Sposób otrzymywania kompozytu wysokoogniotrwałego z węglika boru i związku międzymetalicznego z układu Ti-Si

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania kompozytu wysokoogniotrwałego z węglika boru i związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, przeznaczonego na elementy turbin gazowych, elementy silników rakietowych, eksploatowane w wysokich temperaturach o dużej odporności na korozję i szok termiczny. Uzyskany sposobem według wynalazku kompozyt, charakteryzuje się ponadto bardzo dobrą jednorodnością rozmieszczenia faz składowych w mikrostrukturze, co pozwala na uzyskanie dużego zagęszczenia i czystości chemicznej. Znaczna zawartość fazy TiB2 o najwyższej wśród składników kompozytu temperaturze topnienia (T=3325°C) poprawia ogniotrwałość wytworzonego materiału. Wynalazek umożliwia obniżenie temperatury procesu syntezy z 2000°C do 1650°C, co redukuje koszty jego wytwarzania, w stosunku do obecnych energochłonnych i wymagających specjalistycznej aparatury metod spiekania takich jak SPS, czy prasowanie na gorąco, a możliwe jest poprzez zachodzenie reakcji chemicznej w trakcie spiekania.

Przedstawione rozwiązanie w zgłoszeniu patentowym planowane jest jako wdrożenie w postaci narzędzia skrawającego. Otrzymany kompozyt należy do grupy ultrawysokotemperaturowych materiałów ceramicznych (z ang. ultra high temperature ceramics, UHTC). Ultrawysokotemperaturowe kompozyty ceramiczne UHTC to klasa materiałów o niskiej gęstości i wysokiej temperaturze topnienia, bliskiej 3000°C lub wyższej, które mogą być stosowane przez dłuższy czas w temperaturach powyżej 1650°C, zachowując wysoką twardość i sztywność, a przede wszystkim odporność chemiczną. Kompozyty UHTCs mogą być stosowane jako elementy turbin gazowych, elementy silników rakietowych i elementy konstrukcyjne pojazdów latających, eksploatowane w wysokich temperaturach. Charakterystyczna duża odporność na korozję i szok termiczny, umożliwia także jego wykorzystanie na elementy skrawające narzędzi tnących, części maszyn odpornych na ścieranie, elektrod do obróbki elektroerozyjnej, czy też materiałów na pancerze. Wynalazek w postaci narzędzia skrawającego może zostać zastosowany przez 2 polskie firmy: Baildonit i Gonar Sp. z o.o. w Katowicach oraz Instytut Energetyki Oddział Ceramiki CEREL Boguchwała, który w ramach współpracy podpisał list intencyjny oraz przeprowadzi testy aplikacyjne otrzymanych prototypów. Według najnowszego raportu GIR (Global Info Research) wartość światowego rynku narzędzi skrawających w 2017 r. wyniosła ok. 34,42 mld dolarów. Zgodnie z danymi Ministerstwa Przedsiębiorczości i Technologii w krajowej branży narzędziowej można wyróżnić 80 przedsiębiorstw produkcyjnych, w tym grupa firm mająca w swoim profilu działalności również regenerację narzędzi.. Potencjalnymi polskimi odbiorcami kompozytu do produkcji własnych narzędzi skrawających są firmy: FENES S.A w Siedlcach, Pabianicka Fabryka Narzędzi PAFANA S.A, Fabryka FANAR S.A. w Ciechanowie, Fabryka Wiertła Baildon S.A. w Katowicach, MAPAL Narzędzia Precyzyjne Sp. z o. o. w Poznaniu.

Kompozyt, UHTCs (ultra high temperatureceramics), węglik boru (B4C), spiekanie reakcyjne

Spodziewanym efektem jest otrzymanie nowych i znacznie udoskonalenie narzędzi skrawających na bazie kompozytu należącego do grupy materiałów UHTCs (z ang. Ultra High Temperature Ceramics). Kompozyt węglikowo-borkowy na bazie węglika boru otrzymywany metodą in situ spiekania reakcyjnego nie był obecnie stosowany do produkcji narzędzi skrawających i jest on rewolucyjnym produktem, który umożliwi szybszą pracę, jak i niestosowanie chłodziwa w czasie obróbki skrawaniem, dzięki swojej dużej odporności termicznej. Znaczna zawartość fazy TiB2 o najwyższej wśród składników kompozytu temperaturze topnienia (T=3325°C) poprawia ogniotrwałość wytworzonego kompozytu. Obecnie na rynku nie istnieją narzędzia skrawające (zarówno w Polsce, jak i i na świecie) na bazie materiałów UHTCs. Zastosowanie materiałów z grupy UHTCs w myśl koncepcji przemysłu 4.0 umożliwi usunięcie chłodziwa (zanieczyszczonej opiłkami elementów skrawających wody), co zredukuje koszty produkcji i generowanie odpadów przy jednoczesnym zwiększenie efektywności cięcia (duża odporność termiczna kompozytu). Wyroby z grupy UHTCs cechować się będą wytrzymałością mechaniczną większą niż 25 GPa i jest to znacznie większa odporność w stosunku do obecnie stosowanych kompozytów. Obecnie stosowane narzędzia skrawające dostępne na rynku można jedynie regenerować maksymalnie 3 razy; w przypadku zastosowania proponowanego kompozytu zakłada się 5-krotną regenerację. Zastosowanie 3 rodzajów spiekania kompozytu na narzędzia umożliwi określenie optymalnych warunków produkcji oraz określenie kosztów wdrożenia narzędzi skrawających (w zależności od wyboru metody spiekania koszty wdrożenia będą zależeć od ceny aparatury). Szacujemy, iż przy założeniu minimalnej sprzedaży na poziomie 50 tysięcy sztuk rocznie i kosztów produkcji 1 elementu narzędzia skrawającego na poziomie 70 złotych, a cenie sprzedaży wynoszącej minimalnie 170 złotych, przychód wyniesie 500000 złotych. Cenę jednostkową oszacowano na podstawie aktualnych cen podobnego typu narzędzi na rynku krajowym. Wielkość sprzedaży została oszacowana na podstawie aktualnych danych rynkowych z uwzględnieniem tendencji wzrostowych produkcji narzędzi skrawających. W analizie nie uwzględniono o wiele większych niż polski rynków zachodnich, na które również planuje się ekspansję.

- badania na etapie laboratoryjnym

- Twórca jest zainteresowany nawiązaniem współpracy w celu dalszych badań nad wynalazkiem
- Twórca jest zainteresowany wdrożeniem wynalazku
- Twórca wyraża zgodę na udział w Spotkaniu Brokerskim
- Twórca jest zainteresowany zbyciem praw majątkowych do wynalazku