Планируемые результаты обучения по ООП 2
Задание на выполнение выпускной квалификационной работы 3
Задание для раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность
и ресурсосбережение» 5
Задание для раздела «Социальная ответственность» 7
Реферат 8
Определения 9
Сокращения и обозначения 10
Введение 14
1 Обзор литературы 16
1.1 Никель. Свойства. Области применения 16
1.2 Производство никеля 18
1.3 Порошок никелевый 20
1.3.1 Химические способы получения порошков никеля 21
1.3.1.1 Золь-гель технологии 21
1.3.1.2 Восстановление нерастворимых соединений никеля 22
1.3.1.3 Порошок никеля карбонильный 23
1.3.1.4 Получение металлических порошков из фторфосфиновых
соединений 23
1.3.2 Никель электролитический 25
1.3.3 Физические способы получения порошков никеля 26
1.4 Изотопы никеля. Бетавольтаический эффект 28
1.4.1 Наработка радионуклида Ni63 29
1.4.2 Проекты бетавольтаического источника энергии 31
2 Расчет и аналитика 35
2.1 Расчет показателей горения никельсодержащих водно- солеорганических композиций 35
2.2 Термодинамический расчет процесса плазменного восстановления
водно-солеорганических композиций на основе нитрата никеля 38
2.3 Расчет энергозатрат на процесс плазменной восстановления водно-
солеорганических композиций на основе нитрата никеля 44
2.4 Термодинамический расчет процесса плазменного восстановления водно-солеорганических композиций на основе трифторфосфина никеля .... 47
2.5 Расчет энергозатрат на процесс плазменного восстановления водно-
солеорганических композиций на основе трифторфосфина никеля 55
3. Экспериментальные исследования процесса плазменного восстановления никельсодержащих водно-солеорганических композиций в воздушной плазме ВЧФ-разряда 58
3.1 Схема плазменного стенда на базе ВЧФ-плазмотрона 58
3.2 Исследование теплофизических и газодинамических параметров
работы плазменного стенда 59
3.2.1 Определение расхода плазмообразующего газа через разрядную
камеру ВЧФ-плазмотрона 61
3.2.2 Определение расхода воздушного потока через газоход и реактор
плазменного стенда 64
3.3 Исследование процесса плазменного восстановления в воздушно - плазменном потоке диспергированных никельсодержащих водно-
солеорганических композиций 69
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 75
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 75
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 75
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 75
4.1.3 SWOT - анализ 77
4.2 Планирование научно-исследовательской работы 78
4.2.1 Планирование этапов и работ по выполнению НИР 78
4.2.2 Определение трудоемкости выполнения работ 78
4.2.3 Разработка графика проведения научно-исследовательской работы 79
4.3 Бюджет научно-технического исследования 81
4.3.1 Расчет материальных затрат НТИ 82
4.3.2 Амортизация основного оборудования 84
4.3.3 Затраты на оплату труда работников 85
4.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 88
4.3.5 Прочие прямые расходы 88
4.3.6 Контрагентные расходы 89
4.3.7 Накладные расходы 89
4.3.8 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта ... 90
5 Социальная ответственность 92
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов при работе в
лаборатории 93
5.2 Условия безопасной работы 94
5.3 Охрана окружающей среды 96
5.4 Электробезопасность 99
5.5 Пожарная безопасность 101
Выводы 103
Заключение 104
Список использованных источников 105
Приложение А 108
Приложение Б 127
Приложение В 132
Приложение Г 143
Приложение Д 148
Развитие электроники и техники в целом направлено на повсеместное уменьшение и облегчение электрических устройств. Для современных и перспективных электрических приборов необходимы миниатюрные источники электрической энергии, которые могли бы работать продолжительное время, стабильно и автономно.
В настоящее время растет интерес к производству бетавольтаических источников электрической энергии. Принцип работы данного типа «батарей» основан на преобразовании энергии радиоактивного распада в электрическую энергию, при этом может использоваться различный механизм преобразования.
Создание миниатюрных источников электрической энергии с применением ^-активного изотопа Ni63 представляется чрезвычайно перспективным направлением исследований в области генерации электрической энергии по нескольким причинам:
1. Средняя энергия электронов составляет 17,1 кэВ. Такие энергии не приводят к дефектам и разрушению матричной и полупроводниковой структур бетавольтаических «батарей».
2. Электроны ^-излучения имеет малую проникающую способность и не наносит вред здоровью человека при внешнем облучении.
3. При одинаковой мощности элементов питания, бетавольтаические источники имеют намного превосходящую энергетическую плотность (—130 Втч/г) и срок службы (~50 лет) по сравнению с Li-ионными источниками питания (~0,3 Вт ч/г и ~10 лет), а их габариты и масса снижается в десятки раз.
Одной из существующих проблем разработки бетавольтаического элемента питания является то, что для исключения внутреннего поглощения бета-частиц необходимо производство сверхтонких покрытий.
Существующие современные методы производства высокодисперсных порошков никеля будут детально рассмотрены в первой главе настоящей работы. Однако по результатам проведенного литературного обзора и анализа ясно, что на сегодняшний день нет эффективного метода получения высокодисперсных порошков никеля, который мог бы быть универсальным по отношению к исходному сырью, одностадийным, быстропротекающим и энергоэффективным.
В данной работе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса получения высокодисперсных порошков никеля в результате прямого плазменного восстановления диспергированных ВСОК в воздушно-плазменном потоке.
Цель данной работы заключается в исследовании возможности и эффективности процесса прямого плазменного восстановления диспергированных ВСОК в воздушно-плазменном потоке для получения высокодисперсных порошков никеля.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Проведен обзор и анализ современных способов получения высокодисперсных порошков никеля.
2. Определены оптимальные по составу ВСОК, обеспечивающие их энергоэффективную плазменную обработку.
3. Определены оптимальные режимы процесса прямого плазменного восстановления диспергированных ВСОК в воздушной плазме для получения металлического никеля.
4. Определены энергозатраты на исследуемый процесс и сравнение с действующими способами получения высокодисперсных порошков никеля.
5. Экспериментально подтверждена возможность энергоээфективного получения высокодисперсных порошков никеля в воздушно-плазменном потоке из диспергированных ВСОК.
1. Проведен обзор и анализ традиционных способов получения порошков никеля. По его результатам выбран процесс прямого плазменного восстановления никельсодержащих композиций в воздушной плазме для получения высокодисперсных порошков никеля.
2. На основе проведенных расчетов показателей горения различных по составу никельсодержащих водно-солеорганических композиций определены составы композиций с теплотой сгорания не менее 8,4 МДж/кг, обеспечивающие их энергоэффективную обработку.
3. По результатам проведенных термодинамических расчетов процесса прямого плазменного восстановления данных композиций определены условия, необходимые для получения металлического никеля в воздушной плазме.
4. Проведены исследования теплофизических и газодинамических режимов работы ВЧФ-плазмотрона и реактора в составе плазменного стенда и определены параметры воздушно-плазменного потока, необходимые для практической реализации исследуемого процесса.
5. Впервые реализован процесс прямого плазменного восстановления диспергированных никельсодержащих водно- солеорганических композиций и при рекомендованных режимах получены в воздушно-плазменном потоке образцы высокодисперсных порошков никеля со средним размером частиц ~15 мкм и содержанием никеля ~76,5 %.
Результаты проведенных исследований могут быть использованы при создании энергоэффективной технологии прямого плазменного получения высокодисперсных порошков никеля из диспергированных водно- солеорганических композиций.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
