Revista >> Noiembrie 2019 [Nr. 219] >> Cercetare & Invatamant superior

ICPE-CA: cercetări și aplicaţii ale materialelor electrotehnice

Departamentele de cercetare ale ICPE-CA

21 Noiembrie 2019

Din cele 8 departamente care susţin activitatea de cercetare-dezvoltare-inovare și transfer tehnologic a ICPE-CA, jumătate dintre acestea sunt dedicate studiului materialelor şi aplicaţiilor acestora: Departamentul Materiale Metalice, Compozite și Polimerice; Departamentul Materiale Carbo-Ceramice; Departamentul Materiale Magnetice; Departamentul Caracterizări Materiale şi Produse pentru Ingineria Electrică și Energie. Prezentăm cele mai importante rezultate ale colectivelor de cercetare care lucrează în aceste departamente, cu accentul pus pe caracterul inovativ şi pe capacitatea institutului de a oferi soluţii performante, multe dintre acestea transferate în beneficiul industriei românești.

În prima linie a dezvoltării și producerii de contacte electrice
Consecvente cercetărilor de materiale electrotehnice încă de la înfiinţarea institutului (1950), colectivele de cercetare din departamentele de materiale electrotehnice, materiale metalice multifuncţionale, materiale avansate şi materiale metalice şi compozite s-au angajat în programe de cercetare, dezvoltare şi inovare (CDI) a materialelor de contact electric sinterizate pentru aparataj electric de comutaţie de joasă, medie şi înaltă tensiune.
În aparatajul electrotehnic, contactele electrice, ca piese care echipează aparate cu comutaţie a curentului, reprezintă subansambluri foarte importante, având rolul de a închide, deschide şi conduce curentul electric, fără pierderi însemnate de energie şi fără să comporte manifestări anormale de sudură şi uzură în condiţii reale de exploatare: curenţi nominali, curenţi mari şi foarte mari de suprasarcină sau scurtcircuit, frecvenţe mari de conectare.
Cercetătorii din ICPE-CA s-au focusat pe cercetări aplicative de noi materiale avansate funcționale pentru contacte electrice, corespunzătoare cerințelor aparatajului electric, pe optimizarea performanțelor acestora, pe siguranţa în exploatare şi creşterea duratei de viaţă, precum şi pe reducerea consumurilor specifice de materiale prețioase (argint).

Staţia Pilot Materiale Funcţionale a ICPE-CA deţine echipamente specifice metalurgiei pulberilor (omogenizatoare mecanice pulberi, mori planetare, concasor, granulator, prese hidraulice automate, cuptoare de tratament termic, extruder) pentru realizarea unei game largi de compoziţii chimice şi tipodimensiuni de piese de contact electric sinterizate pe bază de Ag-oxid metalic, Ag-Ni, Ag-C, Ag-Ni-C, Mo-Cu, Cr-Cu, W-Ag, W-Cu, WC-Ag şi WC-Cu, fiind atinse nivelele de maturitate tehnologică TRL4 - TRL7. Contactele din Ag-MeO cu 8-12 % MeO echipează aparataj electric de joasă şi medie tensiune cu comutaţie în aer (contactoare tripolare de forţă de tip RG şi CCF, contactoare de tip 2 x 200 A, MTU, AR, monopolare şi auxiliare, întreruptoare automate de tip USOL, relee de putere etc.). Contactele din Ag-C cu 3-5 % C sau Ag-Ni-C cu 1-5 % C echipează întreruptoare de protecţie la scurt-circuit şi întreruptoare automate. Contactele din Ag-Ni cu 10-50 % Ni echipează întreruptoare automate de uz general de tip OROMAX şi USOL, întreruptoare automate de curenţi mari, disjunctoare, relee. Contactele din W-Cu/Ag, Mo/Cr-Cu, WC-Cu/Ag cu 15-50 % Cu/Ag echipează aparataj electric de medie şi înaltă tensiune cu comutaţie în vid, ulei mineral sau gaz de hexafluorură de sulf.

Cercetătorii şi tehnologii din ICPE-CA au cercetat, elaborat și validat noi tehnologii de laborator și tehnologii industriale de realizare contacte electrice sinterizate prin tehnici ale metalurgiei pulberilor, care au fost implementate atât în producția proprie, cât și transferate la SC Sinterom SA Cluj-Napoca şi SC Electroaparataj SA Bucureşti sau valorificate la beneficiari industriali. Contactele au fost realizate industrial ca loturi experimentale şi prototipuri certificate, prin angajarea de contracte directe la cererea companiilor industriale: SC Electroaparataj SA Bucureşti, SC MAIRA MONTAJ SRL Bucureşti, SC Saturn SA Alba Iulia, SC S&M EXIM SRL Bucureşti, ICMET Craiova, SC Troleibuzul SA Piatra Neamț, SC Electroaparataj Tracţiune SRL, CASRAM Ltd. Elveția etc.
De remarcat faptul că, încă de la înfiinţare, ICPE-CA este unul dintre principalii dezvoltatori și producători de contacte electrice din ţară, politica de dezvoltare a cercetărilor de materiale pentru inginerie electrică fiind în concordanţă cu strategia naţională de CDI.

Materiale carbonice performante și transferuri tehnologice reușite
Colectivul de Materiale Carbonice are o tradiție de peste 50 de ani de cercetări în domeniu, păstrând în tot acest timp o legătură permanentă cu industria, încercând să satisfacă necesitățile acesteia. Printr-o cercetare riguroasă, colectivul a reușit obținerea unor rezultate remarcabile în elaborarea materialelor carbonice și a tehnologiilor de obținere a acestora. Performanțele tehnologiilor și ale materialelor produse au reprezentat baza pe care s-au efectuat transferuri de tehnologie în industrie (SC ROFEP Urziceni, SC ROSEAL Odorheiul Secuiesc).

În domeniul produselor carbonice și grafitice, cunoștințele bine fundamentate sunt o garanție în ceea ce privește soluțiile individuale ale problemelor ce apar în transferul de curent în diverse condiții. Domeniul larg al transmisiei puterii electrice, în care ICPE-CA posedă o bogata experiență, cuprinde: perii electrice din metal-grafit pentru echipamente auto; perii electrice din argint-grafit pentru starter-generatoarele folosite în echipamentele electrice din aviație; perii electrice din bachelit-grafit pentru inele colectoare și rotoare cu viteză periferică mare; perii electrice din electrografit pentru toate motoarele industriale; perii electrice pentru toate motoarele de curent continuu.
Studiile termochimice, de rezistență la șocuri, au relevat posibilitatea utilizării materialelor carbonice în aplicații în care este necesară o rezistență mare termochimică și la șoc, cum este cazul duzelor de rachete dezvoltate și realizate de ICPE-CA alături de SC ELECTROMECANICA Ploiești SA, având ca destinație produse pentru programul național de combatere a grindinei și creșterea precipitațiilor din cadrul Administraţiei Sistemului Naţional Antigrindină şi de Creştere a Precipitaţiilor, instituţie publică de interes naţional care răspunde de domeniul intervenţiilor active în atmosferă.

Un salt pe linie științifică și aplicativă a fost făcut de institut prin extinderea gamei materiale compozite către compozite cu matrice ceramică și faze dispersate de grafit sau alte tipuri de carbon conductive. Au fost identificate oportunități de extindere și în domeniul materialelor de absorbție/ecranare a undelor electromagnetice și al rezistorilor volumici carbon-ceramică cu comportament de tip varistor destinați pentru protecția vagoanelor CFR de călători la curenți accidentali. Având capacitatea de a suporta energii variind de la ordinul joulilor la megajouli, la frecvențe până la ordinul de megacicluri, rezistorii carbon-ceramică neinductivi pot fi folosiți în majoritatea aplicațiilor necesitând transmisia electrică, tracțiunea, acționări în cc/ca, putere pulsatorie și rețele de formare a pulsurilor.

Materiale ceramice inovative și capacitate de microproducție
Colectivul de Materiale Ceramice are o tradiție de peste 60 de ani de cercetări în domeniu, cu abilități în abordarea de noi tematici pentru dezvoltarea de noi aplicații.
Principalele materiale cercetate în laborator vizează: ceramică de tip aluminos și zirconiferă pentru izolatori; ceramică de tip cordierit pentru catalizatori și elemente filtrante; ceramică steatitică pentru izolatori, ceramică din oxid de zinc pentru elemente de protecție la supratensiuni tranzitorii accidentale, elemente active piezoelectrice pentru micromotoare cu turaţii mici şi sarcini axiale mari, materiale ceramice electroizolante, ceramică neoxidică AlN şi compozite AlN-SiC, SiC-Si3N4, sisteme radiante pentru încălzire, materiale ceramice avansate pentru SOFC în strat subţire, microsfere ceramice pentru materiale termoizolante.
Totodată, în cadrul laboratorului se realizează biomateriale ceramice pe bază de fosfați de calciu (β-TCP și HAP) şi compozite (HAP/TCP) pentru aplicaţii medicale: chirurgie ortopedică şi maxilo-facială, reconstrucţie osoasă.
În cadrul laboratorului există un colectiv de microproducție care are experință în realizarea de repere ceramice în diverse forme și dimensiuni conform solicitărilor beneficiarilor. Printre aceștia se numără UTTIS INDUSTRIES SRL, SOCIETATEA „UZINA MECANICA SADU“ S.A. Târgul Jiu, RATB - Uzina de Reparaţii "Atelierele Centrale" (URAC), ICPE SA etc.