Preview

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук

Расширенный поиск
Научно-практический рецензируемый журнал

Научный журнал «Известия Национальной  академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук» зарегистрирован Министерством информации Республики Беларусь 18 мая 2009 г. в Государственном реестре средств массовой информации за № 391. Периодичность – 4 номера в год. Территория распространения – Республика Беларусь, зарубежные страны (по подписке и в розницу).

В журнале публикуются результаты научных исследований, проводимых в Национальной академии наук Беларуси, других научных учреждениях и вузах республики, а также стран зарубежья по широкому спектру направлений физико-технических наук, включая материаловедение и машиностроение, энергетику, в том числе атомную, механику, тепломассообменные, информационные и водородные технологии, электронику, приборостроение, нанотехнологии, техническую диагностику, неразрушающий контроль, безопасность технических систем и природных объектов. В рубрике «Ученые Беларуси» журнал отмечает юбилеи известных ученых, знакомит читателей с их биографией и трудами.

Журнал входит в «Перечень научных изданий Республики Беларусь для опубликования результатов диссертационных исследований», включен в базу данных Российского индекса научного цитирования (РИНЦ), а также в международную базу данных Сhemical Abstracts. Содержание номеров журнала и аннотации размещенных в нем статей размещаются на сайте издателя – belnauka.by и сайте НАН Беларуси –  nasb.gov.by.

Объем журнала – 128 с.

Внесен в каталог подписных изданий Республики Беларусь: индекс для индивидуальной подписки – 74843, ведомственной – 748432.

 

Текущий выпуск

Том 65, № 3 (2020)
Скачать выпуск PDF

К 60-ЛЕТИЮ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

263-271 46
Аннотация
Рассмотрены способы непосредственной и косвенной оценки качества смешивания дисперсных твердофазных компонентов в жидком полимерном связующем. Показано, что ряд получивших развитие в других областях технологии материалов способов количественной оценки смешивания (связанных с экстракцией твердофазных компонентов), не пригоден для контроля энергонасыщенного гетерогенного композиционного материала (ЭГКМ). Экспериментальным способом выявлены критериальные значения (диапазон) плотности ЭГКМ и определены основные группы характеристик ЭГКМ, обеспечивающих приемлемые эксплуатационные свойства данного материала. С использованием современного оборудования по апробированным методикам проведен комплекс исследований по установлению степени равномерности распределения в ЭГКМ частиц твердофазных компонентов, наличия, формы, размеров и распределения в объеме дефектов структуры материала, физико-механических свойств ЭГКМ после полимеризации. На основе сопоставления результатов инструментального определения основных характеристик ЭГКМ (структурных, физических) с эксплуатационными свойствами материала в зависимости от длительности процесса смешивания на конкретном оборудовании при прочих равных условиях установлено, что для успешного решения технологических задач приемлемым является способ косвенной оценки качества смешивания по итогам определения плотности ЭГКМ после его полимеризации. Этим может быть обеспечен оперативный выходной контроль качества конечного продукта, не требующий значительных материальных и временных затрат, при разработке технологических процессов и в ходе производства ЭГКМ.
272-284 49
Аннотация
Рассмотрены примеры реализации способов порошковой металлургии и их отдельных элементов в процессах получения материалов со специальными свойствами и изделий их них. Показана возможность и оценены результаты получения радиопоглощающих и радиопрозрачных материалов в виде сплошных тел и покрытий. Дополнение традиционных для порошковой металлургии технологических переходов, обеспечивающих в целом производство радиопрозрачных материалов, процессами механоактивированного синтеза и механоактивированного самораспространяющегося высокотемпературного синтеза на стадиях подготовки порошков к формованию позволяет осуществить переход к получению радиопоглощающих материалов. Высокая эффективность радиопрозрачных и радиопоглощающих материалов подтверждена экспериментально. Переход от однокомпонентного состава исходной шихты через формирование фазового состава материала за счет включения в перемешиваемую шихту порошковых компонентов, состав и кристаллическое строение которых остаются неизменными на всех этапах его получения, к синтезу требуемого фазового состава за счет взаимодействия порошковых компонентов на одной из стадий технологического передела позволяет получать, например, карбидокремниевую керамику непосредственно в практически полезных изделиях, в частности в подложках оптических зеркал для дистанционного зондирования Земли. Разработанные в порошковой металлургии технологические операции стали основой для получения энергонасыщенных гетерогенных композиционных материалов. Активно развивающиеся аддитивные технологии как относительно новая ветвь порошковой металлургии расширяют ее возможности до практически необозримых пределов.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯ

285-291 45
Аннотация
Одним из способов повышения эффективности реализации ионно-плазменных технологий воздействия на поверхности различных материалов является частичная или полная компенсация положительного заряда ионов в потоке или на обрабатываемой поверхности, для чего используются дополнительные эмитирующие системы, которые создают компенсирующие электронные потоки в разрядное пространство, ускоряющий промежуток или на обрабатываемую поверхность. Для реализации такого компенсирующего воздействия возможно применение плазменных источников заряженных частиц, способных при изменении полярности ускоряющего напряжения формировать пучки обоих знаков. Основная проблема при этом заключается в сложности достижения одновременно высокой эффективности эмиссии ионов и электронов, поскольку условия их эмиссии из плазмы существенно различаются. В данной статье предложена концепция и разработанная на ее основе конструкция макета мультиразрядного плазменного электронно-ионного источника для совместного или попеременного формирования электронных и ионных пучков. Показано, что в предложенной конструкции реализуется возможность повышения первеанса за счет компенсации объемного заряда частицами противоположного знака. Приведен ряд характеристик разработанного макета плазменного электронно-ионного источника (вольтамперные характеристики извлечения электронов и ионов) и показана его перспективность для дальнейшей разработки на его основе электронно-ионного источника для промышленного применения. Совмещенные или попеременные ионно-электронные пучки, формируемые в представленном источнике, могут быть использованы при реализации технологий нанесения тонкопленочных слоев металлов, полупроводников и диэлектриков для поддержания процессов ионизации и обеспечения устойчивого горения разряда, компенсации как объемного заряда в пучке, так и поверхностного на формируемой пленке.
292-298 29
Аннотация
Представлены результаты исследований влияния сверхвысоких скоростей охлаждения расплава, равных 105 K/с, на фазовый состав, микроструктуру, зеренную структуру и механические свойства сплава Sn – 14 ат.% In – 6,5 ат.% Zn. Для изготовления образцов использовался метод сверхбыстрой закалки из расплава. Капля расплава инжектировалась на внутреннюю поверхность быстровращающегося медного цилиндра и затвердевала в виде фольги, толщиной 30–90 мкм. Исследования фазового состава, проведенные методом рентгеноструктурного анализа, позволили установить, что фольга состоит из твердого раствора цинка в γ-фазе (Sn4In) и цинка. Наблюдения за микроструктурой фольги с помощью растровой электронной микроскопии показали, что при комнатной температуре протекает распад пересыщенного твердого раствора с выделением дисперсных частиц цинка. Методом дифракции обратно отраженных электронов изучен характер зеренной структуры и текстуры фольги. Предложен механизм формирования зерен вытянутой формы, заключающийся в том, что при высокой скорости затвердевания, сравнимой со скоростью движения расплава по поверхности кристаллизатора, рост зерен может происходить не только в направлении, противоположном направлению теплоотвода, но и в направлении движения расправа. Формирование преимущественного роста зерен, у которых наиболее плотноупакованная плоскость (0001) параллельна поверхности фольги, обеспечивает максимальную скорость понижения энтальпии сплава в процессе кристаллизации. Выявлены особенности влияния микроструктуры и зеренной структуры на механические свойства фольги. Микротвердость быстрозатвердевающего сплава Sn – 14 ат.% In – 6,5 ат.% Zn составляет 105 МПа. Кривая растяжения фольги сплава Sn – 14 ат.% In – 6,5 ат.% Zn, полученная при комнатной температуре, имеет вид, характерный для кривой растяжения металлов при высокой температуре, что обусловлено низкой температурой плавления γ-фазы.
299-309 31
Аннотация
Представлены результаты исследования особенностей формирования на крупнопористой подложке SiC-содержащего слоя из предварительно обработанных в бисерной мельнице продуктов размола фарфорового боя с антрацитом (10 мас.%). Показано, что легирование алюмосиликатного порошка углеродом приводит к образованию в спеченном материале карбида кремния кубической и гексогональной модификации (муассанит). Основным источником кремния для образования SiC при спекании легированного порошка Al2O3−SiO2 является кварц. Процесс образования SiC при температурах 850−950 °С становится возможным благодаря формированию структурных дефектов на поверхности и в объеме механоактивированных частиц фарфора; частичному переходу в более активное, аморфное состояние хрупкого SiO2 (всегда присутствующего в виде зерен в структуре размалываемых алюмосиликатных частиц) при легировании углеродом. Процесс изготовления многослойных образцов-трубок включал в себя прессование и спекание крупнопористой алюмосиликатной подложки при температуре 1200−1250 °С с последовательным нанесением и термообработкой промежуточного и мембранного слоев. Установлено, что при 950 °С формирование мембранного слоя из механически активированного порошка Al2O3−SiO2–С с размером частиц менее 1 мкм сопровождается образованием SiC в количестве 36 %. Определены структурные и фильтрующие характеристики полученных трехслойных трубчатых образцов с SiC-содержащим мембранным слоем: размер пор 0,4−0,5 мкм; производительность по воде 0,012 м32  ∙ с; степень задерживания частиц размером менее 0,5 мкм, в том числе микроорганизмов, − 100 %. Экспериментально показано, что при фильтрации трехслойные образцы характеризуются практически постоянным фильтроциклом.

МАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКА

310-316 35
Аннотация
Рассмотрены основные факторы процесса алмазного выглаживания: сила контактного взаимодействия инструмента и детали в зоне деформации и трение на контактной поверхности детали и выглаживателя. Представлена методика аналитического определения оптимальной силы выглаживания для отделочно-упрочняющего режима обработки. Расчетным путем получены значения силы для некоторых характерных марок материалов небольшой и средней твердости (≤210 HB, радиус индентора – 3,4 мм) и ряда закаленных сталей высокой твердости (радиус индентора – 2,0 мм). Также определены значения сил с использованием выражений для деформационной составляющей коэффициента трения. Сравнительный анализ результатов свидетельствует о достаточной для практических целей адекватности вариантов расчета. На конкретных примерах обрабатываемых материалов показаны графические зависимости, отражающие связь коэффициента трения, в том числе его деформационной составляющей, и силы выглаживания. С увеличением силы выглаживания увеличивается коэффициент трения, что объясняется увеличением глубины внедрения алмазного наконечника и, следовательно, ростом деформационной составляющей. Глубина внедрения индентора в обрабатываемую поверхность, а следовательно, коэффициент трения при выглаживании зависит от твердости обрабатываемого материала. С повышением твердости глубина внедрения уменьшается, что приводит к снижению деформационной составляющей и в целом коэффициента трения. На коэффициент трения также влияет радиус рабочей части инструмента, так как от его величины тоже зависит глубина внедрения индентора. Результаты исследований могут быть использованы при разработке технологии отделочно-упрочняющего алмазного выглаживания, освоении процесса и внедрении его в производство.

ЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕН

317-331 52
Аннотация
Составлен статистический массив из трех сопоставляемых величин: численности населения и удельных (из расчета на душу населения за год) валовой добавленной стоимости (УВДС) и потребления электроэнергии (УПЭ) для 50 стран с УВДС, бóльшим или сравнимым с белорусским. Методами корреляционного анализа установлено наличие сильной положительной достоверной связи между УВДС и УПЭ. Получено, что для инновационного развития экономики Беларуси и ускоренного роста УВДС необходимо увеличить установленные электрические мощности на 20–25 %. Отмечено, что ядерная энергетика является основным ресурсом пятого технологического уклада. Решаемые при эксплуатации АЭС задачи содействуют разработке новой техники, зарождению и внедрению передовых способов производства в различных отраслях экономики. Требуемый современными технологиями микроклимат в рабочих зонах предприятий и на рабочих местах учреждений предложено обеспечивать автоматизированной системой лучистого обеспечения технологических условий – АСЛОТУ, созданной белорусскими специалистами. Приведены структура данной инфракрасной установки, принципы ее расчета и особенности алгоритма функционирования. Определены техникоэкономические показатели АСЛОТУ – стоимость, продолжительность службы, трудоемкость и частота обслуживания, затраты на потребляемое топливо, срок окупаемости вложенных средств на внедрение. Отмеченные показатели получены в результате обработки данных по эксплуатации АСЛОТУ, установленных в Беларуси за период с 1997 по 2007 г. Они легли в основу проекта плана внедрения АСЛОТУ до 2035 г. Полученные результаты могут быть использованы в других странах с УВДС 4,0–15,0 тыс. долл./чел. за год, которые взяли курс на инновационное развитие экономики.
332-340 32
Аннотация
Разработана система векторного управления током в цепи многофазной электрической машины. Для этого на основе проведенного анализа электромагнитных процессов в многофазном полупроводниковом преобразователе электрической энергии создана его дискретная математическая модель, которая учитывает перераспределение электромагнитной энергии по отдельным пространственным гармоническим составляющим в зависимости от числа фаз. С использованием данной математической модели и схемы инжекции высших гармоник тока, которая обеспечивает полигармонический режим работы полупроводникового преобразователя, разработан способ независимого управления пространственными гармоническими составляющими входного тока преобразователя. Формирование в каждой из фаз полигармонических токов, сопряженных по форме и фазе с питающим преобразователь напряжением, осуществляется посредством управляющих воздействий в виде векторов напряжения полупроводникового коммутатора, реализация которых осуществляется методом многофазной пространственно-векторной модуляции. Для проверки разработанных положений создана имитационная модель девятифазного полупроводникового преобразователя электрической энергии с системой векторного управления. Результаты исследования модели подтвердили адекватность разработанных технических решений, применение которых позволит обеспечить наиболее полную реализацию собственных преимуществ многофазной электрической машины в целях общего улучшения массогабаритных и энергетических показателей автономной системы электроснабжения.
341-348 25
Аннотация
Приводятся результаты экспериментального исследования влияния давления на образование древесного угля в процессе пиролиза древесины, осуществленного на лабораторном стенде при давлениях 1, 3, 5, 7 атм и температуре 400 °С. В качестве исходного сырья использована березовая древесина в виде щепы размером частиц 17ç8ç6 мм. Влажность сырья составляла 14,2 мас.%, плотность – 506,4 кг/м3 , зольность – 0,23 мас.%. Установлено, что повышение давления от 1 до 7 атм приводит к увеличению выхода древесного угля от ~ 25 мас.% до ~ 32 мас.%. Содержание углерода при этом возрастает от 89,1 до 96,4 мас.%. Также экспериментально исследовано влияние искусственного ухудшения условий выхода летучих компонентов парогазовой смеси из реакционной зоны на образование древесного угля и содержание углерода. Полученные данные позволяют предположить, что ухудшение условия выхода из реакционной зоны летучих компонентов приводит к их разложению с образованием углерода, отлагающегося в порах пиролизуемого материала и на его внешней поверхности. Представлены экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что компоненты пиролизной смолы разлагаются в присутствии древесного угля с отложением образующегося углерода на его поверхности. На протекание этого процесса указывает различие в массах одинаковых образцов древесного угля, выдерживаемых при температуре 600 °С при отсутствии и наличии пиролизной смолы: конечная масса образца, выдерживаемого в присутствии пиролизной смолы, превышает массу образца, выдерживаемого при ее отсутствии. Эти результаты дают косвенное доказательство правильности предположения о разложении компонентов пиролизной смолы в порах и на поверхности пиролизуемого материала при задержке выхода продуктов пиролиза из реакционной зоны. Результаты настоящего исследования представляют интерес для специалистов, разрабатывающих пиролизное оборудование.

РАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

349-356 28
Аннотация
Изучены условия реализации режима одноквантовой регистрации для кремниевых фотоэлектронных умножителей со структурой p+–p–n+ и получены данные об их характеристиках в этом режиме. Приведены структура экспериментальной установки и методика исследований. Выполнены измерения счетных характеристик фотоприемников, таких как зависимости скорости счета однофотонных импульсов, скорости темновых импульсов и отношения сигнал/шум. Представлены зависимости скорости счета однофотонных импульсов от интенсивности оптического излучения, регистрируемого кремниевым фотоэлектронным умножителем. Установлено, что данные зависимости имеют линейный участок, длина которого увеличивается с ростом перенапряжения кремниевых фотоэлектронных умножителей. Также с ростом перенапряжения увеличивается угол наклона линейного участка. Приведены зависимости скорости счета однофотонных и темновых импульсов, а также отношения сигнал/шум от перенапряжения. Получено, что скорость счета темновых импульсов возрастает с увеличением перенапряжения. Установлено, что зависимость отношения сигнал/шум от перенапряжения для этих кремниевых фотоэлектронных умножителей имеет максимум. Для получения максимальной чувствительности исследованных кремниевых фотоэлектронных умножителей необходимо выбирать перенапряжение, соответствующее этому максимуму. В результате сравнения чувствительности исследуемых кремниевых фотоэлектронных умножителей и лавинных фотодиодов установлено, что кремниевые фотоэлектронные умножители, работающие в режиме одноквантовой регистрации, имеют более высокую чувствительность по сравнению с лавинными фотодиодами в этом же режиме работы. С уменьшением температуры данное превосходство сохраняется. Также понижение температуры приводит к уменьшению минимального значения интенсивности регистрируемого оптического излучения. Тем самым доказана возможность работы кремниевых фотоэлектронных умножителей в режиме одноквантовой регистрации. Данные результаты могут применяться в системах квантовой криптографии при приеме оптического сигнала.
357-364 30
Аннотация
Проведено исследование с построением модели низконапорной форсунки с аэродинамическим распылом топлива, которое раскрывает преимущества форсунок такого типа. С целью сокращения времени на стадии разработки и проведения расчетов применялись современные системы автоматизированного проектирования. Исследования проведены в модуле Flow Simulation программного комплекса SolidWorks, позволяющем рассчитать и построить модель внутреннего обтекания форсунки по уже известным параметрам. Предполагаемая конструкция форсунки подвергалась воздействию условий, соответствующих реальным параметрам. Эти условия задавались через панель граничных условий программы: секундный расход топлива; скорость воздушного потока на входе в форсунку; статическое давление в камере сгорания. Расчеты, выполненные модулем, позволили оценить технологичность конструкции, а также внутренние процессы смешения топлива с воздухом. Для определения качества мелкодисперсности распыла топлива рассчитана модель поля скоростей по всему сечению форсунки, из которого видно, что максимальная скорость истечения топлива достигается в выходных каналах топливного распылителя форсунки. Полученные результаты свидетельствуют о работе принципа низконапорности с сохранением качественного распыла топлива. Применение низконапорных форсунок с аэродинамическим распылом возможно в современных газотурбинных двигателях гражданских самолетов, а также в газотурбинных установках.
365-374 31
Аннотация
Получено аналитическое выражение для инженерного расчета закономерностей съема припуска с плоской поверхности детали (правильника в виде плоской стеклянной пластины значительной толщины с отверстиями для заготовок аксиконов), которая участвует в относительном и переносном движении по поверхности вращающегося инструмента (планшайбы) и находится с ним в силовом замыкании, обеспечивающем автоматическую самоустановку притирающихся поверхностей. Предложена схема разбиения притирающихся поверхностей плоского инструмента и детали на кольцевые зоны и сектора, в результате чего образуются элементарные площадки с опорными (расчетными) точками в их центре. Для расчета координат данных точек получены аналитические выражения. Рассмотрена кинематика относительного движения инструмента и правильника без осцилляции верхнего звена, при этом скольжение сопряженных поверхностей обусловлено вращением инструмента и правильника, установленных с определенным эксцентриситетом. Получено выражение для определения скорости скольжения в любой точке контакта сопряженных поверхностей. Выполнено моделирование при обработке с относительным и переносным движениями верхнего звена, позволившее получить формулу для скорости скольжения правильника относительно инструмента, что дает возможность рассчитать пути трения в той или иной зоне последнего при различных режимах работы технологического оборудования. Моделирование может быть положено в основу создания методики управления процессом формообразования конических оптических деталей (аксиконов) на серийных рычажных шлифовально-полировальных станках плоским инструментом в условиях свободного притирания, обеспечивающей возможность получения аксиконов с отклонением образующей конуса от прямолинейности не более ±0,00012 мм.

ДИАГНОСТИКА И БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ

375-383 35
Аннотация
Рассматривается возможность применения планово-предупредительной системы в современных условиях. Система телематики транспортных средств и дистанционной диагностики позволяют автоматизировать получение корректирующих коэффициентов для определения нормативных значений трудоемкости технического обслуживания и ремонта и производить расчеты, как предполагается, с приемлемой для прикладного применения точностью. Пробег до капитального ремонта или списания транспортного средства, установленный заводом-изготовителем, также корректируется с учетом коэффициентов. Использование средств навигации позволяет определять расположение транспортного средства в координатах карт навигации с характеристиками дорожного покрытия, населенного пункта, с определением высоты над уровнем моря и дорожно-климатического районирования. Данный способ является альтернативным решением, позволяющим автоматизировать пробеги и трудоемкость технических воздействий и может быть применен для уточнения параметров. Для реализации заложенных принципов предлагается блок-схема обработки данных транспортной телематики с целью определения корректирующих коэффициентов с последующим расчетом периодичностей и трудоемкостей. Предложенная блок-схема реализуется стандартной системой телематики транспортного средства, однако возможна модернизация с возможностью дистанционной диагностики, позволяющей выполнять функции общей диагностики отдельных систем и транспортного средства в целом. Использование систем мониторинга транспорта позволяет усовершенствовать систему технического обслуживания и ремонта. Анализ существующих требований, регламентируемых документами в ракурсе возможностей современных систем транспортной телематики, позволяет обосновать и развивать новый подход к расчету пробегов до технических воздействий и скорректировать нормативы трудоемкостей выполнения этих воздействий. Внедрение функции общей дистанционной диагностики отдельных систем и транспортного средства в целом делает возможным исключение погрешности при расчетах корректирующих коэффициентов, а также упреждение возникновения отказов в процессе эксплуатации.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.