотной газовой и металлической плазмы новых форм как самостоятельных, так и несамостоятельных сильноточных разрядов низкого давления. Однородная плазма, синтезированная в значительных ≥ 0,1 м^3 вакуумных объёмах, используется как для непосредственной обработки поверхности (очистка, активация, азотирование, напыление покрытий), так и в качестве эффективного эмиттера электронов и ионов в источниках заряженных частиц. Вакуумная электронно-пучковая установка «СОЛО», в основе которой лежит электронный источник с плазменным катодом на основе импульсного дугового разряда низкого давления с сеточной стабилизацией границы катодной плазмы. Установка полностью автоматизирована и позволяет управлять параметрами электронного источника, вакуумной системы и манипулятора при помощи компьютера. Использование плазменного катода позволяет плавно и независимо друг от друга изменять параметры генерации электронного пучка. Низкие энергии электронов (до 25 кэВ), используемые в электронном источнике, не требуют дополнительной радиационной защиты, так как генерируемое рентгеновское излучение полностью задерживается стенками камеры, изготовленными из нержавеющей стали. Расчетный срок эксплуатации 20 лет. Перечень основных организаций пользователей: НИ ТПУ, НИ ТГУ, ИЯФ СО РАН, ИЭФ УрО РАН, УГАТУ, СТАНКИН, ИРКУТ, УМПО, МВТУ, ООО "Проект Р", ООО "ППТ", КАМАЗ и др. Основные характеристики установки "СОЛО": габаритные размеры установки 1350х2150х2000 мм; размеры вакуумной камеры 600х500х400 мм; амплитуда тока пучка 20-250 А; энергия электронов 5-25 кэВ; длительность импульса тока пучка 20-200 мкс; частота следования импульсов 0,3-20 с^-1; плотность энергии пучка до 100 Дж/см^2; максимальная мощность, в зависимости от используемого источника питания ускоряющего напряжения 2-5 кВт; рабочее давление 0,01–0,05 Па; рабочий газ Ar; N2; диаметр отпечатка (зона оплавленной поверхности без использования режима сканирования) 1-3 см; размеры области сканирования манипулятора 165х180 мм; расход воды в системе охлаждения не менее чем 0,5 м^3/ч. Основные характеристики установки "ДУЭТ": энергия электронов 100-200 кэВ; амплитуда тока пучка (в атмосфере) 5-30 А; длительность импульсов тока пучка 10-100 мкс; частота следования импульсов 1-50 с^-1; размеры пучка 750×150 мм; неоднородность плотности тока по сечению пучка ±10%; максимальная средняя мощность пучка 4 кВт. Основные характеристики установки "ТРИО": размеры установки 2100×1600×2120 мм; размеры вакуумной камеры d=500, длина 500 мм; скорость нанесения покрытий до 3 мкм/ч; потребляемая мощность до 40 кВт; рабочее давление 0,05 - 1 Па; расход воды для охлаждения 2 м^3/ч. Основные характеристики установки "КВАДРО": размер вакуумной камеры 600х600х600 мм; давление 0,01 - 1 Па; скорость нанесения покрытий до 1,5 мкм/ч; размеры установки 2500х2500х2000 мм; потребляемая мощность до 50 кВт; расход воды для охлаждения 2 м^3/ч. Основные характеристики установки "КВИНТА": размер вакуумной камеры 650х650х770 мм; давление 0,01 - 1 Па; скорость нанесения покрытий до 6 мкм/ч; размеры установки 2500х2500х2000 мм; потребляемая мощность до 50 кВт; расход воды для охлаждения 2 м^3/ч. Основные характеристики установки "КОМПЛЕКС": размеры установки 2000х3600х2300 мм; вес до 3000 кг; потребляемая мощность до 70 кВт; напряжение питания 3 фазы 380/220 В; рабочее давление 0,01 - 2 Па; водяное охлаждение не более 5 м^3/час. В состав установки входят следующие основные узлы: рабочая водоохлаждаемая вакуумная камера для азотирования и напыления (диаметр внутренний 690 мм; ширина 350 мм); рабочая вакуумная камера для обработки электронным пучком (размеры внутренние 550х600х550 мм); водоохлаждаемый шибер для разделения камер (размеры внутренние 630х120х1390 мм); трёхкоординатный манипулятор (диапазон перемещения образцов 200х200х200 мм; грузоподъёмность манипулятора 5 кг; количество позиций крепления 3 шт; точность позиционирования ≤1 мм). Характеристики функциональных узлов установки: генератор газовой плазмы с накаленным катодом «ПИНК» (ток разряда 5 - 150 A; напряжение разряда 20 - 80 В; ток магнитной катушки 0,5 - 0,7 A; рабочее давление 0,05 - 1 Пa; рабочий газ Ar, N2; концентрация плазмы 10^9–10^11 cм^-3); дуговой испаритель ДИ-60 (ток дуги до 150 А; рабочее давление 0,02 – 1 Па; ток фокусирующей катушки 0,05 - 0,4 A; ток стабилизирующей катушки 0,6 - 1 A; скорость напыления покрытий до 5 мкм/час); электронный источник «СОЛО» (ток пучка 20 - 250 A; энергия электронов 5 - 30 кэВ; длительность импульса 20 - 250 мкс; частота следования импульсов 0,3 - 10 с^-1).

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами, многофункциональность и междисциплинарность УНУ:

По совокупности основных параметров весь ряд входящих в УНУ «УНИКУУМ» установок превосходит известные отечественные и зарубежные аналоги и может успешно использоваться как для изучения физических процессов генерации плотной низкотемпературной плазмы и интенсивных электронных пучков субмиллисекундной длительности, так и для модификации поверхности различных материалов и изделий с использованием плазменных потоков и электронных пучков. Электронно-пучковая установка «СОЛО» на основе плазменного катода с сеточной стабилизацией границы эмиссионной плазмы может формировать плотный низкоэнергетический импульсно-периодический электронный пучок с плотностью энергии до ≈ 100 Дж/см^2, что отличает его от аналогов. Установка «ДУЭТ» предназначена для генерации широкоаппертурного 15×75 см^2 электронного пучка, выведенного через фольговое выпускное окно в атмосферу или газ высокого давления. Использование импульсного дугового разряда в плазменном эмиттере этого источника позволяет реализовать ряд общеизвестных преимуществ, которые недостижимы в других электронных источниках подобного типа. Источник обладает высокой энергетической эффективностью, однородностью плотности тока и большим сроком службы. Вакуумные ионно-плазменные установки «ТРИО» и «КВАДРО» используют соответственно три и четыре уникальных плазмогенератора для синтеза как газовой, металлической, а также смешанной газометаллической плотной плазмы, используемой для модификации поверхности материалов и изделий. Автоматизированная вакуумная ионно-плазменная установка «КВИНТА» (пять автономных плазмогенераторов) используется для нанесения различных покрытий и ионно-плазменной обработки материалов и изделий. Использование сразу нескольких дуговых источников и возможность работы на разных газах (Ar, N2, O2 и др.) позволяет создавать композиционные покрытия с различными уникальными свойствами. Для генерации объёмной газовой плазмы используется плазменный источник с накалённым катодом «ПИНК» также разработанный в ИСЭ СО РАН. Использование наряду с аксиальными протяжённых источников газовой и металлической плазмы позволяет получать более однородные по толщине и качеству покрытия, которые могут конкурировать со многими зарубежными аналогами. Установка «КОМПЛЕКС» позволяет в едином вакуумном цикле осуществлять в любой последовательности и необходимом количестве процессы плазменного азотирования поверхности, плазменно-ассистированного электродугового напыления пленок и покрытий и электронно-пучкового миксинга напылённого слоя. С использованием этого комплекса установок можно проводить исследования по взаимодействию плотных электронных и плазменных потоков на поверхность материалов и изделий с целью направленной модификации её структуры и, соответственно, функциональных свойств, причём эти исследования будут иметь мировой уровень новизны, т. к. проводятся при нереализованных ранее параметрах.

Наиболее значимые научные результаты исследований (краткое описание):

1. Впервые продемонстрирована возможность многократного повышения твердости (до 10 раз) и износостойкости (десятки раз) поверхности образцов силумина (сплав алюминий-кремний) эвтектического состава при облучении субмиллисекундным интенсивным электронным пучком системы «твердое покрытие ZrN/силумин». Синтезированная система перспективна для применения в двигателестроении. 2. Разработана методика и продемонстрирована возможность легирования титана кремнием с образованием многослойного композитного материала Ti (основа)/Ti5Si3 (поверхностный слой), представляющего особый интерес как высокотемпературный легкий материал вследствие формирования высокотемпературного (Тпл = 2400 К) силицида титана состава Ti5Si3, синтезируемого в едином вакуумном цикле при воздействии высокоинтенсивного электронного пучка субмиллисекундной длительности на систему «пленка (кремний)/подложка (титан)», сформированную в результате распыления кремния пучком электронов. 3. Вакуумно-дуговым методом с плазменным ассистированием были получены сверхтвердые (до 52 ГПа) покрытия Ti-Cu-N, Ti-Al-N, Ti-Si-N, Ti-Cr-N с нанокристаллической структурой (d=5—20 нм) и низким коэффициентом трения (< 0.3). Исследования, проведенные с помощью рентгеноструктурного анализа с использованием синхротронного излучения in-situ, показали, что деградация многокомпонентных покрытий не начинается вплоть до температуры 800 °C. Исследования на износ покрытий показали, что нанесение на поверхность метчиков, изготовленных из быстрорежущей стали, с покрытием TiN/Ti-Cu-N общей толщиной 3 мкм позволило увеличить их срок службы, более чем в 4 раза. 4. Установлено, что облучение интенсивным импульсным электронным пучком (установка «СОЛО») поверхности образцов титанового сплава ВТ6, полученных методом селективного сплавления металлического порошка (размер частиц 40—100 мкм) в вакууме с помощью непрерывного электронного пучка (установка фирмы Arcam, Швеция), позволяет, вследствие сверхбыстрого плавления поверхностного слоя на глубину нескольких десятков микрометров за один импульс, многократно снизить, за счёт действия сил поверхностного натяжения расплава, пористость и шероховатость поверхностного слоя металлических изделий (шероховатость титанового сплава ВТ6 уменьшилась в ≈ 20 раз) и улучшить прочностные и усталостные свойства образцов. Разработанный метод может найти применение для финишной обработки поверхности металлических изделий различного назначения, полученных методом аддитивного производства, что расширит сферу их использования. 5. Установлено, что формирование поверхностных сплавов Al-Ti путем электродугового напыления в вакууме и последующего плавления системы «пленка (титан)/(алюминий) подложка» импульсным электронным пучком сопровождается формированием субмикро- и нанокристаллической структуры и многократным повышением твердости и износостойкости модифицированного слоя. Показано, что максимальные значения механических и трибологических свойств достигаются в условиях многоцикловой (20 циклов; толщина пленки титана 0,5 мкм в цикле) «напыление/облучение» обработки: твердость легированного слоя 2,3 ГПа, что превышает твердость поверхности алюминия марки А7 в ≥ 8,5 раз; коэффициент износа 3·10-4 мм^3/(Н·м), что меньше коэффициента износа (выше износостойкость) исходного алюминия в ≈ 50 раз. Это достигается при следующих параметрах облучения: 15 Дж/см^2, 50 мкс, 10 имп.; общая толщина упрочненного слоя составляет 60 мкм. Разрабатываемый метод поверхностного легирования алюминия и сплавов на его основе может найти применение при создании современной авиакосмической техники. 6. Показано, что поверхностное легирование керамики на основе диоксида циркония, широко применяемой в аэрокосмической (в качестве высокотемпературных коррозионностойких и теплозащитных покрытий) и военной технике (элементы прозрачной брони), медицине, энергетической промышленности (в качестве электролита для твердооксидных топливных элементов), осуществленное плавлением системы «пленка (Ti)/(ZrO2+Y2O3-керамика) подложка» интенсивным импульсным электронным пучком, сопровождается легированием титаном слоя толщиной ≈18 мкм, формированием оксидов состава Ti3O5 и Y2TiO5, что приводит к пластификации поверхностного слоя керамики (повышению коэффициента текучести в 1,4 раза) и увеличению микротвёрдости модифицированного поверхностного слоя на ≈ 10 %. Исследованный метод модификации поверхности керамики на основе диоксида циркония может найти применение при создании современной авиакосмической техники.

Направления научных исследований, проводимых на УНУ:

  • разработка физических основ оборудования и технологий по взаимодействию плотных электронных и плазменных потоков с набором уникальных параметров на поверхность материалов и изделий с целью направленной модификации её структуры и функциональных свойств;
  • исследование структуры и эмиссионных свойств сильноточных газовых разрядов и создание на их основе эффективных источников заряженных частиц с плазменными эмиттерами.

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):

    Индустрия наносистем

Фотографии:

Состав УНУ и вспомогательное оборудование: (номенклатура — 6 ед.)

Ионно-плазменная установка для азотирования «ТРИО»
Фирма-изготовитель:  Лаборатория плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН
Страна происхождения фирмы-изготовителя:  Россия
Год выпуска:  2008
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Вакуумная ионно-плазменная установка «ТРИО» использует три уникальных плазмогенератора для синтеза газовой плотной плазмы, используемой для модификации поверхности материалов и изделий. Для генерации объёмной газовой плазмы используется плазменный источник с накалённым катодом «ПИНК», также разработанный в ИСЭ СО РАН.

Ионно-плазменная установка для комплексной обработки поверхности материалов и изделий «КВИНТА»
Фирма-изготовитель:  Лаборатория плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН
Страна происхождения фирмы-изготовителя:  Россия
Год выпуска:  2012
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Автоматизированная вакуумная ионно-плазменная установка «КВИНТА» используется для нанесения различных покрытий и ионно-плазменной обработки образцов и изделий. Использование сразу нескольких (пяти) дуговых источников и возможность работы на разных газах (Ar, N2, O2 и др.) позволяет создавать композиционные покрытия с различными свойствами. Для генерации объёмной газовой плазмы используется плазменный источник с накалённым катодом «ПИНК» также разработанный в ИСЭ СО РАН. Использование наряду с аксиальными протяжённых источников газовой и металлической плазмы позволяет получать более однородные по толщине и качеству покрытия, которые могут конкурировать со многими зарубежными аналогами, а по ряду параметров превосходить их.

Ионно-плазменная установка для напыления покрытий «КВАДРО»
Фирма-изготовитель:  Лаборатория плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН
Страна происхождения фирмы-изготовителя:  Россия
Год выпуска:  2006
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Вакуумная ионно-плазменная установка «КВАДРО» использует четыре уникальных плазмогенератора для синтеза как газовой, металлической, а также смешанной газометаллической плотной плазмы, используемой для модификации поверхности материалов и изделий. Использование сразу нескольких дуговых источников и возможность работы на разных газах (Ar, N2, O2 и др.) позволяет создавать композиционные покрытия с различными свойствами. Для генерации объёмной газовой плазмы используется плазменный источник с накалённым катодом «ПИНК» также разработанный в ИСЭ СО РАН.

Установка электронно-ионно-плазменного инжиниринга поверхности материалов и изделий «КОМПЛЕКС»
Фирма-изготовитель:  Лаборатория плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН
Страна происхождения фирмы-изготовителя:  Россия
Год выпуска:  2016
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Данная установка включает в себя все отдельные виды плазменной, ионной и электронной обработок, отработанные на разработанных в лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН электрофизических установках «ТРИО», «КВИНТА» и «СОЛО». Установка «КОМПЛЕКС» позволяет в едином вакуумном цикле осуществлять в любой последовательности и необходимом количестве процессы плазменного азотирования поверхности, плазменно-ассистированного электродугового напыления пленок и покрытий и электронно-пучкового миксинга напылённого слоя.

Электронно-пучковая установка «СОЛО»
Фирма-изготовитель:  Лаборатория плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН
Страна происхождения фирмы-изготовителя:  Россия
Год выпуска:  2008
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Вакуумная электронно-пучковая установка «СОЛО», в основе которой лежит электронный источник с плазменным катодом на основе импульсного дугового разряда низкого давления с сеточной стабилизацией границы катодной плазмы. Установка полностью автоматизирована и позволяет управлять параметрами электронного источника, вакуумной системы и манипулятора при помощи компьютера. Использование плазменного катода позволяет плавно и независимо друг от друга изменять параметры генерации электронного пучка. Низкие энергии электронов (до 25 кэВ), используемые в электронном источнике, не требуют дополнительной радиационной защиты, так как генерируемое рентгеновское излучение полностью задерживается стенками камеры, изготовленными из нержавеющей стали. По совокупности параметров (Энергия электронов 5-25 кэВ, ток пучка 50-200 А, длительность импульса 10-200 мкс, частота следования импульсов тока пучка 1-10 1/с) данная установка превосходит зарубежные аналоги и может успешно использоваться для модификации поверхности различных материалов и изделий.

Электронный источник с пучком большого сечения «ДУЭТ»
Фирма-изготовитель:  Лаборатория плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН
Страна происхождения фирмы-изготовителя:  Россия
Год выпуска:  2014
Количество единиц:  1
Назначение, краткая характеристика: Установка «ДУЭТ» предназначена для генерации широкоаппертурного 15×75 см2 электронного пучка, выведенного через фольговое выпускное окно в атмосферу или газ высокого давления. Использование импульсного дугового разряда в плазменном эмиттере этого источника позволяет реализовать ряд общеизвестных преимуществ, которые недостижимы в других электронных источниках подобного типа.

Услуги УНУ: (номенклатура — 9 ед.)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем; Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Науки о жизни; Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем; Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем; Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем; Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем; Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем; Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем; Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Приоритетные направления (указ Президента РФ N 899):  Индустрия наносистем; Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика

Методики измерений, применяемые на УНУ: (номенклатура — 3 ед.)

Методика зондовых измерений параметров плазмы разрядов низкого давления с помощью автоматизированной системы зондовых измерений
Методика уникальна:  нет

Методика измерения вольтамперных характеристик разрядов низкого давления, функционирующих в значительных вакуумных объёмах
Методика уникальна:  нет

Методика измерения распределения плотности энергии по сечению импульсного электронного пучка с помощью секционированного калориметра
Методика уникальна:  нет

Вернуться к списку УНУ

 

Для просмотра сайта поверните экран