გრიგოლ წულუკიძის   

სამთო ინსტიტუტი  

 

მთავარი გვერდი

გვერდის რუკა დაგვიკავშირდით

 
    ლაბორატორიის გამგე  –  ფიზ-მათ. მეც. დოქტორი  ლგუჯა ჩაგელიშვილი      
   

 

ე.მინდელის ქ.7
III სართული, ოთახი 117
ტელ.: +(995 32) 2300840
ელ-ფოსტა:
chageli@yahoo.com  
     
             
   

      მაღალტექნოლოგიური მასალების ლაბორატორია შეიქმნა 1973 წელს. უდიდესი წვლილი ლაბორატორიის ჩამოყალიბებაში მიუძღვის ელიზბარ მინდელს.  მისი ხელშეწყობით მოხდა ლაბორატორიაში ჩამოყალიბებული ახალი მიმართულების განვითარება.

       1979-1984 წწ.-ში პერსონალურად აფეთქების მართვის ლაბორატორიისათვის აშენებულია უნიკალური მიწისქვეშა ასაფეთქებელი ლაბორატორია/კამერა, რომლის ანალოგი არ არსებობს საქართველოსა და მიმდებარე კავკასიის რეგიონში.  ამის მიზანი იყო ცხლად აფეთქებით სალი შენადნობების განმტკიცებისათვის და ხელოვნური ალმასების სინთეზისათვის წარმოების შექმნა.  

ინსტიტუტის საცდელ პოლიგონზე ამფეთქ კამერაში შექმნილი იქნა უნიკალური ნახევრადავტომატური რობოტი, რომელიც განაპირობებდა სხვადასხვა მასალების ცხლად აფეთქებით მიღება/დამუშავება/შედუღებას  20-1200°C ტემპერატურის ფარგლებში .აფეთქებით დამუშავების ინტენსივობით (წნვით) 20გპა-მდე. აღსანიშნავია, რომ აღნიშნული ექსპერიმენტალური რობოტი ფუნქციონირებდა 1975-2003 წლამდე  და მას ანალოგი არ მოეძებნება ამ მიმართულებით მსოფლიო პრაქტიკაში.

        2009 წელს აშშ-ს შეიარაღებული ძალების ცენტრალურ საკვლევ ლაბორატორიასთან მიმდინარე საპარტნიორო გრანტი/კონტრაქტის დაფინანსებით შექმნილია პრინციპულად ახალი აფეთქებით მასალების დამუშავების საწარმოო დანადგარი, რომელმაც საშუალება მოგვცა არა მარტო მნიშვნელოვნად გაგვეზარდა მიღებული ნამზადების ზომები, არამედ ასევე მნიშნელოვნად გაგვეფართოვებინა დატვირთვის პარამეტრები. აღნიშნული მნიშვნელოვნად ზრდის ამ მიმართულების  პერსპექტივას და ახალი მასალების წარმოების შესაძლებლობას.

       .წულიკიძის სამთო ინსტიტუტში ამ მიმართულებით 1972-1980 წლებში სრულდებოდა 3 თემა საბჭოთა კავშირის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების კომიტეტის დაკვეთით, რომელთა დაფინანსებითაც შეიქმნა ზემოთ ნახსენები რობოტი დანადგარები.

        

         ლაბორატორიაში  მომზადებული და დაცულია 7 საკანდიდატო, 2 სადოქტორო და 1 სამაგისტრო დისერტაცია.  

           

   
             
   

   
             
   

            1973 წლიდან დაწყებული ლაბორატორიაში შესრულებულია სამეცნიერო კვლევითი სამუშაოები მონოლითური და ფხვნილოვანი მასალების აფეთქებით დამუშავების პრაქტიკულად ყველა მიმართულებით:

  1. განმტკიცების  მოდელი- შემუშავებულია  სალი  შენადნობების  განმტკიცების  ახალი  მოდელი  და გამოკვლეულია  ცხლად აფეთქებით დამუშავების შემდეგ მაკრო, მიკრო და სუბსტრუქტურაში მიმდინარე ცვლილებები, შესწავლილია განმტკიცებული სალი შენადნობების მექნიკური თვისებები (სიმტკიცის ზღვარი ღუნვაზე და კუმშვაზე), შესწავლილია ფიზიკური თვისებები (სიმკვრივე, კოერციტიული ძალა, მაგნიტური შეღწევადობა), დადგენილია და ახსნილია გაუმჯობესების მექნიზმი. მიღებული შედეგები გამოქვეყნებულია იმპაქფაქტორიან სამეცნიერო ლიტერატურაში და მოხსენიებულია საერთაშორისო კონფერენციებზე. აღნიშნულ თემატიკაზე დაცულია საკანდიდატო დისერტაცია 1981წ. შემსრულებლები: მინდელი, ჩაგელიშვილი, ფეიქრიშვილი, მგელაძე, ჩირიხჩიანი, მეგრელიშვილი

   2. განმტკიცება -შემუშავებულია ტექნოლოგია და გამოკვლეულია განმტკიცებული  ვოლფარმ-ნიკელ-რკინის  ბაზაზე მძიმე და სალი შენადნობები  ცხლად აფეთქებით დამუშავების შემდეგ. დადგენილია მაკრო, მიკრო და სუბსტრუქტურაში მიმდინარე ცვლილებები, შესწავლილია განმტკიცებული შენადნობების მექნიკური თვისებები (სიმტკიცის ზღვარი ღუნვაზე, სისალე, ფარდობითი წაგრძელება, ფარდობითი შევიწროვება), შესწავლილია ფიზიკური თვისებები (სიმკვრივე, კოერციტიული ძალა, მაგნიტური შეღწევადობა), დადგენილია და ახსნილია განმტკიცების მექნიზმი. მიღებული შედეგები გამოქვეყნებულია იმპაქფაქტორიან სამეცნიერო ლიტერატურაში და მოხსენიებულია საერთაშორისო კონფერენციებზე. შემსრულებლები: ჯაფარიძე, ჩაგელიშვილი, ფეიქრიშვილი, გოცირიძე, ჩიხრაძე, ჩიკვილაძე

   3. აფეთქებით შედუღება – შემუშავებულია ტექნოლოგია და გამოკვლეულია აფეთქებით მიღებული ბიმეტალები: ფოლადი-თუჯი, სპილენძი-სპილენძი, სპილენძი-ფოლადი, ფოლადი-მაღალნახშირბადიანი ფოლადი, ფოლადი ალუმინი. პირველი წყვილისაგან განსხვავებით, რომელიც შესრულებული იყო საბჭოთა კავშირის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების კომიტეტის დაკვეთით, ყველა დანარჩენი ბიმეტალების მიღების სამუშაოები სრულდებოდა პირდაპირ საწარმოო მნიშვნელობით უწყვეტი ჩამოსხმის კრისტალიზატორების აღდგენის მიზნით (სპილენძი-სპილენძი, სპილენძი-ფოლადი) ქ. რუსთავის, ქ. ჟდანოვის, ქ. ლიპეცკის  და ქ. ნოვკუზნეცკის მეტალურგიულ კომბინატებში.

      ფოლადი-ალუმინის ბიმეტალების მიღება ხდებოდა სამთო ინსტიტუტის ექსპედიციის ბაზაზე მდ. იორის ხეობაში საქგაზთან არსებული სახელშეკრულებო კომერციული თემის საფუძველზე, რომლის მიზანი იყო ახალი ტიპის ბიმეტალური ანოდური დამმიწებლების ელექტროკონტაქტების წარმოება გაზისმიმწოდებელი მიწისქვეშა  მილგაყვანილობებისათვის. აღნიშნული სამუშაოები დაწყებული იქნა 1975 წელს ბატონ ელიზბარ მინდელისა და ელგუჯა ჩაგელიშვილის ხელმძღვანელობით და მონაწილეობდენ: კაბულაშვილი, მარდალეიშვილი, ფეიქრიშვილი, თურმანიძე, ჩირიხჩიანი, მეტრეველი, შუბითიძე, მეგრელიშვილი ხოლო 1980 წლიდან ფოლადი-ალუმინის  ბიმეტალების მიღებაზე დაემატნენ: ფიფია და ჩიხრაძე.

   4. აფეთქებით სინთეზი - შემუშავებულია ტექნოლოგია და მიღებულია სინთეზური ალმასი, როგორც თუჯებიდან ასევე სპილენძი-გრაფიტი და ნიკელი-გრაფიტი საწყისი სარეაქციო მასებიდან. შესწავლილია გრაფიტი-ალმასის ფაზური გადასვლები ნეიტრონული დასხივებისა და შემდგომი აფეთქებით სინთეზის პირობებში. მიღებული ალმასის კრისტალები გამოირჩევიან სიმტკიცის მომატებული მაჩვენებლებით, სრულყოფილი გეომეტრიითა და გაზრდილი ზომებით. აღნიშნული სამუშაოები მიმდინარეობდა 1976-1989 წწ-ში ბატონების ელიზბარ მინდელისა და ელგუჯა ჩაგელიშვილის ხელმძღვანელობით და გამოქვეყნებულია მრავალ  ნაშრომში . შემსრულებლები: თურმანიძე, წიკლაური, მარდალეიშვილი, მაისურაძე, მეგრელიშვილი.

   5. აფეთქებით დაწნეხა- შემუშავებულია ტექნოლოგია და მიღებულია ახალი კომპოზიციის ცილინდრული, გრძელტანიანი ნამზადები სხადასხვა კომპოზიციის ფხვნილებიდან მრავალი დანიშნულებით: მაღალგამდიდრებული იზოტოპური 10B4C ბაზაზე დამზადებულია ცილინდრული მრავალფენიანი კონტეინერი რადიაციული ნარჩენების და ბირთვული საწვავის შესანახად და გადასატანად; დაწნეხილია ვოლფრამი-ნიკელი-რკინის შემცველი მძიმე შენადნობები ბალისტიკაში ჯავშანგამტანი ყუმბარების მუშათავებისათვის, დაწნეხილია ალმასისშემცველი სალი შენადნობები ცვეთამედეგი ზედაპირებისა და შენადნობების წარმოებისათვის, დაწნეხილია და მიღებულია დანაფარები ვოლფრამის კარბიდისა და ვოლფრამის  ბაზაზე ფოლადის ცილინდრული ნამზადების შიდა ზედაპირებზე გარდამავალი ფენის წარმოქმნა/ფორმირებით მთელ სიგრძეზე, დაწნეხილია საწარმოო მნიშვნელობის ნამზადები ნიკელ-ალუმინის ინტერმეტალური ნაერთების ბაზაზე, როგორც სუფთა სახით, ასევე ვოლფრამის კარბიდთან ერთად კომპოზიციაში, პირველად დაწნეხილია ნანოსტრუქტურული სპილენძი-ვოლფრამის კომპოზიციის ნამზადები გაუმჯობესებული ელექტრული და ელექტრონული თვისებებით. შესწავლილია წნეხვის მექანიზმი და შექმნილია სპეციალური ვიბრო და სტატიკური დანადგარი/მოწყობილობები წინასწარი დაწნეხვისათვის, რაც საბოლოო ჯამში უზრუნველყოფს უდეფექტო ნამზადების მიღებას. პირველად დაწნეხილია სუფთა ნანოკრისტალური ვოლფრამის ცილინდრული ნამზადები თეორიული სიმკვრივის მახლობლობაში. აღნიშნული სამუშაოები დაწყებულია და საცდელი ექსპერიმენტები ვოლფრამის კარბიდი-კობალტის კომპოზიციის ფხვნილებზე ჩატარებულია ჯერ კიდევ  1975 წელს ბატონების ელგუჯა ჩაგელიშვილისა და ზაურ მგელაძის მიერ, სადაც ნაჩვენები იყო სალი შენადნობების დაწნხვის შესაძლებლობა. მოგვიანებით 1979 წლიდან ამ მიმართულებით სამუშაოები გაგრძელდა ა. ფეიქრიშვილის ხელმძღვანელობით და დაცული იქნა ორი საკანდიდატო დისერტაცია (ჩიხრაძე, წიკლაური). დაცულია ასევე ორი სამაგისტრო ნაშრომი (გოდიბაძე, ფეიქრიშვილი). მთლიანობაში ამ მიმართულებით სხვადასხვა დროს კვლევები ჩატარებული აქვთ: ჩაგელიშვილს, მგელაძე,ს ფეიქრიშვილს, ჯაფარიძეს, ჩირიხჩიანს, მეტრეველს, ჩიხრაძეს, ჩიკვილაძეს, წიკლაურს და გოდიბაძეს.

 

თანამედროვე პირობებში მსოფლიოს თითქმის ყველა განვითარებულ ქვეყანაში დიდ ინტერესს იწვევს ნანოსტრუქტურული ფხვნილების მიღება და მათგან ნამზადის წარმოება. ეს ინტერესი გამოწვეულია იმ შესაძლებლობით, რაც გააჩნია ნანოსტრუქტურულ ფხვნილებს სათანადო ტექნოლოგიის შემუშავების პირობებში შესაძლებელი გახდება მიღებული იქნას მაღალი სიმტკიცის, ცვეთამედეგობის, კოროზიამედეგობის, ნაკლები ტოქსიკურობის და ყველაიმ დადებითი თვისებების მქონე მასალები, რომლებიც ასე აუცილებელია თანამედროვე მეცნიერების, ტექნიკისა და მრეწველობისათვის.

ნანოკრისტალური ფხვნილებისაგან მიღებული ნიმუშების მექანიკური თვისებების ექსპერიმენტალური შესწავლა აჩვენებს, რომ ეს ულტრა წვრილმარცვლოვანი მასალები ფუნდამენტალურად განსხვავდება მათი ნორმალური, მსხვილმარცვლოვანი კომპოზიციებისაგან. ამ მასალებს ხშირად აქვთ ძალზე უჩვეულო თვისებები: ზესისალე, მაღალი ცვეთამედეგობა. გააჩნიათ სიმტკიცისა და პლასტიკურობის იდეალური შეხამება და ხასიათდებიან ზეპლასტიკურობით. დამატებით აღსანიშნავია, რომ როდესაც საშუალო მარცვლის ზომა მცირეა ან უტოლდება ხილული სინათლის ტალღის სიგრძეს, მასალებს უჩნდებათ უნიკალური ოპტიკური, თერმული, ელექტრული და მაგნიტური თვისებები.

ამდაგვარად მარცვლის ზომის შემცირება და მარცვლებში დეფექტების სუბსტრუქტურის ერთდროული კონტროლი, როგორც ჩანს უნდა იყოს  ამ მასალების თვისებების გაუმჯობესების გარანტირებული გზა.

გრიგოლ წულუკიძის  სამთო ინსტიტუტში უკვე არსებობს საკმაო გამოცდილება და სამეცნიერო შედეგები მსგავსი პრობლემების გადაწყვეტისა. იდეა მდგომარეობს იმაში, რომ ნიმუშების გაცხელება ხდება სწრაფად და შემდგომი აფეთქებით დაწნეხვა ცხელ მდგომარეობაში 800-1100°C ტემპერატურის ინტერვალში,  დატვირთვის ინტენსივობით 5-30გპა.

ფხვნილების და შენადნობების გახურება აფეთქებით დატვირთვის წინ იწვევს მათი პლასტიკურობის გაზრდას და როგორც შედეგი დენადობას აფეთქებით დაწნეხვის დროს. ადგილი აქვს მარცვალთშორისი საზღვრების, მყარი ხსნარების, გარდამავალი ფენების (მონოლითური შენადნობების შეერთებისას) და სხვა თავისებურებების ჩამოყალიბებას.

ექსპერიმენტალური ნაწილის ძირითადი ღერძი კვლევებში არის ავტომატური რობოტი,  შექმნილი სამთო ინსტიტუტში. ეს მოწყობილობა საშუალებას იძლევა აფეთქებით დავწნეხოთ და დავამუშაოთ ნიმუშები ცხელ მდგომარეობაში 800-1100°C  ტემპერატურებზე 5-30 გპა ინტენსიურობის დატვირთვისას.

შემოთავაზებული არატრადიციული მიდგომის ტექნოლოგიური სიახლე მდგომარეობს საწყის მასალად არატრადიციული ნანოსტრუქტურული  ფხვნილების გამოყენებაში და ცხლად დაწნეხვის პროცესსის ორ საფეხურად შესრულებაში:

              ა) პირველ საფეხურზე, საწყისი სიმკვრივის გასაზრდელად და მარცვლების ზედაპირების გასააქტივებლად, საწყისი ფხვნილების აფეთქებით დაწნეხვა მოხდება ოთახის ტემპერატურაზე. დატვირთვის ინტენსიურობა იქნება 5-20 გპა.

               ბ) მეორე საფეხურზე იგივე წინასწარ დაწნეხილი ცილინდრული ნიმუშები განმეორებით დაიწნეხება (დაიტვირთება) აფეთქებით, დარტყმითი ტალღების ინტენსიურობით 5-10 გპა, მხოლოდ ახლა უკვე ცხელ მდგომარეობაში 800-1100˚C ტემპერატურის ფარგლებში.

 

   
    ძირითადი სამეცნიერო მიმართულებები:    
   
  • აფეთქებით  შედუღებით  სხვადასხვა  გვაროვანი  მასალებისაგან  ბიმეტალური  და  მრავალფენიანი  მასალების  მიღება:
  • რადიაციული  ნარჩენების  შესანახად  ახალი  ცილინდრული  ტიპის  კონტეინერების   დამზადება  აფეთქების  ენერგიის  გამოყენებით.
  • მძიმე  შენადნობებისაგან  ნანო  ვოლფრამის  ბაზაზე   ახალი კომპოზიციური  მასალების  მიღების  ტექნოლოგიის  დამუშავება.
  • საწყისი  მაღალი  ტემპერატურის  პირობებში,  დარტყმითი  ტალღების  მეშვეობით,  ახალი  მასალების  სინთეზი.
  • სპილენძით  პლაკირებული  ანტიფრიქციული  და  ანტირადიაციული კომპოზიციური  მასალების  მიღება.
  • ნანო  ფხვნილების კომპაქტირება  საწყისი  მაღალი  ტემპერატურის  და  დარტყმითი  ტალღების  ერთდროული  მოქმედების  გამოყენებით.
  • ცხლად  აფეთქებით  ზესალი  მასალების  მიღება,  განტკიცება.
   
    ექსპერიმენტული ბაზა:    
   

ინსტიტუტს  გააჩნია  უნიკალური  მიწისქვეშა  ამფეთქი  კამერა.  აქ      დამონტაჟებულია  ნიმუშების  გამაცხელებელი  დანადგარი.  ეს  დანადგარი  საშუალებას  იძლევა  დავამუშაოთ  წინასწარ  მაღალ  ტემპერატურაზე  გაცხელებული  ნიმუში  საჭირო  ინტენსივობის  დარტყმითი  ტალღით. ამ მხრივ  ინსტიტუტის  მიწისქვეშა  ამფეთქ  კამერის  მსგავსი   არ  მოიძებნება  მსოფლიოში.

 

   
    სამეცნიერო პროექტები:    
   
  1. № A-2123

  2. № P552 „ახალი  ნანოსტრუქტურული    Cu-Ta  და   Ag-Ta    კომპოზიტების  დამზადება  გაუმჯობესებული  ელექტრონული  და  სიმტკიცის  მახასიათებლებით“  - მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ცენტრი უკრაინაში (STCU) და აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტი ( DOE ) (1.10.2013-1.10.2015)

  3. № 31/78 "სპილენძ-გრაფიტის ბაზაზე დამუშავდეს ანტიფრიქციული და ახალი ტიპის ელექტრული მასალების მიღების ინოვაციური ტექნოლოგია”- შოთა რუსთაველის ეროვნული სამეცნიერო ფონდი (24.04.2013-24.04.2015)   

  4.  P506 "ახალი მრავალფენიანი ცილინდრული კონტეინერის შემუშავება ბირთვული ნარჩენების და ბირთვული საწვავის შენახვისათვის” - - მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ცენტრი უკრაინაში (STCU) და აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტი ( DOE )   (1.03.2013-1.03.2015)

  5.  491   "ქვანახშირის შახტებში მეთანის აფეთქებისას ხალხის დამცავი ავტომატური სისტემა” - საქართველოს ეროვნული სამეცნიერო ფონდი (2009-2012).

  6.  P446 "ხალი ნანო W-Cu  კომპოზიტების  შექმნა  გაუმჯობესებული  ელექტრული  თვისებებით  აფეთქებით  ცხელ   მდგომარეობაში" - - მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ცენტრი უკრაინაში (STCU) და აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტი ( DOE )  (1.10.2010-1.10.2011)

  7.  4996 "Si-Ge-ის ნანოსტრუქტურული შენადნობების მიღება აფეთქებით კომპაქტირების ტექნოლოგიით და მის ფუძეზე ენერგოეფექტური თერმოელექტრული ბატარეის შექმნა" - საქართველოს ეროვნული სამეცნიერო ფონდი (სესფ) &  ეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ცენტრის უკრაინაში (STCU) (2009-2011).

  8. პროექტი "ბიმეტალური  ელექტროკონტაქტების  საწარმოო  ტექნოლოგია" - დახურული ბირთული ცენტრების ბრიტანეთის პროგრამა (CNCP) (2009-2010).

  9. SfP 980981 "ტერორისტული აფეთქებებისგან ხალხის და მიწისქვეშა ნაგებობების დამცავი სისტემის შემუშავება" - ნატოს პროგრამა მეცნიერება მშვიდობისა და უსაფრთხოებისთვის (2005–2009).   

  10. BPG#03/09 "აფეთქებით შედუღების მეთოდით ანოდური დამმიწებლებისათვის ბიმეტალური ელექტროკონტაქტების დამზადება" - ა.შ.შ.-ს სამოქალაქო კვლევების ფონდი/საქართველოს ეროვნული სამეცნიერო ფონდი/საქართველოს სამეცნიერო-ტექნოლოგიური ფონდი. - მეცნიერებისა და ტექნოლოგიის სამეწარმეო პროგრამა (STEP) (2009).

   
    სახელშეკრულებო სამუშაოები:    
   

           კონტრაქტი №13-18/06  უკრაინის  სამეცნიერო  ტექნიკურ  ცენტრთან.  (№P538  “Novel  Heat  Resistant  Coatings  for  Industrial  Applications”   გრანტის ნაწილი.) - 2013 წ.

 

   
    კომერციალიზაციისათვის მომზადებული სამუშაოები:    
   
  •  ბიმეტალური ელექტროკონტაქტები;

  • კონტეინერი   რადიაციული  ნარჩენებისათვის;

  • ნანოვოლფრამისა  და  სპილენძის ფხვნილისაგან  კომპოზიციური  მასალის  მიღება;

  • Ni-Al შენადნობი

   
    თანამშრომლები:    
       
       

ბოლო განახლება:  06/14/2017