- •Минобрнауки россии__________________
- •И.А. Туркин, с.А. Суворов проблемно-целевое проектирование научного эксперимента в материаловедении высокотемпературных наноструктурированных материалов и изделий
- •1 Постановка и анализ задач проектирования научного эксперимента
- •1.1 Инвариантные понятия техники
- •1.1.1 Характеризация технических объектов и нанообъектов
- •1.1.2 Систематика задач поиска и выбора технологических
- •1.2 Критерии развития техники и технических объектов
- •1.2.1 Условия выбора и характеристики критериев
- •1.2.2 Функциональные критерии
- •1.2.3 Технологические критерии
- •1.2.4 Экономические критерии
- •1.2.5 Антропогенные критерии
- •1.3 Законы строения и развития техники
- •1.3.1 Закон прогрессивной эволюции техники
- •1.3.2 Закон соответствия между функцией и структурой
- •1.3.3 Закон стадийного развития техники
- •1.4 Списки недостатков и требований при разработке новых технических объектов
- •2 Функциональный анализ технических объектов
- •2.1 Описание функциональной структуры технического
- •2.1.1 Построение функциональной структуры технического
- •2.1.2 Описание физической операции, реализуемой с помощью технического объекта
- •2.1.3 Описание принципа реализации физико-химических
- •2.2 Методика постановки задачи по улучшению характеристик прототипа.
- •Системный выбор конкурентоспособных решений при разработке новых технических объектов
- •3 Проектирование научного эксперимента в материаловедении
- •Основные функции и критерии развития
- •3.1.1 Элементы функциональной наноструктуры
- •3.1.2 Физико-химические и размерные эффекты при изготовлении и эксплуатации высокотемпературных наноструктурированных материалов
- •3.1.3 Анализ технологических решений при разработке
- •3.2 Схемы экспериментального анализа наноматериалов
- •3.2.1 Порядок экспериментального анализа наноматериалов при заданной функции и прототипе
- •3.2.2 Порядок экспериментального анализа наноматериалов при заданной функции
- •3.2.3 Порядок экспериментального анализа при разработке новых
- •Заключение
- •190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26
3.1.3 Анализ технологических решений при разработке
высокотемпературных наноматериалов
Рассматриваемый морфологический метод основан на комбинаторике, Суть его состоит в том, что в разрабатываемом процессе изготовления изделия выделяют группу технологических признаков. Для каждого признака выбирают альтернативные варианты, т.е. возможные варианты его исполнения или реализации. Комбинируя их между собой, можно получить множество различных технологических решений, в том числе представляющих практический интерес.
Наиболее распространенная модификация метода основана на функциональном подходе. В качестве основных признаков выбирают взаимосвязанный набор функциональных технологических этапов, а в качестве альтернативных вариантов – различные способы реализации каждого этапа. Дополнительно выбирают критерий качества, т.е. такой наиболее важный количественный показатель или параметр ТО, с помощью которого из нескольких допустимых вариантов выбирают оптимальный.
Для проведения анализа строят морфологическую таблицу на основе функциональной структуры технологического процесса.
Основной критерий качества процесса – выход продукта.
Анализ альтернативных вариантов реализации этапов процесса синтеза материала алюмомагниевой шпинели по уровню основного критерия – выход продукта, приводит к выводу, что использование в качестве сырьевого компонента металлического алюмомагниевого сплава марки ПАМ-4 со стехиометрическим соотношением компонентов при минимальных дополнительных энергетических затратах обеспечивает максимальный выход продукта.
Таблица 6 Морфологическая таблица возможных вариантов процесса синтеза алюмомагниевой шпинели.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Разработка технического решения требует включения в оценку практических перспектив предлагаемого варианта всех групп критериев и, прежде всего, критерия технологических возможностей. Порошковые металлы и сплавы в технологии огнеупорных материалов можно отнести к группе Ан2 – новые элементы, изготовление которых вызывает значительные трудности – небольшие объемы производства при высокой цене. Их использование в настоящее время эффективно в качестве, активирующих процесс синтеза, добавок к стандартным элементам – оксиды. Наилучшим техническим решением, с позиции оптимизации всех взаимосвязанных критериев процесса синтеза алюмомагниевой шпинели, является шихта на основе оксидов алюминия и магния с добавкой порошка сплава ПАМ-4 в количестве 5-10%. Термообработка смеси в виде брикета при температуре 1400-1500 оС обеспечивает выход не менее 90%.