Каталог разработок

Твердые электролиты для датчиков кислорода. Разработка технологии производства

Поставщик: ОНПП «Технология» Ключевые слова: наноэлектроника, датчики безопасности Регион: Калужская область

Разработка технологии производства твердых электролитов для датчиков кислорода, используемых в автомобилестроении, авиации, металлургии, атомной энергетике.

Разработка технологии производства твердых электролитов для датчиков кислорода нового поколения, необходимых для контроля содержания кислорода в расплавах сталей, отходящих газах автомобильных двигателей и жидких теплоносителях атомных реакторов.

Основные задачи, решаемые в процессе выполнения работы:

  • вытеснение импортной продукции с российского рынка;
  • выполнение международных требований по экологии, энергосбережению, безопасности транспортной, авиационной техники и атомных реакторов;
  • повышение конкурентноспособности отечественных датчиков контроля кислорода в металлургии, автомобилестроении, авиационной промышленности и атомной энергетике.

Работа открывает перспективы создания новых высокоэффективных приборов как для определения содержания опасных веществ в воздухе, так и для высокоточного анализа газовых сред и расплавов металлов, расширяет технологические возможности для улучшения экологической обстановки за счет применения новых средств контроля вредных выбросов в окружающую среду.

Описание продукта

Конечным продуктом проекта является технология получения твердых электролитов на основе нанокристаллических порошков диоксида циркония для датчиков контроля кислорода в расплавах металлов и газах. Применение нанокристаллических порошков позволяет создать уникальную структуру, благодаря которой возможно повышение чувствительности и точности измерений датчиков, что повышает конкурентноспособность отечественных датчиков кислорода.

Твердые электролиты для датчиков контроля окисленности жидкой стали будут обладать следующими свойствами:

  • стойкостью к термоудару при быстром погружении в расплав стали при 1 600–1 800 °С;
  • работоспособностью при низких концентрациях кислорода 1–20 ppm c содержанием остаточного алюминия 0,015–0,1 %.

Твердые электролиты для датчиков контроля кислорода в отходящих газах автомобильных двигателей будут обладать следующими свойствами:

  • высокой устойчивостью к воздействию высоких температур до 1 000 °С в агрессивной водно-солевой атмосфере в условиях постоянной вибрации;
  • устойчивостью к градиенту температур на керамическом наконечнике до 50 °С/с.

Твердые электролиты для датчиков контроля кислорода в жидком теплоносителе будут обладать:

  • устойчивостью при погружении в расплав Pb/Pb-Bi при 600°С при вибрации со скоростью изменения теплоносителя до 120°С/с.

Твердые электролиты для датчиков контроля кислорода в воздухе, подаваемом из бортовой кислорододобывающей установки (БКДУ) в высотное снаряжение для дыхания членов экипажа самолета, будут обладать:

  • высокой стойкостью к воздействию высоких температур до 700 °С в агрессивной водно-солевой атмосфере в условиях постоянной вибрации и давлении анализируемой среды от 5 кПа до 110 кПа

Инновационные аспекты

Разрабатываются научные и технологические основы получения исходных нанокристаллических порошков на основе диоксида циркония для создания ионопроводящих материалов, обладающих высокой механической прочностью, термической и химической стойкостью, стабильностью электрических характеристик. Создание технологии изготовления изделий из диоксида циркония с ресурсом работы не менее мировых аналогов.

Маркетинг продукта

В настоящее время для контроля содержания кислорода в сталях, в отработавших газах автомобильных двигателей используются импортные датчики.

В металлургии потребность отечественного рынка датчиков содержания кислорода в жидкой стали оценивается в 100 тыс. штук/год с перспективой увеличения до 1 млн штук/год. Предприятия покупают эти датчики у зарубежных производителей, основным поставщиком которых является бельгийская фирма «Heraeus Electro-Nite».

В автомобилестроении основным потребителем датчиков кислорода в отработавших газах нового поколения является ОАО «АвтоВаз», потребность в таких датчиках составляет 0,5–1,0 млн штук в год. «АвтоВаз» выпускает серийно автомобили с электронными системами впрыска «Bosch-M1.5.4», «Bosch-M1.5.4N», «Bosch-MР7.0». Завод планирует оснащать все выпускаемые автомобили впрыском топлива данной системы с датчиками последнего поколения — планарными с встроенными нагревателями.

В атомной энергетике при разработке новых видов реакторов требуются тысячи датчиков кислорода для оптимизации и контроля химических процессов в жидком теплоносителе и материалах реактора. Импортных аналогов нет. Основным потребителем является ФГУП ГНЦ РФ «Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского». Ранее разработанные для этой цели датчики очень трудоемки в изготовлении, дороги и выпускались в единичных экземплярах.

Современные датчики кислорода с твердым электролитом на основе диоксида циркония требуются для измерения концентрации кислорода в воздухе, подаваемом из БКДУ в высотное снаряжение для дыхания членов экипажа самолета.

Потенциальными потребителями разрабатываемой продукции являются: ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ОАО «Мечел», Челябинский металлургический комбинат, ОАО «Северсталь», г. Череповец, ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ОАО «Запсиб», г. Нижний Тагил, ООО «Энергосила-Инжиниринг», г. Москва, ОАО «АвтоВаз», ОАО «Калужский завод «Автоприбор», ОАО «Калужский завод автомобильного электрооборудования» (КЗАЭ), ФГУП «КЗТА», г. Калуга, ФГУП ГНЦ РФ «Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского», НПП «Звезда», ведущая разработки БКДУ, и предприятия, выпускающие военно-транспортные и гражданские самолеты.

Объем рынка датчиков кислорода составляет 600,0 млн рублей.

Карточка организации:

  • Теги