Диссертация (Разработка технологии изготовления углерод-углеродного композиционного материала на основе нетканого окисленного полиакрилонитрила), страница 2

Технология получения конструкционных мелкоячеистых УУКМ на основенетканого окисленного полиакрилонитрила с применением иглопробивнойтехнологии и прессования2. Закономерности формирования и изменений микроструктуры и открытойпористости объемных заготовок по стадиям технологических переделов.3 Экспериментальная оценка экзотермического эффекта в уплотненномкаркасе из окисленного ПАНа в процессе трансформации в углеродный каркас4 Математическая модель напряженно-деформированного состояния принамотке холста на цилиндрическую металлическую оправку (аналитическаямодель механики фронтально растущего тела), сравнительный анализ двухвариантов формирования цилиндрической преформы.5 Результаты экспериментального исследования физико-механических итеплофизических характеристик полученных КМ с двумя типами матриц ирезультаты их испытанийПубликацииПо результатам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, втом числе 4 в научных журналах из перечня ВАК и один патент Российской Федерации.Личный вклад автораДиссертация является законченной научной работой, в которой обобщенырезультаты исследований, полученные лично автором и в соавторстве Основная11роль в получении и обработке экспериментальных данных, анализе и обобщениирезультатовпринадлежитавторуработыОбсуждениеиинтерпретацияполученных результатов проводились совместно с научным руководителем исоавторами публикаций Основные положения и выводы диссертационной работысформулированы авторомСтруктура и объем работыДиссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературыСодержание диссертации изложено на 144 страницах, иллюстрировано 80рисунками и6 таблицами Список цитируемой литературы включает 150источников Приводится 3 приложения общим объемом 4 страницы.12ГЛАВА 1.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ1.1 ГрафитыВысококачественные искусственные графиты(ИГ) являются широкоприменяемыми конструкционными материалами для целого ряда современныхнаукоемких отраслей промышленности Мелкозернистые и тонкозернистые ИГотличаютсяпористостью,высокимивысокойфизико-механическимиоднородностью,и,характеристиками,какследствие,низкойвысокимиэксплуатационными характеристиками [ - ] Поэтому, несмотря на относительновысокуюстоимость, применение ИГ постоянно расширяется Искусственныеграфиты получили широкое применение в чѐрной и цветной металлургии (тигли,нагреватели,электроды,контейнеры,литейныеформы,кристаллизаторы,изложницы и др ); авиакосмической технике (детали реактивных турбин, газовыерули, конуса и вкладыши критического сечения), атомной энергетике (ТВЭЛ,ядерныйграфитит д );технологииполупроводниковыхматериаловиинтегральных микросхем (нагреватели подложки, пьедесталы, контейнеры и т д );производстве стекла, керамики, алмазного инструмента (штампы, держатели,оснастка для горячего прессования и т д ), а также точном машиностроении иметаллообработке (подшипники, электрод-инструменты для электроэрозионнойобработки металлов и сплавов), химической промышленности (детали и футеровкахимической аппаратуры) и т д [ -11, 20-24].Высокая востребованность промышленности в ИГ определяется сочетанием вэтих материалах уникальных физико-механических и эксплуатационных свойствОдним из ценных потребительских свойств ИГ является высокая температурасублимации, позволяющая графитовым изделиям оставаться в твѐрдом состояниидо 4К [ -7] С ростом температуры вплоть до 3К прочность ИГувеличивается, в отличие от большинства высокотемпературных материалов [2-7].При небольшой плотности, ИГ обладают относительно высокой устойчивостью ктермоудару, за счѐт сочетания высокой теплопроводности и низкого, по сравнениюс металлами, коэффициента линейного термического расширения (КЛТР) [3, 5-8,20, 22,24].13Температура эксплуатации изделий из ИГ на воздухе − до 4среде до 24°С, в инертной°С [3, 5-7] Графит относится к одним из немногих материалов,который при наличии высокой теплопроводности не обладает при этом высокойэлектропроводностью и широко применяется в термическом оборудованииразличного назначения в качестве нагревателей, а также экранов, держателей и т д[3, 6, 7, 20, 22].Специфика кристаллической структуры ИГ обуславливают его хорошиеантифрикционные свойства, устойчивость к воздействию многих агрессивных средпозволило широко использовать ИГ в качестве материала для химическойаппаратуры [3, 6, 7, 2 , 22]Углеродные материалы, в т ч тонкозернистые графиты, обладающие низкимзначением работы выхода электронов и способные к длительной эксплуатации ввысоком вакууме, используются в качестве автоэлектронных катодов дляэлектронных пушек, нагревателей, источников света и плоских дисплейныхэкранов [3, 26]Следует отметить высокую технологичность ИГ, определяемую лѐгкостьюмеханической обработки, что позволяет изготавливать из них детали самыхсложныхформ,свысокойчистотойобрабатываемойповерхностиприиспользовании стандартного металлообрабатывающего оборудования [3, 5-7].В основу существующей классификации современных ИГ положен размерзерна [3-7] Графит не является самоспекающимся материалом [2 ], так как имеетнизкие значения коэффициента самодиффузии даже при температурах обработки2000-3°С [3, 3 ]искусственногоКлассическая технологическая схема производстваграфитавключаеттехнологическиеоперацииподготовкинаполнителя и связующего из сырьевых материалов, смешивание композиции,формование заготовок, их обжиг и графитацию [2- , 2 , 25, 3 ] Размеры зернаискусственныхграфитов,наполнителя [2-7]правило,определяютсяразмерамичастицДля крупнозернистых графитов средний размер зернанаполнителя δср превышает 55какмкм [2-7, 25, 3 ], для среднезернистых – от 5 домкм [2-7, 25, 31-33], для мелкозернистых − от 3 до 5 мкм [2, 4-7, 31].14Средние размеры зерна разработанных в последние годы высокопрочныхтонкозернистых ИГ составляют от до 3 мкм [34-37].ТонкозернистыеИГимеютповышенныефизико-механическиехарактеристики при минимальных размерах пор [3] Как было отмечено в [3],эксплуатационнаястойкостьизделий,выполненныхизвысокоплотныхтонкозернистых ИГ в несколько раз превышает эксплуатационную стойкостьизделий, изготовленных из среднезернистых ИГ, в особенности при повышенныхтемпературах, нагрузках, при контакте с кислородом, металлами, керамикой и т дНапример, температура начала окисления тонкозернистых ИГ на воздухесоставляет 5при 4°С, в то время как среднезернистые ИГ начинают окисляться уже°С [3, 4, 6, 34-37].Данные о средних размерах зерна и способах формования заготовокразличных классов ИГ представлены в таблицеТаблица− Различные классы искусственных графитов [2]ИскусственныеграфитыСредний размерзерна, мкмСпособ формования заготовокМарки графитаКрупнозернистые500-3000Прошивное прессованиеЭлектроды, ЭГСреднезернистые150-500Прошивное прессование,прессование в матрицуМелкозернистые30-150Прессование в матрицуАРВ, МГ, МПГМелкозернистыеизотропные30-150Изостатическое прессованиеМИГ-1Тонкозернистые1-30Изостатическое прессование,прессование в матрицуМИГ-2Физико-химическиесвойствакарбонизованныхиВ- , ГМЗ, ППГграфитированныхуглеродных материалов, в том числе и ИГ, определяются их структурнымиособенностями на микро- и макроуровне [ , 2, 5- , 2 , 2 , 27] Характернойособенностью ИГ является сильная зависимость физико-химических свойств отструктурыисходныхсырьевыхматериалов,атакжеотцелоготехнологических параметров процесса их получения [ , 2-7]рядаНекоторые15сравнительные характеристики промышленно выпускаемых отечественных изарубежных марок графитов представлены в таблице 2Таблица2 – Сравнительные характеристики промышленно выпускаемыхмарок графитов [7,]Марка графитаСвойстваПлотность, г/см3ГТМГМЗВППМПГ-6ZTCZTA1,95/2,051,6-1,71,85-1,981,72-1,851,951,959,0/7,012,6/10,833/32-/13,5246532529812,7/16,98,4/28,117/386,6/4,8-/9,110,36,0/10,55,6/18,63,7/4,15,1/5,4-/4,0-/5,32,55,05,5/1,88,2/0,7120/103-/19890/110138/24264/18010,57-1014-187,7/6,119,9/7,1Пределпрочностипри 2 °С, МПа:- на растяжение3,5/10,0-на изгиб-на сжатие60/48Модуль упругостипри 2 °С, ГПа2,9/14,3КЛТР, α· 6,К-1:2 °С9-12/0,5-1,3°С11-14/1,7-3Теплопроводностьпри 2 °С, Вт/м·К74/227Удельноеэл сопротивление19/4,4при 2 °С, мкОм·мПримечание.