Изучение свойств керамики на основе диоксида циркония, полученной методом Sandwich Plate System и способом ультразвукового компактирования с последующим спеканием

Задачи:

ь оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований;

ь планирование научно-исследовательских работ;

ь определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования.



4.1 SWOT-анализ метода ультразвукового компактирования изделий с последующим спеканием в вакуумной печи

SWOT-анализ -- метод стратегического планирования, заключающийся в выявлении факторов внутренней и внешней среды организации и разделении их на четыре категории: Strengths (сильные стороны), Weaknesses (слабые стороны), Opportunities (возможности) и Threats (угрозы).

Целью данного анализа является определение сильных и слабых сторон научного исследования, а также его потенциальных возможностей и угроз. Данное исследование включает в себя изучение свойств керамических образцов, полученных методом холодного одноосного прессования с подведением ультразвуковых колебаний. Этот метод представляет модификацию уже используемого метода с целью повышения производительности и качества изделий. Данная технология может активно применяться в массовом промышленном производстве керамических изделий. Матрица SWOT приведена в таблице 4.1. В таблице применяется следующая система сокращений:

S - сильные стороны;

W - слабые стороны;

O - возможности;

T - угрозы.



Таблица 4.1 - Матрица SWOT

	Сильные стороны проекта: S1. Простое в сборке и обслуживании оборудование. S2. Квалифицированная проектная команда. S3. Наличие оборудования и материалов для исследования S4. Наличие бюджетного финансирования. S5. Наличие квалифицированного персонала у потенциальных потребителей	Слабые стороны проекта: W1. Работа с мелкодисперсными порошками требует наличие вентиляционной системы. W2. Необходимость применения СИЗ в процессе работы. W3. Закупка иностранного сырья и оборудования. W4. Длительный срок поставки сырья.
Возможности: О1. Использование инновационной инфраструктуры ТПУ. О2. Использование массового производства. О3. Появление дополнительного спроса на технологию.	O1S2S4; O2S1S2S3S4S5; O3S1S3.	O2W3W4; O3W1W2W3W4.
Угрозы: Т1. Отсутствие спроса на технологии производства Т2. Ограничения на экспорт технологии. Т3. Введения дополнительных государственных требований к стандартизации и сертификации продукции. Т4. Возможный рост стоимости сырья T5. Отсутствие финансового обеспечения со стороны государства	T1S5; T3S1S2S3; T4S4; T5S2S4.	T1W1W2W3W4; T2W3W4; T3W1W2W3; T4W3W4; T5W1W2W3.

Затем на основании матрицы SWOT строятся интерактивные матрицы возможностей и угроз, позволяющие оценить эффективность проекта, а также надежность его реализации.



Таблица 4.2 - Интерактивная матрица возможностей

Возможности (О)	Сильные стороны проекта
		S1	S2	S3	S4	S5
	O1	-	+	-	+	-
	O2	+	+	+	+	+
	O3	+	-	+	-	-
	Слабые стороны проекта
		W1	W2	W3	W4
	O1	-	-	-	-
	O2	-	-	+	+
	O3	+	+	+	+

Таблица 4.3 - Интерактивная матрица угроз

Угрозы (Т)	Сильные стороны проекта
		S1	S2	S3	S4	S5
	T1	-	-	-	-	+
	T2	+	+	+	-	-
	T3	-	-	-	-	-
	T4	-	-	-	+	-
	T5	-	+	-	+	-
	Слабые стороны проекта
		W1	W2	W3	W4
	T1	+	+	+	+
	T2	-	-	+	+
	T3	+	+	+	-
	T4	-	-	+	+
	T5	+	+	+	-

На основе SWOT-анализа можно сделать выводы, что данное научное исследование обладает весомыми сильными сторонами, такими как наличие бюджетного финансирования, наличие квалифицированной команды, а также простота сборки и эксплуатации рабочего метода. К недостаткам же можно отнести необходимость применения СИЗ во время работы. Главной возможностью метода, применяемого в научном исследовании, является появление дополнительного спроса, поскольку предполагается улучшение свойств изделий и повышение производительности. Также возможны значительные угрозы в виде отсутствия финансирования, роста стоимости сырья, а также его времени доставки.

4.2 Разработка графика проведения научно-исследовательского проекта

Важным этапом данного проекта является составление графика проведения научного исследования, который предназначен для распределения обязанностей по выполнению работ и определения временных рамок производимой работы.

В ходе построения графика учитывается ряд факторов, один из основных - трудоемкость работы.

Определение трудоемкости выполнения работ

Трудовые затраты в большинстве случаев образуют основную часть стоимости разработки, поэтому важным моментом является определение трудоемкости работ каждого из участников выполнения проекта.

Трудоемкость выполнения научного исследования оценивается экспертным путем в человеко-днях и носит вероятностный характер, так как зависит от множества трудно учитываемых факторов. Методика оценки приведена в [33].

Для определения ожидаемого (среднего) значения трудоемкости tожi используется следующая формула:

, (4.1)

где tожi - ожидаемая трудоемкость выполнения i-ой работы чел.-дн.; tmini - минимально возможная трудоемкость выполнения заданной i-ой работы (оптимистическая оценка: в предположении наиболее благоприятного стечения обстоятельств), чел.-дн.; tmaxi - максимально возможная трудоемкость выполнения заданной i-ой работы (пессимистическая оценка: в предположении наиболее неблагоприятного стечения обстоятельств), чел.-дн.

Исходя из ожидаемой трудоемкости работ, определяется продолжительность каждой работы в рабочих днях Тр, учитывающая параллельность выполнения работ несколькими исполнителями.

, (4.2)

где Tpi - продолжительность одной работы, раб. дн.; tожi - ожидаемая трудоемкость выполнения одной работы, чел.-дн.; Чi - численность исполнителей, выполняющих одновременно одну и ту же работу на данном этапе, чел.

4.3 Разработка графика выполнения научного исследования

В качестве графика инженерных работ можно использовать диаграмму Ганта. Диаграмма Ганта - горизонтальный ленточный график, на котором работы по теме представляются протяженными во времени отрезками, характеризующимися датами начала и окончания выполнения данных работ.

Для удобства построения графика, длительность каждого из этапов работ из рабочих дней следует перевести в календарные дни. Для этого используется следующей формулой:

, (4.3)

где Ткi - продолжительность выполнения i-й работы в календарных днях; Трi - продолжительность выполнения i-й работы в рабочих днях; kкал - коэффициент календарности.

Коэффициент календарности определяется по следующей формуле:

, (4.4)

где kкал - количество календарных дней в году; Tвых - количество выходных дней в году; Тпр - количество праздничных дней в году.

Результаты расчетов представлены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Временные показатели проведения научного исследования

Номер этапа	Название работы	Трудоемкость работ	Исполнители	Длительность работ в рабочих днях, Tpi	Длительность работ в календарных днях, Tкi
		tmin, чел.-дни	tmax, чел.-дни	tожi, чел.-дни
1	Составление ТЗ	3	6	4,2	1	4,2	6
2	Изучение литературы	12	15	13,2	1	13,2	20
3	Составление схемы проекта	2	5	3,2	1	3,2	5
4	Выбор оборудования	3	5	3,8	1	3,8	6
5	Проверка оборудования	2	4	2,8	1	2,8	4
6	Выполнение работы	45	60	51	1	51	75
7	Составление пояснительной записки	16	20	17,6	1	17,6	26
8	Проверка проекта	7	9	7,8	2	3,9	6
9	Сдача проекта	2	4	2,8	2	1,4	2
Итог							150

По результатам расчетов строится диаграмма Ганта, приведенная в таблице 4.5.

Таблица 4.5 - Диаграмма Ганта

Номер этапа	Этап работы	Исполнители	TKj, кал. дн.	Продолжительность выполнения работ
				Янв.	Фев.	Март	Апр.	Май	Июнь
				2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2
1	Составление ТЗ	Руководитель	6
2	Изучение литературы	Дипломник	20
3	Составление схемы проекта	Руководитель	5
4	Выбор оборудования	Дипломник	6
		Руководитель	6
5	Проверка оборудования	Дипломник	4
		Руководитель	4
6	Выполнение работы	Дипломник	75
7	Составление пояснительной записки	Дипломник	26
8	Проверка проекта	Дипломник	6
		Руководитель	6
9	Сдача проекта	Дипломник	2
		Руководитель	2

На основе анализа составленной диаграммы Ганта можно сделать вывод, что продолжительность работ составляет 15 декад, начиная со второй декады января и заканчивая первой декадой июня. Также следует учитывать вероятностный характер оценки трудоемкости, что значит возможность как сокращения, так и увеличения продолжительности работ.

Далее по диаграмме Ганта можно рассчитать время работы для каждого исполнителя. Занятость исполнителей представлена в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Показатели рабочего времени исполнителей проекта

Показатели рабочего времени	Руководитель	Дипломник
Календарное число дней работы	23	139
Количество нерабочих дней за период выполнения проекта	6	45
Продолжительность выполнения проекта, в рабочих днях	17	94

Календарная продолжительность выполнения научного исследования составит 150 дней. Из них:

139 дней - занятость дипломника;

23 дня - занятость руководителя;

Продолжительность выполнения проекта в рабочих днях составит 103 дня. Из них:

94 дня - продолжительность выполнения работ дипломником;

17 дней - продолжительность выполнения работ руководителем.

4.4 Составление сметы научного исследования

При планировании бюджета научного исследования должно быть обеспечено полное и достоверное отражение всех видов расходов, связанных с его выполнением [33]. В процессе формирования бюджета НИ используется следующая группировка затрат по статьям:

1) амортизация;

2) электроэнергия;

3) полная заработная плата;

4) отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления);

5) накладные расходы.

4.3.1 Амортизация

Затраты на амортизацию оборудования рассчитываются по формуле:

Зоб = (Ц • Fф) / (Fн • Fcc), (4.5)

Где

Ц - цена оборудования, руб.; Fн - номинальный фонд времени (рабочее время в году), ч; Fcc - срок службы оборудования, год; Fф - фактическое Время занятости оборудования, ч. Fн = 250 дней = 2000 ч.

Вычисленная амортизация оборудования представлена в таблице 4.7. Данные взяты на основе отчета лаборатории.



Таблица 4.7 Амортизационные расчеты

Номер	Наименование оборудования	Ц, руб.	Fcc, год	Fф, ч.	Зоб, руб.
1 2 3 4 5	Вакуумная печь Ультразвуковой генератор Пресс-форма волновод Гидравлический пресс Компьютер	400000 70000 40000 55000 15000	20 10 10 15 5	100 20 20 50 500	1000 70 40 91 750
Итог:	1951

Электроэнергия

Затраты на электроэнергию рассчитываются по формуле:

Э=Ц•N•n•tзан.ч (4.6)

где Ц -- стоимость 1 кВт/ ч электроэнергии, руб; N -- мощность оборудования, кВт; n -- количество единиц оборудования одного вида, ед.; tзан.ч -- время занятости оборудования, ч.;

Вычисленные затраты на электроэнергию представлены в таблице 4.8.

Таблица 4.8 Затраты на электроэнергию

	Наименование оборудования	Цена, Ц, р.	N, кВт	n	tзан.ч, ч.	Затраты, р.
1 2 3 4 5	Вакуумная печь Ультразвуковой генератор Пресс-форма волновод Гидравлический пресс Компьютер	4,36 4,36 4,36 4,36 4,36	12 5 3 - 0,3	1 1 1 1 1	100 20 20 50 500	5232 436 261,6 654
	Итого:	6583,6

Полная заработная плата исполнителей темы

В настоящую статью включается основная и дополнительная заработная плата всех исполнителей, непосредственно участвующих в выполнении работ по данной теме. Величина расходов по заработной плате определяется исходя из трудоемкости выполняемых работ и действующей системы окладов и тарифных ставок [33].

Расчет полной заработной платы осуществляется следующим образом:

, (4.7)

где Зосн - основная заработная плата; Здоп - дополнительная заработная плата (12-15 % от Зосн).

Основная заработная плата (Зосн) исполнителя рассчитывается по следующей формуле:

, (4.8)

где Зосн - основная заработная плата одного работника; Тр - продолжительность работ, выполняемых работником, раб. дн. (таблица 4.6); Здн - среднедневная заработная плата работника, руб.

Среднедневная заработная плата рассчитывается по формуле:

, (4.9)

где Fд - количество рабочих дней в месяце (26 при 6-дневной рабочей неделе, 22 при 5-дневной рабочей неделе), раб. дн.; Зтс - заработная плата по тарифной ставке, руб.; Здопл - доплаты и надбавки, руб.; Зрк - районная доплата, руб. Расчёт основной заработной платы приведён в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Расчёт основной заработной платы

Исполнители	Зтс, руб.	Здопл, руб	Зрк, руб	Зм, руб	Здн, руб.	Тр, раб. дн.	Зосн, руб.
Руководитель	15000	2500	4500	22000	1000	17	17000
Дипломник	8000	3600	2400	14000	636	94	59784
Итого Зосн, руб.							76784



Расчет дополнительной заработной платы, размер которой составляет 12 - 15% от основной, представлен в таблице 4.10

Таблица 4.10 - Расчет дополнительной и полной заработной платы

Исполнители	kдоп	Зосн, руб.	Здоп, руб.	Ззп, руб.
Руководитель	0,15	17000	2550	19550
Дипломник	0,12	59784	7174	66958
Итого Зосн, руб.		76784	9724	86508

Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления)

В данной статье расходов отражаются обязательные отчисления по установленным законодательством Российской Федерации нормам органам государственного социального страхования (ФСС), пенсионного фонда (ПФ) и медицинского страхования (ФФОМС) от затрат на оплату труда работников.

Величина отчислений во внебюджетные фонды определяется исходя из следующей формулы:

, (4.10)

где kвнеб - коэффициент отчислений на уплату во внебюджетные фонды.

На 2014 г. в соответствии с Федерального закона от 24.07.2009 №212-ФЗ установлен размер страховых взносов равный 30%.

Отчисления во внебюджетные фонды составят:

25,9 тыс. руб

Накладные расходы

Накладные расходы учитывают прочие затраты организации, не включенные в предыдущие статьи расходов: печать и ксерокопирование материалов исследования, оплата услуг связи, электроэнергии, почтовые и телеграфные расходы, размножение материалов и т.д. Их величина определяется по следующей формуле:

, (4.11)

где kнр - коэффициент, учитывающий накладные расходы. Величину коэффициента накладных расходов можно взять в размере 16%.

Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта

Рассчитанная величина затрат научно-исследовательской работы (темы) является основой для формирования бюджета затрат проекта, который при формировании договора с заказчиком защищается научной организацией в качестве нижнего предела затрат на разработку научно-технической продукции.

Определение бюджета затрат на научно-исследовательский проект приведен в таблице 4.11

Таблица 4.11 - Смета научного исследования

Наименование статьи	Сумма, тыс. руб.	Доля, %
1. Амортизационные расчеты	2	1,44
2. Электроэнергия	6,5	4,68
3. Затраты по полной заработной плате исполнителей темы	86,5	62,32
4. Отчисления во внебюджетные фонды	25,9	18,66
5. Накладные расходы	17,9	12,90
6. Бюджет затрат НИ	138,8	100,000

Исходя из данных таблицы, можно сделать вывод, что общие затраты на реализацию научно-исследовательского проекта составят 138,8 тысяч рублей, из которых две трети (62,32%) составят затраты на заработную плату, пятая часть - отчисления во внебюджетные фонды.



5. Социальная ответственность

Данный раздел содержит информацию об экологичности и безопасности технологического процесса синтеза наноструктурных керамических изделий методами искрового плазменного спекания (ИПС) и ультразвукового компактирования с последующим спеканием. Для осуществления синтеза методом ИПС использовали специальную графитовую коллекторную пресс-форму и установку SPS Syntex. Для проведения ультразвукового компактирования с последующим спеканием использовали специальную пресс-форму-волновод, ультразвуковой генератор, гидравлический пресс WK 15, высокотемпературную вакуумную печь Nabertherm.

Работа проводится в 10 корпусе НИ ТПУ, в подвальном помещении с искусственным освещением и системой вентиляции. Технологический процесс синтеза керамических изделий состоит из таких подготовительных этапов, как: навеска порошковых материалов, подготовка (сборка) пресс-формы и засыпка порошка, компактирование в ультразвуковой пресс-форме, спекание в высокотемпературной печи и работа на установке SPS Syntex.

В настоящем разделе рассматриваются вопросы техники безопасности и охраны труда, содержащие разработку и проведение мероприятий по предотвращению воздействия вредных и опасных факторов на здоровье работников лаборатории и окружающей среды. Особое внимание уделяется организации фильтрации воздуха и применению СИЗ органов дыхания и рук, поскольку работа ведется с нанопорошками диоксида циркония со стабилизатором оксидом иттрия (8 и 10% вес.), которые обладают малыми размерами и высокой активностью, что может привести к попаданию наночастиц в организм человека, а также нанести вред окружающей среде.



5.1 Техногенная безопасность

Во время работы с порошковыми материалами в процессе подготовки к компактированию, непосредственном компактировании возникает ряд вредных и опасных производственных факторов.

Вредные факторы, возникающие при данном технологическом процессе:

- Проникновение наночастиц порошка в организм человека;

- Ультразвуковое воздействие;

- Высокий уровень шума;

- Недостаточное освещение;

- Неблагоприятные условия микроклимата.

Наряду с вредными факторами можно выделить опасные, которые приводят к нарушению нормального режима работы. К опасным факторам относятся:

- Механические опасности, в частности в случае приложения высокого давления в процессе прессования (повреждение пресса, разрушение пресс-формы, механические повреждения организма);

- Поражение электрическим током при работе оборудования.

- Пожаровзрывоопасность.

5.2 Анализ вредных факторов производственной среды

В рабочем помещении, где проводятся работы с порошковыми материалами, содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать определенных предельно допустимых концентраций (ПДК). Превышение ПДК может привести к потере сознания, головокружению, нарушению памяти и другим нарушениям работоспособности организма сотрудника вплоть до летального исхода. Таким образом, очень важно контролировать ПДК в производственном помещении.

В лаборатории работают в основном с несколькими видами порошковых материалов, а именно с: диоксидом циркония, карбидом бора и оксидом алюминия, поэтому в таблице 5.1 представлены данные ПДК по перечисленным материалам.

Таблица 5.1 - Гигиенические нормативы

Наименование вещества	Величина ПДК, мг/м3 [36]	Преимущественное агрегатное состояние в условиях производства	Класс опасности	Особенности действия на организм
11	Диоксид циркония	6	А	IV	Ф
22	Карбид бора	6	А	IV	Ф
33	Оксид алюминия	6	А	IV	Ф

а - аэрозоль,

IV - вещества малоопасные, в соответствии с классификацией,

Ф - аэрозоли преимущественно фиброгенного действия.

Предельно допустимая концентрация аэрозолей в воздухе рабочей зоны (в том числе и для аэрозолей в сумме) не должна превышать 10 мг/м3 [36].

Аэрозоли преимущественно фиброгенного действия (АПДФ) - производственная пыль, способная вызывать пылевые заболевания легких, основными из которых являются силикозы, пылевые бронхиты, пневмокониозы. Способы защиты делят на коллективные и индивидуальные. Наиболее действенным способом коллективной защиты организма сотрудника лаборатории является вентиляционная система. В случаях, когда основной метод защиты недостаточно эффективен, используют средства индивидуальной защиты (СИЗ): респираторы (противогазы), перчатки, очки, специальная противопылевая одежда, защитные пасты и мази.

При работе с ультразвуком запрещается непосредственный контакт сотрудников с рабочей поверхностью оборудования в процессе обслуживания, жидкостью и обрабатываемыми деталями во время возбуждения в них ультразвука. Для исключения контакта с источниками ультразвука необходимо применять приспособления для удержания источника ультразвука или обрабатываемой детали. Для защиты рук от возможного неблагоприятного воздействия контактного ультразвука в твердой или жидкой средах необходимо применять две пары перчаток - резиновые (наружные) и хлопчатобумажные (внутренние) или только хлопчатобумажные. Для защиты работающих от неблагоприятного воздействия воздушного ультразвука следует применять противошумы.

В процессе работы в лаборатории могут возникать различные шумы: от работы гидравлического пресса, шум ультразвукового генератора. Шум оказывает негативное влияние на весь организм человека. Шумы оказывают утомляющее неблагоприятное влияние, которое складывается с аналогичными влияниями других вредных факторов и зависит от вида и характера трудовой нагрузки на организм. Нормирование шума призвано предотвратить нарушение слуха и снижение работоспособности и производительности труда работающих.

При работе в производственном помещении следует принимать все необходимые меры по снижению шума, воздействующего на человека, до значений, не превышающих допустимые. В первую очередь используются средства коллективной защиты:

ь изменение направленности излучения шума;

ь рациональную планировку предприятий и производственных помещений;

ь акустическую обработку помещений;

ь применение звукоизоляции.

В случаях, когда коллективной защиты недостаточно, то применяют СИЗ: противошумные вкладыши (беруши), наушники, шлемы и каски, специальные костюмы [40.

Качество освещения является важным фактором, влияющим на работоспособность сотрудника лаборатории. Недостаток освещения может вызвать утомление, усталость, перенапряжение у работающего. В рабочем помещении подвального типа нет источников естественного освещения, поэтому все основное освещение является искусственным. В лаборатории предусмотрены источники общего освещения, поскольку применение местного и общего одновременно запрещены на производстве по нормативам [43-45]. В рабочем помещении в качестве источников искусственного освещения используются люминесцентные лампы, которые дают общее освещение не менее 300 люкс [44-45].

Микроклимат производственных помещений - климат внутренней среды этих помещений, который определяется действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также интенсивности теплового излучения от нагретых поверхностей.

Для соблюдения норм микроклимата помещение лаборатории снабжено устройством для отопления, покрыто слоем теплоизоляционных материалов. Также в лаборатории запрещено работать с легковоспламеняющимися веществами вблизи работающих печей или нагретых материалов. Тяжесть выполняемой работы относится ко 2Б категории (средней тяжести). Данные по нормам микроклимата в рабочем помещении представлены в таблице 5.2.



Таблица 5.2 - Допустимые нормы микроклимата [47]

Сезон года	Категория тяжести выполняемых работ	Температура, С0	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха, м/сек
		Фактич. Значение	Допустим. Значение	Фактич. Значение	Допустим. Значение	Фактич. Значение	Допустим. Значение
Теплый	2Б	20-24	20-25	32,1	15-75	0,05	0,1
Холодный	2Б	17-10	20-25			0,03	0,1

5.3 Анализ опасных факторов производственной среды

К опасным факторам производственной среды можно отнести гидравлический пресс. Поэтому для пресса, изготовленного для автоматической работы, необходимо иметь гидравлический подпорный клапан. Если существует риск травматизма (сила более 150 Н), должны быть приняты меры, предотвращающие непреднамеренное падение в результате действия силы тяжести ползуна. Необходимо предотвратить риск посредством механического или гидравлического ограничителя.

Перед началом работ на гидравлическом прессе необходимо пройти инструктаж ТБ. При работе гидравлического пресса необходимо внимательно контролировать показания манометра. Нельзя допускать превышения определенного давления, поскольку может произойти порча пресса, разрушение пресс-формы и механическое повреждение организма.

На производстве возможны случаи поражения электрическим током на производстве, поэтому для недопущения поражения электрическим током необходимо проводить следующие мероприятия:

а) все лица, проходят инструктаж на рабочем месте, допуск к самостоятельной работе разрешается лишь после проверки знаний техники безопасности; прессование синтез плазменный цирконий

б) осуществляется постоянный контроль качества и исправности защитных приспособлений и заземлении, ремонтно-наладочные работы на действующих электроустановках производится только с использованием защитных средств;

в) эксплуатация электроустановок предусматривает введение необходимой технической документации; обеспечивается недоступность к токоведущим частям, находящимся под напряжением; корпуса приборов и электроустановок заземляются.

5.4 Региональная безопасность

Основными источниками загрязнения окружающей среды могут быть наночастицы порошков. Однако учитывая тот факт, что навески порошков имеют малую массу, то можно считать данное производство безопасным.

5.5 Защита атмосферы

Для защиты атмосферы используются вентиляционные системы, улавливающие наночастицы. На сегодняшний день не существует нормативных данных по фильтрам для наночастиц. При этом учитывают, что наночастицы с размерами порядка 10-7-10-8 м ведут себя как молекулы газа, а частицы с большими размерами, как частицы пыли. Для фильтрации воздуха применяют комбинированные газопылезащитные системы, которые улавливают наночастицы всех размеров.

5.6 Защита гидросферы

Поскольку работы ведутся с сухими порошками без жидких примесей, то утилизацию отходов путем слива в канализацию не проводят. Если все-таки косвенно произойдет попадание наночастиц в воду, то концентрация будет незначительной и не нанесет вреда.



5.7 Защита литосферы

Попадание наночастиц порошков в литосферу может происходить при неправильной утилизации твердых отходов производства. Все эксперименты в лаборатории имеют исследовательский характер, и навески порошка для изготовления образцов имеют малую массу. Доля отходов в лаборатории мала, поэтому допускается утилизация в мусорные контейнеры. Если наночастицы попали в литосферу, особой опасности частицы нести не станут за счет своей малой концентрации [50.

Таким образом, можно сказать, что в ходе выполнения ВКР региональная безопасность была полностью соблюдена.

5.8 Организационные мероприятия обеспечения безопасности

Перед началом работы каждый сотрудник должен пройти инструктаж по технике безопасности. Инструктаж по ТБ должен включать особенности работы с порошками, которые способны легко вспыливаться и путем переноса по воздуху попадать в организм и окружающую среду. В процессе работы с нанопорошками нельзя трясти емкость, делать навески необходимо медленными движениями и только чистым совочком. При этом особенно важно работать в спецодежде: перчатках, халате, респираторе. Перчатки и респиратор необходимо менять каждые 1,5-2 часа [50].

В лаборатории рабочее место около каждой установки должно быть обеспечено возможностью свободного доступа для эксплуатации и ремонта. При этом установки не должны загораживать проход в случае ЧС. Рычаг аварийного отключения электроэнергии должен быть легко досягаем при работе у любой части установки.

В помещении должно быть обеспечено равномерное освещение, достаточное для нормальной трудовой деятельности [45]. Регулярно через определенные интервалы времени проводится вентиляция помещения. Также должны быть соблюдены нормы по микроклимату [46, 47]. Уровень шума не должен превышать допустимого значения. В случае превышения допустимых норм необходимо использовать средства индивидуальной защиты, к примеру, наушники [42].

В ходе работы у технологов предусматриваются перерывы на отдых, частота и длительность которых утверждаются руководством и органами здравоохранения. Рабочее место технолога также должно либо проветриваться (при малых размерах цеха), либо снабжаться воздушной вытяжкой с подачей свежего и чистого воздуха. При этом следует контролировать скорость подачи воздуха во избежание сквозняков и резких перепадов температуры, иначе велик риск простудных заболеваний.

5.9 Особенности законодательного регулирования проектных решений

В лаборатории по производству керамических изделий должны быть предусмотрены специальные режимы работы, поскольку данная сфера производства относится к трудоемкой и монотонной, а иногда даже может нанести вред здоровью. С учетом особенностей работы следует применять режимы сокращенного дня с перерывами, аспекты которых регламентируются руководством.

По трудовому кодексу работникам лаборатории предоставляются гарантии и компенсации в случаях:

ь направления в служебные командировки;

ь переезда на работу в другую местность;

ь исполнения государственных или общественных обязанностей;

ь совмещения работы с получением образования;

ь вынужденного прекращения работы не по вине работника;

ь предоставления ежегодного оплачиваемого отпуска;

ь прекращения трудового договора;

ь в связи с задержкой по вине работодателя выдачи трудовой книжки при увольнении работника.

На предприятие должен проходить контроль специальными инспекторами охраны труда и службы производственного контроля с целью обеспечения должного уровня режима работы сотрудников, проверки работоспособности оборудования и экологической чистоты предприятия. Такой контроль проводится регулярно через определенные интервалы времени. В случае нарушения каких-либо условий информация поступает к управляющему предприятия.

Исполнение законодательной базы контролирует Федеральная инспекция труда при Министерстве труда и социальной защиты Российской Федерации. В организации данную роль исполняет внутренняя инспекция по охране труда ОСМ ТНЦ СО РАН.

Государственное управление в условиях чрезвычайных ситуаций осуществляется на базе Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Территориальная подсистема предназначена для предупреждения и ликвидации ЧС на подведомственной территории и включает в себя координационный орган - комиссию по чрезвычайным ситуациям на подведомственной территории обогатительного предприятия. Также эта комиссия решает финансовые, медицинские, информационные и продовольственные проблемы, связанные с возникновением ЧС .

5.10 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

В рабочем помещении все установки работают от электрического тока, поэтому при несоблюдении техники безопасности наиболее вероятно возникновение пожара. Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага, наносящего материальный ущерб. Пожарная безопасность означает состояние объекта, при котором с установленной вероятностью исключается возможность возникновения и развития пожара и воздействия на людей опасных факторов пожара, а также обеспечивается защита материальных ценностей.

Наличие в воздухе помещения в процессе изготовления изделий мелких пылевидных частиц увеличивает шанс возгорания. Неправильная эксплуатация электронной аппаратуры также может привести к возгоранию. Причины пожара могут иметь электрический и неэлектрический характер.

Причины возникновения пожара неэлектрического характера: халатное неосторожное обращение с огнем (курение, оставленные без присмотра нагревательные приборы, использование открытого огня); самовоспламенение и самовозгорание веществ.

Причины возникновения пожара электрического характера: короткое замыкание, перегрузки по току и др.

Для устранения причин возникновения пожаров в помещении лаборатории должны проводиться следующие мероприятия:

а) сотрудники лаборатории должны пройти противопожарный инструктаж;

б) сотрудники обязаны знать расположение средств пожаротушения и уметь ими пользоваться;

в) необходимо обеспечить правильный тепловой и электрический режим работы оборудования;

г) пожарный инвентарь и первичные средства пожаротушения должны содержаться в исправном состоянии и находиться на видном и легко доступном месте [54].

В лаборатории имеются 2 огнетушителя марки ОУ-2 предназначены для тушения различных веществ и материалов, за исключением щелочноземельных элементов, а также электроустановок под напряжением до 1000В. При тушении электроустановок, находящихся под напряжением, не допускается подводить раструб ближе 1 метра до электроустановки и пламени.

К наиболее вероятным источникам ЧС природного характера на территории Томской области относятся: половодье; шквальные ветры и ураганы; лесные пожары; эрозия почв; обильные осадки, в т.ч. крупный град и сильный туман. Предупреждением населения о возможных ЧС, а также ликвидацией их последствий занимается ГУ МЧС по Томской области.



Выводы

В результате проведенных исследований на основе анализа свойств керамических образцов, полученных при разных температурных и ультразвуковых режимах с помощью метода холодного одноосного прессования с ультразвуковым воздействием с последующим спеканием, установлено, что:

ь увеличение концентрации оксида иттрия приводит к резкому росту среднего размера зерна с увеличением температуры c 0,64 до 17,73 мкм при 1500 °С; ультразвуковое воздействие снижает данный эффект примерно в 7 раз;

ь при увеличении содержания Y2O3 происходит увеличение среднего размера и числа пор; с ростом температуры происходит уменьшение среднего числа пор c 78 до 27 при 1500 °C для TZ-8YS и c 470 до 53 при 1500 °С для TZ-10YS; эффект ультразвукового воздействия дополнительно интенсифицирует данный процесс на 58%;

ь увеличение стабилизирующей добавки приводит к ухудшению микротвердости на 25%; ультразвуковое воздействие позволяет улучшить данное свойство на всем интервале температур вне зависимости от содержания оксида иттрия;

ь оптимальным температурным режимом является 1500°С (самые низкие значения числа и среднего размера пор, высокие значения микротвердости).

В результате проведенных исследований на основе анализа свойств керамических образцов, полученных с помощью метода искрового плазменного спекания, установлено, что:

ь использование коллекторной схемы прессования в процессе искрового плазменного спекания возможно;

ь реальное поведение изменения пористости от времени в целом хорошо коррелирует с теоретическими моделями поведения; однако, достоверность моделирования ограничена неполной компенсацией температурного расширения/сжатия образца, а также существенными колебаниями температуры; модель 1 подходит для качественной оценки всего процесса; модель 2 - для количественной оценки в диапазоне значимых изменений пористости;

ь двукратное увеличение выдержки при максимальной температуре синтеза (1300 °C) увеличивает плотность и микротвердость изделий на 2,1 и 3,3% соответственно; дополнительная выдержка после спекания при 1000 °C увеличивает плотность и микротвердость на 2 и 0,6% соответственно.

Результаты исследований были представлены на конференциях:

1. XII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Перспективы развития фундаментальных наук", Россия, Томск, 21-24 апреля 2015 г. Тема: "Исследование свойств керамики на основе диоксида циркония различных составов, полученной с применением ультразвуковых колебаний", авторы: Деркач Е.А., Панина А.А., Хасанов А.О.



Список использованной литературы

Выдрик Г.А., Соловьева Т.В., Харитонов Ф.Я. Прозрачная керамика - М.: Энергия, 1980. - 96 с.

) Peuchert U., Okanoa Y., Menke Y., Reichel S., Ikesue A. Transparent cubic-ZrO2 ceramics for application as optical lenses // Journal of the European Ceramic Society. - 2009. - Vol. 29. - № 2. - P. 283-291.

) Liu Q., Liu J., Li J., Ivanov M., Medvedev A., Zeng Y., Jin G., Ba X., Liu W., Jiang B., Pan Y., Guo J. Solid-state reactive sintering of YAG transparent ceramics for optical applications // Journal of Alloys and Compounds. - 2014. - Vol. 616. - P. 81-88.

) Елисеев А.А., Лукашин А.В. Функциональные наноматериалы - М: Физматлит, 2010. - 456 с.

) Матренин С.В., Слосман А.И., Техническая керамика: Учебное пособие - Томск: Изд-во ТПУ, 2004. 75 с.

) Гаршин А.П., Гропянов В.М., Зайцев Г.П., Семенов С.С. Керамика для машиностроения. М.: Научтехлитиздат, 2003. - 384 с.

) Балкевич В.Л. Техническая керамика - М.: Стройлитиздат, 1984. - 256 с.

) Singhal S.C. Zirconia Electrolyte Based Fuel Cells // Pacific Northwest National Laboratory. - 2000. - Vol. 34.

) Vahldiek F. W. Translucent ZrO2 Prepared at high pressures // Journal of less-common metals. - 1967. - Vol. 13. - P. 530-540.

) Leia L., Fua Z., Wanga H., Leec S.W., Niihara K. Transparent yttria stabilized zirconia from glycine-nitrate process by spark plasma sintering // Ceramics International. - 2012. - Vol. 38. - P. 23-28.

) Хасанов О.Л., Двилис Э.С., Бикбаева З.Г. Методы компактирования и консолидации наноструктурных материалов и изделий - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 212 с.

) Wang S.F., Zhang J., Luo D.W., Gu F., Tang D.Y., Dong Z.L., Tand G.E.B., Que W.X., Zhang T.S., Li S., Kong L.B. Transparent ceramics: Processing, materials and applications // Progress in Solid State Chemistry - 2013. - Vol. 41. - P. 20-54.

) Jin L., Zhou G., Shimai S., Zhang J., Wang S. ZrO2-doped Y2O3 transparent ceramics via slip casting and vacuum sintering // Journal of the European Ceramic Society - 2010. - Vol. 30. - P. 2139-2143.

) Хасанов О.Л., Двилис Э.С., Качаев А.А. Метод коллекторного компактирования нано- и полидисперсных порошков: учебное пособие - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 102 с.

) Хасанов О.Л., Двилис Э.С., Полисадова В.В., Зыкова А.П. Эффекты мощного ультразвукового воздействия на структуру и свойства наноматериалов - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - 149 с.

) Siarampi E., Kontonasaki E., Papadopoulou L., Kantiranis N., Zorba T., Paraskevopoulos K. M., Koidis P. Flexural strength and the probability of failure of cold isostatic pressed zirconia core ceramics // The Journal of Prosthetic Dentistry -2012. - Vol. 108. - P. 84-95.

) Крупа А. А., Городов В. С. Химическая технология керамических материалов. - Киев: Высшая школа, 1990. - 399 с.

) Рабухин А. И. Основы технологии керамики и огнеупоров: учебное пособие для ВТУЗов - М.: РХТУ, 2001. - 112 с.

) Klimke J, Krell A. Polycrystalline ZrO2-transparent ceramics with high refractive index // Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Sintered Materials (IKTS). - 2005. - Vol. 1. - P. 23-28.

) Попильский Р.Я., Пивинский Ю.Е. Прессование порошковых керамических масс - М.: Металлургия, 1983. - 176 с.

) Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков - М.: Энергия, 1976. - 336 с.

) Шевченко А.В., Рубан Ф.К., Дудник Е.В. Высокотехнологичная керамика на основе диоксида циркония // Огнеупоры и техническая керамика. - 2000. - №9. - С. 2-8.

) Khor K.A., Gu Y.W. Hot isostatic pressing of plasma sprayed yttria-stabilized zirconia // Materials Letters - 1998. - Vol. 34. - P. 263-268.

) Chaim R., Heuer A.H., Brandon D.G. Phase Equilibration in ZrO2-Y2O3 Alloys by Liquid Film Migration // Journal of American Ceramic Society. - 1986. - Vol. 69. - P. 243-248.

) Balakrishnan N., Takeuchi T., Nomura K., Kageyama H., Takeda Y. Aging effect of 8 mol% Y2O3 YSZ with different microstructures // Journal of the Electrochemical Society. - 2004. - Vol. 151. - P. 1286-1291.

) Хасанов О.Л. Структура и свойства циркониевой керамики, изготовленной ультразвуковым компактированием нанопорошков // Конструкции из композиционных материалов. - 2007. - №1. - C. 60-72.

) Красавина М.А. Применение ультразвука в технологии изготовления оксидноцинковых варисторов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://opnzeu.ru/stat.htm - свободный.

) Бикбаева З.Г., Полисадова В.В., Панина А.А. Микротвердость керамических материалов. - Томск, Изд-во ТПУ, 2011. - 23 с.

) ГОСТ 9450-76 (СТ СЭВ 1195-78) Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников (с Изменениями N 1, 2).

) Niihara K. A fracture mechanics analysis of indentation-induced Palmqvist crack in ceramics // J. Mater. Sci. Lett. - 1983. - Vol. 2. - P. 221-223.

) Matsui K., Yoshida H., Ikuhara Y. Grain-boundary structure and microstructure development mechanism in 2-8 mol% yttria-stabilized zirconia polycrystals // Acta Materialia - 2008. - Vol. 56. - P. 1315-1325.

) Abraham I., Gritzner G. Powder Preparation, Mechanical and Electrical Properties of Cubic Zirconia Ceramics // Journal of the European Ceramic Society. - 1996. - Vol. 16. - P. 71-77.

) Видяев И.Г., Серикова Г.Н., Гаврикова Н.А. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение: учебно-методическое пособие - Томск: Изд-во ТПУ, 2014. - 36 с.

) Котлер Ф., Бергер Р., Бикхофф Н. Стратегический менеджмент по Котлеру. Лучшие приемы и методы - Альпина Паблишер, 2012. - 143 с.

) ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

) ГН 2.2.5.686-98. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы

) ГОСТ 12.1.007-76. ССБТ Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.

)ГОСТ Р 54578-2011. Воздух рабочей зоны. Аэрозоли преимущественно фиброгенного действия. Общие принципы гигиенического контроля и оценки воздействия.

)ГОСТ 12.1.001-89. Ультразвук. Общие требования безопасности.

)ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.

) СНиП 23-03-2003. Защита от шума.

) СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой, застройки.

) Амелькович Ю.А., Анищенко Ю.В., Вторушина А.Н., Гуляев М.В., Гусельников М.Э., Дашковский А.Г., Задорожная Т.А., Извеков В.Н., Кагиров А.Г., Костырев К.М., Панин В.Ф., Плахов А.М., Романенко С.В. Лабораторный практикум по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей: учебное пособие - Томск: Изд-во ТПУ, 2010. - 236 с.

) СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий.

) СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

) СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование.

) СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

) ГОСТ 53010-2008. Прессы гидравлические. Требования безопасности.

) ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.

) Годымчук А.Ю., Савельев Г.Г., Зыкова А.П. Экология наноматериалов - М.: Бином, 2012. - 272 с.

) Трудовой кодекс РФ от 30.12.2001 N 197-ФЗ / [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru/popular/tkrf/ - свободный.

)Министерство труда и социальной защиты Российской Федерации / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rosmintrud.ru/ - свободный.

)Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. N 68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»

)ГОСТ 12.1.033 - 81. ССБТ Пожарная безопасность.

)Главное Управление МЧС по Томской области [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://70.mchs.gov.ru/ - свободный.

Размещено на Allbest.ru

...