Konsorcjum HydroProCera

Projekt HydroProCera realizowany jest przez konsorcjum czterech partnerów:

  • Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej,
  • Laboratorium Zaawansowanych Materiałów i Powierzchni Szwajcarskiego Federalnego Laboratorium Materiałoznawstwa i Technologii (Empa),
  • Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej
  • Zakład Ceramiki CEREL, niezależny wydział Instytutu Energetyki.

Ze strony Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej projekt realizowany jest przez Zespół Materiałów Ceramicznych i Kompozytowych. Zespołem kieruje dr hab. inż. Paulina Wiecińska, prof. uczelni, pełniąca funkcję kierownika projektu (Principal Investigator).

Zespół wchodzi w skład Katedry Technologii Chemicznej i prowadzi badania nad opracowywaniem oraz przetwarzaniem materiałów ceramicznych i kompozytowych. Zakres działalności obejmuje wytwarzanie ceramiki tlenkowej o właściwościach dielektrycznych, półprzewodnikowych i elektrooptycznych, w tym materiałów na bazie Al₂O₃, ZrO₂, ZnO oraz YAG, a także kompozytów ceramicznych wzmacnianych nanocząstkami metali i grafenem. Zespół rozwija również światłoutwardzalne zawiesiny i pasty ceramiczne przeznaczone do technologii druku 3D.

Ze strony Empa (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) projekt realizowany jest przez zespół Nanopowders and Ceramics, działający w Laboratorium Zaawansowanych Materiałów Ceramicznych (Laboratory for High Performance Ceramics, 201). Zespołem kieruje dr Michael Stuer, natomiast w realizację projektu jako pracownik na stanowisku postdoctoral researcher zaangażowany jest dr Rishabh Shukla. Zespół Nanopowders and Ceramics prowadzi badania nad chemicznie złożonymi materiałami ceramicznymi, w szczególności ceramiką wysokiej entropii (high-entropy ceramics), zaawansowanymi metodami koloidalnymi, obejmującymi techniki formowania z wykorzystaniem światła (2PP/MPP oraz DLP), a także technologiami szybkiego spiekania (FAST), takimi jak spiekanie z wykorzystaniem plazmy iskrowej (SPS), ultraszybkie spiekanie (UHS) oraz spiekanie mikrofalowe. Badania zespołu koncentrują się na opracowywaniu materiałów o wyjątkowych właściwościach poprzez dobór parametrów procesowych, umożliwiających otrzymanie niezawodnych materiałów i technologii dostosowanych do konkretnych zastosowań. Działalność badawcza obejmuje cały łańcuch rozwoju materiałów – od ich syntezy, poprzez kompleksową charakterystykę z wykorzystaniem technik takich jak dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego (XRD), spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich (XPS/HAXPES), skaningowa i transmisyjna mikroskopia elektronowa (SEM, TEM-EDS), analiza powierzchni właściwej metodą BET oraz spektroskopia impedancyjna (EIS), aż po ocenę właściwości funkcjonalnych, w tym katalitycznych, termoelektrycznych, dielektrycznych, magnetycznych oraz związanych z magazynowaniem energii. Tak kompleksowe podejście umożliwia wyznaczenie przestrzeni projektowania materiałów wykraczającej poza tradycyjne parametry oraz określenie wpływu poszczególnych czynników na ich właściwości użytkowe. Stanowi ono podstawę do opracowywania nowej generacji materiałów ceramicznych o właściwościach projektowanych pod kątem konkretnych zastosowań, z wykorzystaniem niezawodnych i skalowalnych technologii wytwarzania.

Grupa badawcza, kierowana przez prof. dr. hab. inż. Zbigniewa Pędzicha z Katedry Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie, z aktywnym udziałem dr. inż. Dawida Kozienia, specjalizuje się w projektowaniu, wytwarzaniu oraz kompleksowej charakterystyce zaawansowanych materiałów ceramicznych przeznaczonych do zastosowań wysokotemperaturowych, konstrukcyjnych, energetycznych oraz wybranych zastosowań biomedycznych. Zakres kompetencji zespołu obejmuje zarówno materiały ceramiczne tlenkowe, jak i nietlenkowe, ze szczególnym uwzględnieniem ceramiki ultrawysokotemperaturowej (UHTC), materiałów na bazie węglika boru, kompozytów cyrkonowych oraz materiałów ogniotrwałych przeznaczonych do pracy w ekstremalnych warunkach eksploatacyjnych. Istotnym obszarem działalności badawczej zespołu są kompozyty o osnowie ceramicznej otrzymywane metodą spiekania reakcyjnego oraz z wykorzystaniem pokrewnych technik szybkiego spiekania, obejmujące m.in. układy zawierające B₄C oraz fazy MAX, projektowane pod kątem uzyskania wysokich właściwości mechanicznych, odporności na utlenianie oraz stabilności termomechanicznej.

Zespół posiada bogate doświadczenie w zakresie zaawansowanego przetwarzania proszków ceramicznych, spiekania wspomaganego ciśnieniem, w tym metodą Spark Plasma Sintering/Fast Assisted Sintering Technology (SPS/FAST), inżynierii mikrostruktury oraz addytywnego wytwarzania materiałów ceramicznych i kompozytów o osnowie ceramicznej. Prowadzone badania obejmują kompleksową ocenę właściwości mechanicznych, cieplnych, tribologicznych oraz odporności na utlenianie, wspartą zaawansowanymi analizami strukturalnymi i fazowymi. W obszarze technologii energetycznych zespół opracowuje materiały ceramiczne i kompozytowe przeznaczone do elementów pracujących w wysokich temperaturach, środowiskach agresywnych oraz systemach konwersji i magazynowania energii. Równolegle prowadzone są badania nad materiałami zawierającymi bor oraz kompozytami ceramicznymi pod kątem ich potencjalnych zastosowań biomedycznych i funkcjonalnych, z wykorzystaniem zarówno konwencjonalnych, jak i addytywnych metod wytwarzania, umożliwiających spełnienie rygorystycznych wymagań aplikacyjnych. Integrując projektowanie materiałów z nowoczesnymi technologiami ich przetwarzania oraz zaawansowanymi metodami charakteryzacji, zespół rozwija wysokowydajne materiały ceramiczne dostosowane do najbardziej wymagających zastosowań przemysłowych i nowoczesnych technologii, w szczególności dla sektora lotniczego, energetycznego oraz zaawansowanych konstrukcji inżynierskich.

Ze strony Instytutu Energetyki – Państwowego Instytutu Badawczego projekt realizowany jest przez Zakład Ceramiki CEREL, jeden z czterech niezależnych zakładów Instytutu, działający nieprzerwanie od 1972 roku. Siedziba Zakładu znajduje się w Boguchwale koło Rzeszowa. CEREL specjalizuje się w projektowaniu i wytwarzaniu wyrobów z ceramiki konstrukcyjnej i funkcjonalnej, obejmujących przede wszystkim materiały na bazie tlenku cyrkonu, tlenku glinu, azotków, węglików, porcelany technicznej, mulitu, steatytu oraz kordierytu. Opracowywane materiały ceramiczne charakteryzują się wysoką wytrzymałością mechaniczną, odpornością na ścieranie i korozję chemiczną, dużą twardością, niską przewodnością cieplną oraz stabilnością właściwości podczas pracy w wysokich temperaturach. Produkowane przez CEREL elementy ceramiczne znajdują zastosowanie m.in. w odlewaniu nadstopów dla przemysłu lotniczego, jako elementy maszyn i urządzeń, izolatory elektryczne, komponenty ceramiki ogniotrwałej oraz wyposażenie laboratoryjne. Wyroby Zakładu są wykorzystywane przez przedsiębiorstwa z sektorów lotniczego, motoryzacyjnego, chemicznego, energetycznego, hutniczego, odlewniczego, papierniczego, drzewnego, szklarskiego, spożywczego i farmaceutycznego, zarówno w kraju, jak i za granicą. Szeroki zakres wytwarzanych materiałów jest możliwy dzięki nowoczesnemu zapleczu technologicznemu, umożliwiającemu stosowanie praktycznie wszystkich najważniejszych metod formowania ceramiki technicznej, takich jak prasowanie jednoosiowe i izostatyczne, wytłaczanie, odlewanie z zawiesin, odlewanie taśmowe (tape casting), sitodruk oraz formowanie wtryskowe nisko- i wysokociśnieniowe. Zakład dysponuje również nowoczesnym parkiem maszynowym obejmującym obrabiarki sterowane numerycznie do obróbki półfabrykatów przed i po spiekaniu (tokarki, frezarki, wiertarki, plotery, systemy cięcia laserowego, szlifierki) oraz współrzędnościową maszynę pomiarową umożliwiającą precyzyjną kontrolę jakości i dokładności wykonania wyrobów ceramicznych.