Бронеэлементы из карбида кремния и композиционных материалов


Цели проекта


Организация производства высокоэффективной бронезащиты нового поколения, облада-ющей повышенными качественными характеристиками. Получение дополнительной прибыли.

Состояние проблемы


ОАО «ЦНИИМ» имеет производственный участок по выпуску уникальных броне-элементов из карбида кремния с возможностью выпуска готовой продукции в объеме до 10-12 тонн в год. В 2011г. общий объем выпуска продукции по заключенным договорам составил 11тонн изделий из SiC керамики. Заказчиками продукции являются предприятия Минатома, Роскосмоса, оборонной и судостроительной промышленности.
В связи с программами, направленными на модернизацию вооружений, принятыми Правительством РФ, в ближайшие годы будет наблюдаться устойчивый рост объемов по-требления данного вида продукции. Это подтверждается и предварительными заявкам от существующих Заказчиков бронезащиты, которым потребуется в 2012 г. до 15 тонн дан-ной продукции, а к 2013 г. объем заказов возрастет до 20 тонн в год. Имеющиеся произ-водственные мощности не позволяют увеличить объемы выпуска продукции, т.к. полно-стью загружены существующими заказами. Вся продукция, выпускаемая сегодня инсти-тутом, относится к категории бронезащиты военной техники, а на существующем рынке бронеодежды и защитных элементов личного состава, объем которого сопоставим с объе-мами заказов для техники, продукция института не представлена вовсе.
Преимущества керамики, выпускаемой институтом, состоит в том, что по сравне-нию с оксидной керамикой (Al2O3) карбид кремния обладает уникальными свойствами: высокими твердостью, износостойкостью, теплопроводностью, огнеупорностью, прочно-стью, при этом его удельный вес ниже в 1,3 раза.
За последние годы в рамках выполнения различных НИР коллективом ОАО «ЦНИИМ» был накоплен большой опыт в разработке новых керамических и композици-оннных материалов, представляющих интерес при использовании их в бронезащите ши-рокого спектра применения.
В США и во всех развитых странах ЕС в последние десятилетия уделяется большое внимание научным разработкам и созданию промышленных производств керамических изделий из карбида кремния, в первую очередь, для ВПК (детали для бронезащиты, ракет-но-космических комплексов, газотурбинных и дизельных танковых двигателей, лазерных систем и т.д.).
Имеющаяся информация показывает, что в западных странах в рамках программы разработки танков новых поколений и модернизации уже существующей бронетехники, проводятся интенсивные исследования по созданию новых схем бронирования с исполь-зованием деталей бронезащиты их карбида кремния. Изучается взаимодействие этого вида керамики с кумулятивными зарядами, ее сочетание с активной защитой.
Результаты, полученные в исследовательских центрах бундесвера при испытании плит размером 100х100х20 мм на бронепробитие под прямым углом стержнями из воль-фрама длиной 150 мм и диаметром 7,5 мм со скоростями 1800… 2000 м/с, показали, что эффективность данного вида брони по техническим параметрам минимум на 50% выше, чем у других типов керамических материалов. В настоящее время элементы брони из этого вида керамики применяются в танках «Леопард».
Аналогичные исследования, в которых институт принимал самое активное участие, были развернуты и в Миноборонпроме. Полученные результаты показали, что примене-ние керамики на основе карбида кремния дает ощутимый выигрыш по массе в 20% и бо-лее, а при применении композиционной керамики – до 30%. При этом возрастает прочность и пулестойкость изделий.
Также, разработанные технологии позволяют использовать имеющиеся наработки и в создании средств индивидуальной защиты с целью снижения массы бронежилетов и повышения эффективности защиты от разных средств поражения.

Предлагаемое решение — краткое описание программы (проекта), и какие выго-ды от реализации программы (проекта) получит организация.


Проектом предусматривается проведение модернизации участка бронекерамики , пу-тем приобретения нового высокотехнологичного оборудования, позволяющего увеличить объемы выпуска существующей продукции и перейти к созданию новых видов бронеке-рамики на основе карбида кремния и карбида бора.
Необходимость вывода на рынок защитных средств высокопрочной керамики с од-нородной структурой на основе карбида бора назрела давно, но сдерживалась разного ро-да причинами экономического и технического характера. В данный момент ОАО «ЦНИИМ» обладает результатами исследований, которые составили основу разработан-ной технологии изготовления бронезащиты на основе карбида бора и , при наличии ново-го печного и прессового оборудования, способно вывести выпуск данной продукции на промышленные объемы в самое короткое время.
Несомненно, что главными потребителями керамики на основе карбида бора станут предприятия, имеющие в своем перечне выпускаемой продукции системы защиты лично-го состава, такие как ЗАО ЦВМ «Армаком», ЗАО «Кираса», ООО «Техинком», где выиг-рыш по массе изделия может достигать 30%. Так же данная продукция будет востребова-на и существующими заказчиками, разрабатывающими различные типы защиты техники, в том числе Роскосмос, ОАО «Концерн ПВО «Алмаз-Антей» и др.
Учитывая создание новых современных видов бронетехники, предлагается разра-ботать промышленную технологию и организовать на площадке ОАО «ЦНИИМ» передо-вое производство бронеэлементов на основе композитной керамики из порошков карбида бора и карбида кремния, и бронепанелей на их основе.
Организация нового производства в ОАО «ЦНИИМ» также позволит внедрять технологию выпуска изделий из спеченного карбида кремния, который базируется на но-вом способе производства композитной керамики, суть которого состоит в отказе от тра-диционных малопроизводительных и дорогостоящих методов порошковой металлургии – горячего прессования или газостатирования при высоких давлениях, - и использовании новой технологией активированного спекания в контролируемой газовой среде.
Технология включает в себя стадии приготовления гомогенизированной суспензии из высококачественных порошков и специальных активаторов спекания, формования за-готовок изделий методом полусухого прессования в стальных формах при комнатной температуре на прессе 2-х стороннего действия, сушку и спекание изделий в специализи-рованной печи при температурах до 20000С в контролируемой газовой среде с высокой чистотой.
Эта технология позволит получать в промышленных масштабах керамические из-делия с прочностью на изгиб 450 …500 МПа, с трещиностойкостью – более 6 МПа х м 1/2 при плотности 3,2 г/см3 и пулестойеостью 6а класса. Пористость материала даже в тол-щинах 40 мм не превышает 1%. Технология отличается высокой производительностью, кроме того, эта керамика в дальнейшем не нуждается в механической обработке.
По оценке специалистов, полученный ОАО «ЦНИИМ» опыт представляет большую государственную ценность, содержит ряд принципиально новых технических решений для производства керамических изделий на самом высоком мировом уровне, в первую очередь для обеспечения нужд МО и МВД.

Обоснование потребности в проекте содержит факты, доказательства, статистиче-ские данные о том, что программа (проект) необходима.


В настоящий момент отечественный рынок бронекерамики представлен в подав-ляющем большинстве изделиями на основе оксида алюминия, материала , который не мо-жет обеспечить возросших за последние годы технических требований к данному виду бронезащиты.. Очевидно, что наша страна, как крупная индустриальная держава, не мо-жет и не должна отставать от передовых технологий, тем более, что отечественные разра-ботки позволяют получать продукцию на уровне лучших мировых аналогов. Применение новых технологий по изготовлению бронекерамики на основе карбида кремния и карбида бора позволят повысить эффективность использования нового оборудования и , как след-ствие, повысить его производительность, снизить себестоимость процесса производства, повысить качество продукции.
Реализация предлагаемого проекта позволит обеспечить отечественную оборонную и ядерную промышленность высокоэффективной бронезащитой нового поколения на уровне лучших мировых производителей, обладающей повышенными качественными ха-рактеристиками. Предприятия, письменно подтвердившие заинтересованность в результатах проекта: ФГУП « Комбинат «Электрохимприбор» (г. Лесной), ФГУП «Российский Федеральный Ядерный центр – ВНИИЭФ» (г. Саров), ОАО СЗ «Северная верфь», , ОАО «ГОЗ Обухов-ский завод», ОАО «Средне-Невский Судостроительный завод»,ЗАО ЦВМ «Армаком», ЗАО «Кираса», ООО «Техинком».

Степень готовности программы (проекта)

- необходимость осуществления програм-мы (проекта) «с нуля» или речь идет о совершенствовании существующих продуктов (услуг, работ, процессов) организации.
В ОАО «ЦНИИМ» существует производство бронеэлементов на основе карбида крем-ния в объеме до 15 тонн в год, имеются законченные научные разработки бронекерамики из спеченного карбида кремния, выполнен НИР по реакционно-спеченному карбиду бора. Имеется утвержденный и согласованный проект модернизации производства с целью уве-личения объемов выпуска продукции до 25 тонн в год с возможностью внедрения новых материалов.
Исследования, проведенные группой предприятий и научно-исследовательских ор-ганизаций, в которых институт принимал самое активное участие, были развернуты Ми-ноборонпромом. Полученные результаты показали, что применение керамики на основе карбида кремния в толщинах 8…10 мм позволяет обеспечить защиту от бронебойных пуль Б-32 калибров 7,62 и 12,7 мм. При этом достигается выигрыш по массе 35…40% по сравнению броней из броневых сталей высокой твердости. В кооперации с ВНИИ транс-маш и ПО «Кировский завод» была разработана и испытана модульная конструкция верх-ней лобовой детали изделия 219 с применением метало-полимерно-керамического напол-нителя. Толщина керамических плит -40 мм. Это позволило повысить противоснарядную стойкость на 10…15% и прирост кумулятивной стойкости на 130 мм по сравнению с серийной деталью.
Кроме того, применение данного вида керамики позволяет решить задачу защиты крыши машин легкой весовой категории от пробития осколками 152 мм ОФС с дистанции менее 10 м и с выигрышем по массе 45…50%.

Ожидание результата


Описание продукта
Характеристики Карбидокремниевая бронезащита Бронезащита из оксида алюминия (Al2O3) Композиционная бронезащита
Плотность 3,10 г/ см3 3,95 г/ см3 2,7 г/ см3
Прочность при изгибе 280 МПа 250 МПа 400 МПа
Твердость 23ГПа 21ГПа 28ГПа
Пулестойкость 5 класс 5 класс 6a класс
Вес бронеэлемента размером 5х5х0,8 см 62 гр. 89 гр. 54 гр.

Выигрыш по массе на единицу объема бронеплиты составляет при использовании:
карбидокремниевой керамики на 30%
композиционной керамики на 40%
-целевые сегменты потребителей (пользователей), оборонная, ядерная, судострои-тельная промышленность.
-потенциальный объем спроса в количественном и денежном выражении – по нашим оценкам объемы потребления бронезащитных элементов нового поколения могут составить не менее 11 000 кг. в год.
-ожидаемый объем годовой выручки – При выпуске 11 000 кг.в год – 66 000 000 руб.;
-конкурентные преимущества продукта (услуги, работы, процесса) – при сопоста-вимом уровне цен - повышение качественных характеристик продукции и размер прибыли от реализации в размере не менее 30%;
- факторы успеха реализации программы (проекта) – наличие научных разработок; наличие заинтересованности предприятий в продукте проекта; наличие высококвалифи-цированного персонала; экономическая эффективность проекта.
-потенциальные риски программы (проекта)
– снижение объемов Гособоронзаказа;
- предполагаемая рентабельность проекта – 122 %

Основные этапы реализации программы (проекта).


Укрупненный перечень и проект графика выполнения работ по программе (проекту)
Наименование этапа Исполнитель Срок
1. Приобретение печи FHW 1250-SD ОАО «ЦНИИМ» 12 месяцев от начала финансирования
2. Приобретение и монтаж стандартного оборудования ОАО «ЦНИИМ» 6 месяцев от завершения п. 1
3. СМР 4-го пролета корпуса «Г» ОАО «ЦНИИМ», ул. Парадная, д.8 ОАО «ЦНИИМ» силами подрядных организаций 6 месяцев от завершения п. 1
4. Монтаж, наладка оборудования, обучение персонала. ОАО «ЦНИИМ» 3 месяца от завершения п. 3
5. Освоение технологического процесса выход на проектную мощность ОАО «ЦНИИМ» 2 месяца от завершения п. 4

Срок реализации программы (проекта) 2 года


Необходимый первоначальный объем инвестиций.


При реализации данного проекта в условиях ОАО «ЦНИИМ» по организации участка вы-пуска бронезащиты нового поколения бюджет программы ориентировочно может соста-вить 97 млн. руб.

Предполагаемые источники инвестирования


Собственные средства организации, кредиты, займы, наличие сторонних инвесторов, гос. финансирование и др.

Наличие необходимого персонала для реализации программы (проекта).


Необходимый высокопрофессиональный персонал имеется в ОАО «ЦНИИМ»

Концепция программы (проекта), гарантийные документы, документы, подтвер-ждающие или более подробно объясняющие сведения.


1. При необходимости может быть представлен технический отчет .
2. Пояснение к расчету объема реализации продукции и расчету прибыли.
Расчет сроков окупаемости проекта
Сумма ин-вестиций, Млн.руб. Сумма годовой выручки, Млн.руб. Сумма годовой прибыли, Млн. руб. Суммы возврата инвестиций по годам, Млн. руб.
1 год 2 год 3 год 4 год 5 год
95,00 66,00 22,00 19,80 19,60 19,42 19,23 19,05

Срок возврата инвестиций – 5 лет. Начало погашения инвестиций – через 24 месяца с начала финансирования проекта. Выход на расчетную прибыль – 24 месяца с начала финансирования. Срок выхода на чи-стую прибыль – начиная с 6-го года эксплуатации участка.