Описание проекта/технологии
| Вид материала | Документы |
- Задачи стажера в рамках проекта (индивидуальное проектное задание), 8.2kb.
- Краткое описание проекта, 566.82kb.
- Разработка и строительство экологически безопасной технологии производства кремния, 48.31kb.
- Технология проведения инвестиционных и спекулятивных операций на рынке гко/офз/обр, 186.43kb.
- Описание проекта/технологии, 119.06kb.
- А. Описание возможностей проекта > Название проекта, 93.63kb.
- Волгоградская Государственная Сельскохозяйственная Академия Описание проекта Название, 107.58kb.
- Описание проекта, 960.95kb.
- Название проекта, 17.06kb.
- Новик Анатолий Иванович Краткое описание и цель Строительство цеха по переработке проекта, 12.26kb.
Пучково-плазменное оборудование нового поколения и технологии обработки материалов и изделий (производство оборудования и услуг по модификации поверхности материалов и нанесению покрытий на детали машин и механизмов)
Исполнитель: Томский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук
Руководитель проекта: Псахье Сергей Григорьевич, д.ф.-м.н., профессор
Адрес: 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/1
Телефон: (3822) 491-881
Факс: (3822) 492-576
Описание проекта/технологии | |||
| Аннотация (описание разработки/ технологии) | В развитых странах уделяется большое внимание исследованиям в области вакуумных пучковых технологий. Особенностью этих технологий является низкая стоимость сырья и высокая стоимость технологии в конечном продукте. Рыночная стоимость 1 кг. товарной продукции производимой с помощью пучковых технологий составляет 10-30 тыс. долл. США, что в 1000 раз выше, чем в машиностроении и на порядок выше, чем в микроэлектронике. Потенциальный объем рынка пучкового оборудования и технологий на его основе исчисляется миллиардами долларов США. Томский научно-образовательный комплекс является одним из лидеров в области пучковых технологий. Пучковое оборудование, основанное на явлении взрывной эмиссии электронов, открывает принципиально новые возможности для высокоэнергетического воздействия на материалы. Все технологические возможности применения такого оборудования в настоящее время далеко не исчерпаны. Целью проекта является создание опытно-промышленного производства пучкового оборудования нового поколения, которое позволит занять пока еще свободную нишу на рынке высокотехнологичного оборудования для обработки и модификации поверхностных слоев материалов с высокими механическими, физико-химическими и эксплуатационными свойствами. Реализация данного проекта позволит организовать опытно-промышленное производство вакуумного пучкового оборудования и увеличить в течение 5 лет объемы продаж высокотехнологичной продукции свыше 60 млн. долл. США/год. Этот результат будет достигнут за счет вывода на рынок новых продуктов: автоматизированного вакуумного ионно-плазменного оборудования для осаждения сверхтвердых, функциональных покрытий на детали машин и механизмов, стекло и фурнитуру, электронно-лучевого оборудования для сварки и наплавки градиентных, монолитных, высокотемпературных покрытий с аномальной абразивной устойчивостью на детали машин и механизмов, электронно-лучевых установок для модификации поверхностных слоев в материале импульсными низкоэнергетическими электронными пучками, электронно-лучевых стерилизаторов материалов медицинского назначения, создания производства услуг по защите от абразивного высокотемпературного износа рабочей поверхности стенок кристаллизаторов машин непрерывной разливки стали, режущего и штампового инструмента, сварки медных доменных холодильников и т.д. Производимые в рамках проекта пучково-плазменные энергокомплексы полностью автоматизированы и не уступают по качеству технологического дизайна лучшим мировым аналогам (компания Balzers, Sun coating Inc. США, Leibold heraeus Gmbx, Metaplass Corp. Германия) и при этом их цена в 2-2,5 раза ниже. Технологии модификации и упрочнения инструмента, деталей машин и механизмов уникальны и позволяют добиться в разы более высоких прочностных свойств и ресурса работы изделий по сравнению с традиционными технологиями химико-термической обработки и нанесения покрытий, являясь при этом экологически чистыми. Основные экономические показатели: срок выхода на плановый объем производства 4 года объем продаж, млн. $./год 66 количество создаваемых рабочих мест 145 чел. необходимое финансирование $32,5 млн. | ||
| Существую-щая проблемная ситуация по направлению разработки | Детали машин и механизмов при незначительном износе (0,1-1,0 мм) рабочей поверхности, не годятся для дальнейшей эксплуатации. Предложить технологическое решение данной проблемы возможно только на базе современных электронно-ионно-плазменных технологий. Применение пучково-плазменных технологий в металлообработке, энергетическом и общем машиностроении, электронной и электротехнической промышленности, медицинской техники способно обеспечить значительную экономию материальных и энергетических ресурсов, экологическую чистоту производства, замещение вредных химико-термических технологий, увеличение ресурса работы деталей машин и технологического оборудования в 3-4 раза. Во многих случаях становится возможным многократное увеличение ресурса работы. Изношенные детали машин в большинстве случаев подлежат переплавке и проходят полный цикл от изготовления металла, заготовки и новой детали, включая химико-термическую и термическую обработку, что требует больших энергетических и трудовых затрат. При переплавке изношенных деталей выгорает 20% металла, в первую очередь таких дефицитных и дорогостоящих элементов, как Сr, Ni и др. При ремонте машин затраты на запасные части составляют примерно 60% стоимости ремонта. Восстановление деталей, себестоимость которых в 1,5—3,0 раза ниже новых, значительно уменьшает стоимость ремонта машин. | ||
Технологическая сфера | |||
| Электроника и оптоэлектроника | Электроника, Х Высокие технологии, Информация, Связь, Оптоэлектроника | ||
| Механика и аэронавтика | Х Механика, Х Аэронавтика, Астронавтика, Автоматика, Электричество, Х Транспорт | ||
| Материалы и химическое производство | Х Химическая промышленность, Х Новые материалы | ||
| Биотехнологии и Фармацевтическая промышленность | Биотехнологии, Медицина, Фармакология | ||
| Поддерживающее производство | Энергия, Ресурсы, Технологии защиты окружающей среды, Безопасность и здоровье | ||
| Основные характеристики разработки/технологии | |||
Назначение/описание(сфера применения) | Пучково-плазменное оборудование применяется в различных областях. 1. Автоматизированное вакуумное ионно-плазменное оборудование для осаждения сверхтвердых, функциональных покрытий на детали машин и механизмов, стекло и фурнитуру. 2. Электронно-лучевое оборудование для сварки и наплавки градиентных, монолитных, высокотемпературных покрытий с аномальной абразивной устойчивостью на детали машин и механизмов. 3. Электронно-лучевые установки для модификации поверхностных слоев в материале импульсными низкоэнергетическими электронными пучками. 4. Электронно-лучевые стерилизаторы материалов медицинского назначения. 5. Создание производства услуг по защите от абразивного высокотемпературного износа рабочей поверхности стенок кристаллизаторов машин непрерывной разливки стали, режущего и штампового инструмента, сварки медных доменных холодильников и т.д. | ||
| Сравнение с существую-щими аналогами | Конкурентные преимущества продукции. Оборудование и технологии ионно-плазменного осаждения функциональных покрытий на листовое стекло. Лидерами производства установок для нанесения покрытий на стекла являются фирмы BOC Group и Sun Coating Inc., которые наносят покрытия на устаревших конвейерных установках, процесс экологически вреден, узкая гамма расцветок. С помощью ионно-плазменного оборудования получаются следующие типы покрытий: низко-эмиссионные, прозрачные электропроводящие, солнцеотражающие с широкой гаммой цветов, зеркальные. Оборудование ионно-плазменного упрочнения и осаждения сверхтвердых и функциональных покрытий на детали машин и механизмов, режущий инструмент. Лучшие мировые аналоги ионно-плазменного оборудования – продукция компаний Balzers (США), Metaplass Corp. (Германия). Разработанные ионно-плазменные установки не уступают по качеству технологического дизайна лучшим мировым аналогам. Технологии модификации и упрочнения инструмента, деталей машин и механизмов уникальны и позволяют добиться в разы более высоких прочностных свойств и ресурса работы изделий по сравнению с традиционными технологиями, являясь при этом экологически чистыми. Твердость создаваемых покрытий 30–60ГПа. Оборудование и технологии электронно-лучевой сварки и наплавки градиентных функциональных покрытий на ответственные детали машин и механизмов. ОАО "Электромеханика", г. Ржев серийно выпускает электронно-лучевые установки для сварки серии ЭЛУ. Установки оснащены электронной пушкой на основе устаревшего термокатода. Ближайшим аналогом электронно-лучевых наплавочных установок являются лазерные наплавочные установки большой мощности (30 и более кВт). Оборудование электронно-лучевой сварки и наплавки в настоящее время нигде в мире серийно не производится, и, с точки зрения технико-экономических показателей, превосходит все альтернативные способы нанесения защитных покрытий на изделия, к которым предъявляются повышенные требования к ресурсу и надежности работы. Установка электронно-лучевой наплавки (с пушкой на основе плазменного катода) по энергетическим параметрам сопоставима с ЭЛУ – 9 Оборудование и технология для электронно-лучевой сварки полостей холодильников для доменных печей. Срок службы холодильников на сегодня составляет 10 лет. На период капремонта прекращается выпуск чугуна на 2 года. Сроки проведения капремонта печей определяются эксплуатационным ресурсом чугунных холодильников. Применение медных холодильников, изготовленных с использованием технологии электронно-лучевой наплавки, позволит увеличить объемы выпуска чугуна, интенсифицировать охлаждение доменной печи, повысить прочность и герметичность кожуха, обеспечить надёжную работу печи в течение 25 лет без промежуточного ремонта Электронно-лучевые пушки с плазменным катодом. В настоящее время в сварочных электронно-лучевых установках используются пушки с термокатодом, которые не способны устойчиво работать в условиях технического вакуума и угара легирующими элементами. Это накладывает ограничения на технологические процессы сварки, требует на порядок больших энерго- и временных затрат для достижения требуемого вакуума (10-3 Па), накладывает жесткие требования на условия стабилизации пучка и вакуума. Электронные пушки с плазменным катодом позволяют решить проблему стабилизации электронного пучка в технологических процессах сварки при низком вакууме (0,1 Па) в атмосфере легирующих присадок (W, Co, Ni, Cr, Mo и.т.д.). Использование пушек с плазменным катодом обеспечивает надежную работу электронно-лучевых установок с наработкой более 1 года, сокращает в 10 раз энергопотребление вакуумной системы за счет ускорения процесса создания вакуума в камере. Оборудование и технология для модификации поверхности материалов и изделий широко аппретурными импульсными низкоэнергетическими электронными пучками. Для решения задач модификации поверхности материалов и изделий используют импульсные лазеры и генераторы мощных ионных пучков. Лазерные пучки имеют на порядки меньшее сечение, низкую глубину проникновения в материал, колоссальную энергоемкость и стоимость. Японская компания ITAC Ltd по лицензии ИСЭ СО РАН выпускает опытные партии данных установок для корпорации Sodick Group Corp., выпускающей электроэрозионное оборудование. Очистка и полировка поверхности с помощью пучкового импульсного оплавления в 50-100 раз более производительна по сравнению с традиционными методами. По сравнению с импульсными лазерами установка имеет существенно больший диаметр пучка (10см), высокую энергетическую эффективность (глубина обработки 1-10мкм), низкую стоимость. По сравнению с генераторами мощных ионных пучков установка обеспечивает 100% поглощение пучка с плотностью энергии до 20 Дж/см2 без образования радиационного излучения. Установка обеспечивает мгновенную полировку (лучше 14 класса) материалов (включая твердые сплавы) непосредственно после электроэрозионной или мехобработки. | ||
Конкурент-ные преимущес-тва (экономичес-кие) | Мировые лидеры в области PVD покрытий - HAUZER TECHNO COATING (Голландия) и INFICON (объединение компаний BALZERS, LEYBOLD, PFIFFER и US INFICON). Стоимость оборудования таких компаний составляет $1,2-1,45 млн. (немецкая установка СС800 - $1,2 млн., японская UBMS-707 компании KOBE STEEL Co. – $1,45 млн, голландская HTC-1000 – $1,2 млн.), причем коррозионно-стойкие покрытия формируются с помощью создания гальваническим способом подслоя перед нанесением PVD покрытия. Сегодняшняя доля этих компаний в странах EC - 38 % (для декоративных покрытий). Согласно исследованиям компании TRYKOR Inc (США) для значительного роста рынка заменителей гальванотехнологий необходимо снизить в 2 раза стоимость PVD оборудования. Цена оборудования для нанесения PVD защитно - декоративных покрытий компании "Elan-Praktik" - $0,6 млн., что в несколько раз выше цены предлагаемых в данном проекте PVD установок – 3,5 млн.руб. Сравнение продукции и ее аналогов по экономическим показателям Оборудование и технологии ионно-плазменного осаждения функциональных покрытий на листовое стекло. Лидерами производства установок для нанесения покрытий на стекла являются фирмы BOC Group и Sun Coating Inc. Стоимость конвейерных установок составляет 420 – 504 млн. руб. В настоящее время в мире эксплуатируется около 200 установок конвейерного типа (в том числе 2 в России). Ионно-плазменное оборудование: цена стекла с покрытием на 15 – 20 % ниже по сравнению с продукцией зарубежных производителей. Цена установки с периодической загрузкой находиться в пределах от 5,6 до 9 млн. руб. в зависимости от уровня комплектации. Оборудование ионно-плазменного упрочнения и осаждения сверхтвердых и функциональных покрытий на детали машин и механизмов, режущий инструмент. Лучшие мировые аналоги ионно-плазменного оборудования – продукция компаний Balzers (США), Metaplass Corp. (Германия). Минимальная цена поставки зарубежного автоматизированного энергокомплекса – 30 млн. рублей. Цена ионно-плазменного автоматизированного комплекса 3,0 – 3,5 млн.руб. Оборудование и технологии электронно-лучевой сварки и наплавки градиентных функциональных покрытий на ответственные детали машин и механизмов. ОАО "Электромеханика", г. Ржев серийно выпускает электронно-лучевые установки для сварки серии ЭЛУ. Стоимость ЭЛУ-5 составляет 11,2 млн.руб., ЭЛУ-9 – 33,6 млн.руб. . Аналогичное зарубежное оборудование дороже в 1,5-2 раза. Ближайшим аналогом являются лазерные наплавочные установки большой мощности. Их стоимость около 60 млн. руб. Установка электронно-лучевой наплавки (с пушкой на основе плазменного катода) по энергетическим параметрам сопоставима с ЭЛУ – 9 и стоит порядка 5,6 млн.руб. Электронно-лучевые пушки с плазменным катодом Электронно-лучевые пушки с термокатодом стоят ориентировочно 200 тыс.руб. Стоимость комплекта электронно-лучевых пушек с плазменным катодом – 300 тыс. руб. Оборудование и технология для модификации поверхности материалов и изделий широко аппретурными импульсными низкоэнергетическими электронными пучками. Японская компания ITAC Ltd по лицензии ИСЭ СО РАН выпускает опытные партии данных установок для корпорации Sodick Group Corp., выпускающей электроэрозионное оборудование. Стоимость установки японского производства -- около 10 млн. руб.Стоимость импульсной пучковой установки - 3,5 млн. руб. | ||
| Существен-ные признаки новизны (инновационный потенциал) | Томский научно-образовательный комплекс является одним из лидеров в области пучковых технологий. В 1966г. в Томске было открыто явление взрывной эмиссии электронов. Открытое явление привело к технологической революции в высоковольтных технологиях. Пучковое оборудование, основанное на явлении взрывной эмиссии электронов, открывает принципиально новые возможности для высокоэнергетического воздействия на среды различной природы (материалы, газы, жидкости, биологические объекты). Все технологические возможности применения такого оборудования в настоящее время далеко не исчерпаны. Разработанные ИСЭ СО РАН и ТУСУР электронные пушки с плазменным катодом позволяют решить проблему стабилизации электронного пучка в технологических процессах сварки в низком вакууме. | ||
| Оценка рынка, объем платежеспособного спроса и его география | Рынок вакуумного оборудования и технологий нанесения износостойких, упрочняющих и восстанавливающих покрытий стремительно растет (10-15% в год). В России спрос на данное оборудование и технологии реально формируется начиная с 2000 года в связи с оживлением промышленного производства. Прежде всего, это происходит, в платежеспособных отраслях, таких как авиадвигателестроение, транспорт, нефтяная и газовая промышленность, атомная промышленность, металлургия, фармацевтика, полиграфия. В целом же мировой рынок оборудования для реализации технологий обработки и модификации поверхности материалов в различных отраслях промышленности оценивается зарубежными экспертами в 13-15 млрд. долларов США. По данным журнала International Manufacturing Technology (Канада) емкость мирового рынка услуг по нанесению высокопрочных износостойких покрытий - $ 1.2 млрд. USD, при ежегодном росте 10-15%, емкость мирового рынка оборудования по нанесению таких покрытий - $3.9 млрд. USD, при ежегодном росте 11%. В сегменте оборудования по нанесению PVD защитно - декоративных покрытий на потребительские товары размер рынка на декоративные защитные покрытия в России составляет около 10 миллионов долларов в год, в то время как размер мирового рынка - 100-200 миллионов долларов. В области упрочняющих покрытий размер российского рынка оценен на уровне 30-50 млн.дол. в год, в то время как размер мирового рынка - $2-3 млрд. в год. Электронно-лучевая технология сварки и наплавки очень перспективна для нанесения износостойких покрытий на стенки кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в металлургическом производстве. Емкость рынка услуг по упрочнению стенок кристаллизаторов составляет около 875 млн. Евро/год (87500 шт. кристаллизаторов в год, из расчета 50 шт. комплектов). | ||
Текущая стадия развития разработки/технологии | |||
| НИР | макет, опытный образец | ||
| промежуточный НИОКР, дополнительные исследования | промышленный образец | ||
| ОКР, проектно-сметная документация | другое (указать) Различные модификации пучково-плазменного оборудования находятся на разных стадиях разработки. Большая часть оборудования и технологий находятся на стадии опытно-промышленного образца. По ряду разработок необходимо выполнить дополнительные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. В настоящее время предприятиями – участниками проекта уже налажено опытное производство пучково-плазменного оборудования (около 30 установок в год) и услуг по восстановлению, упрочнению ответственных деталей машин и механизмов с общим объемом продаж в 2004 году более 100 млн. руб./год. Это включает в себя производство ионно-плазменных и ионно-лучевых установок, электронно-лучевых пушек с плазменным катодом, услуг по наплавке износостойких покрытий на ответственные детали металлургического оборудования (горловины фурм доменных печей, кислородные фурмы, стенки кристаллизаторов МНЛЗ). Примеры внедрения: В 2004 году на базе опытных производств ИФПМ и ИСЭ СО РАН изготовлено и поставлено 3 установки для нанесения сверхтвердых наноструктурных покрытий на сумму около 16,5 млн. руб. Заказчики – MER Corporation (Tucson, Arizona, США), Шеньянская вакуумная компания (Шеньян, Китай), Sunic System (Suwon, Korea). По заказам ОАО «РЖД» (увеличение ресурса чашечных резцов, декоративные покрытия деталей ж/д вагонов), ОАО "ТНХК" (увеличение ресурса корпусов КВД), ОАО "ЗСМК" (увеличение ресурса бойков гвоздильных автоматов), Росавиакосмоса и Минатома, частных компаний за последние 5 лет поставлено более 20 ионно-лучевых и ионно-плазменных установок. Организовано мелкосерийное производство пушек с плазменным катодом 10-20 комплектов/год (до 5 млн. рублей/год). В настоящее время пушками с плазменным катодом оснащены десятки предприятий атомной промышленности и машиностроения РФ, в т.ч. ОАО "НЗХК" (сварка ТВЭЛьных сборок атомных реакторов). на базе нашей технологии создано совместное Российско-Китайское производство ножей для гранулирования пластмассы производительностью 10 тыс. ножей/год, которое сейчас обеспечивает продукцией Китайский рынок. В период с 2003 г. по 2004 г. по нашей лицензии японской компанией ITAC Ltd изготовлено 100 установок по заказу Sodick Group Corporation. | ||
Стадия коммерциализации | |||
| проведены маркетинговые исследования | Х уже на рынке России | ||
| наличие бизнес- плана | Х другое (указать) По большинству разновидностей пучково-плазменного оборудования и технологий проведены маркетинговые исследования рынка России, организовано внедрение на отдельные российские предприятия. Однако почти по всем разработкам отсутствуют маркетинговые исследования и соответственно планы коммерциализации на зарубежных рынках. | ||
Режим охраны и порядок использования интеллектуальной собственности (ИС) | |||
| в режиме know-how | соглашение о распределении прав на объекты ИС | ||
| подана заявка на патенты, но патенты еще не получены | имеется лицензионное соглашение | ||
| патенты получены | Х другое(указать) Авторы проекта имеют значительное число российских и зарубежных патентов. | ||
| Владелец прав на объекты интеллектуальной собственности |
| ||
| Срок выполнения работ, необходимых для доведения разработки до коммерциализации, результаты | |||
| - этапы работ | 1. Проведение маркетинговых исследований рынка западных стран и рынка азиатско-тихоокеанского бассейна (I-III, 2006). 2. Получение опытных образцов оборудования, отработка технологий. Подготовка бизнес-планов производства оборудования и оказания услуг. Поиск инвесторов и промышленных партнеров (IV, 2006). 3. Получение промышленных образцов. Подготовка промышленного выпуска оборудования и полномасшабного оказания услуг. Создание совместных предприятий с участием инвесторов и промышленного партнера (I, 2007). 4. Организация промышленного производства и сбыта продукции (II-III, 2006). | ||
| - срок выполнения работ | 4 года | ||
| - ожидаемые результаты | В результате выполнения проекта должны быть организован промышленный выпуск пучково-плазменного оборудования и налажена развитая система оказания услуг по обработке материалов. Сбываемая продукция должна в течение 3 лет после начала промышленного производства занимать не менее 5% мирового рынка аналогичной продукции. | ||
| Необходимые финансовые ресурсы для выполнения проекта (в долларах США) | |||
Общая стоимость проекта | Основные экономические показатели: срок выхода на плановый объем производства 4 года объем продаж, млн. $./год 66 количество создаваемых рабочих мест 145 чел. суммарные инвестиции, млн..$ 32,5 Необходимое финансирование – $32,5 млн. | ||
Организации – соисполнители | |||
| - наименование |
| ||
Необходимая помощь от германской стороны | |||
| Помощь партнера может иметь различные формы. Это может быть финансирование маркетинговых исследований рынков зарубежных стран, помощь в подготовке бизнес-планов, в поиске промышленного партнера и инвесторов. Инвестиции возможны на различных этапах выполнения проекта, как на стадии организации промышленного производства, так и продвижения продукции на мировом рынке. Возможно выполнение НИОКР по заказам исследовательских и производственных компаний. | |||