Жидкофазная технология формирования углеродной матрицы » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Жидкофазная технология формирования углеродной матрицы

29.06.2021

При технологии производства CBT УУКМ, предусматривающей пропитку углеродного каркаса жидкими углеводородами под давлением, необходимо учитывать следующие характеристики матрицы и продукта ее пиролиза: 1) вязкость кокса; 2) микроструктуру кокса; 3) выход кокса; 4) кристаллическую структуру кокса.

В качестве исходных материалов углеродной матрицы композита могут применяться фенольные, полиамидные, поливинилсилоксановые, фурфуриловые и другие смолы, а также полимеры на основе нафтохинона, бифенила и др. Наиболее перспективно использование в качестве сырья нефтяных каменноугольных пеков, которые отличаются высоким содержанием углерода, способностью к графитации подготовленных мезофазных пеков.

Характеристики некоторых углеродсодержащих материалов, применяемых в качестве матричных CBT УУКМ, приведены ниже:

Химический состав и свойства нефтяных крекинговых, каменноугольных, полихлорвиниловых, тетрабензофеназиловых и других пеков во многом зависят от состава исходного сырья. При нагревании пеков до 400—500 °С и выше образуется кокс. В этой связи получение пеков следует рассматривать как определенную стадию карбонизации органического вещества, предшествующую коксообразованию.

При определенных технологических параме трах в исках может зарождаться жидкокристаллическая фаза (мезофаза). Мезофаза способствует образованию анизотропного графитирующегося кокса. С учетом этого полезно для практики рассматривать изотропные пеки (немезофазные) и анизотропные (мезофазные).

Следует отметить, что анизотропная структура всех графитирующихся коксов формируется через мезофазные превращения в интервале температур 390—520 °С по механизму фазового перехода из твердого в жидкое состояние. При этом полимеризованные ароматические молекулы изотропной пековой массы располагаются параллельно направленному формированию жидких кристаллов. Жидкие кристаллы мезофазы образуются в изотропной расплавленной пековой массе при температурах 390—520 °С.

В процессе низкотемпературной карбонизации (550—650 °C) наблюдается процесс фазового перехода мезофазы в твердый полукокс. Этот процесс сопровождается формированием дефектной структуры и возникновением усадочных трещин в материале.

Формирование структуры и свойств углеродно-коксовой матрицы находится в определенной зависимости от температуры карбонизации (900—1430 °С), при которой наблюдается разложение органических соединений и образование молекулярной упорядоченной структуры углерод — кокс. Далее в процессе предкристаллизации (1400—2000 °С) наблюдается упорядочение атомов углерода в более совершенную структуру и образование его переходных форм. При дальнейшем повышении температуры (2000—3000 °С) протекают процессы гомогенной графитации - превращения переходных форм углерода в кристаллический графит.

На выход углерода из смолы в процессе карбонизации значительное влияние оказывает давление. Так, например, при повышении давления от 0,07 до 7 МПа выход углерода из смолы при 600 °С увеличивается на 30 %, что связано с большей степенью ароматизации при разложении углеродсодержащих соединений.

Нефтяные и каменноугольные пеки при их термобарической обработке образуют хорошо графитирующиеся переходные формы углерода.

Жидкофазная технология производства CBT УУКМ предусматривает пропитку пористого углеродного каркаса пеком под давлением от 0,5 до 3 МПа и дальнейшую карбонизацию углерод-коксовой матрицы при температуре 900—1100 °С и давлении 100—200 МПа. При этом повышается плотность материала, что сопровождается повышением эрозионной стойкости композита.

Производство элементов конструкций изделий из CBT УУКМ жидкофазным методом предполагает реализацию этого процесса в газостатах или с применением прессов высокого давления.

Для производства CBT УУКМ и изделий из них возможно также применение комбинированного метода формирования углеродной матрицы, который заключается в химическом газофазном осаждении пироуглерода на поверхности углеродного каркаса, изготовленного из волокнистых армирующих материалов, и последующей его пропитке пеком с карбонизацией иод давлением. Рассмотренный метод обеспечивает максимальную плотность CBT УУКМ и его высокие механические характеристики.

В практике производства CBT УУКМ могут быть реализованы различные технологические схемы, такие как:

— пропитка пеком пористого каркаса, карбонизация под давлением и дополнительное уплотнение УУКМ пироуглеродом из газовой фазы;

— уплотнение каркаса пироуглеродом из газовой фазы до заданной плотности, дальнейшая пропитка каркаса пеком с последующей карбонизацией его. Далее предусмотрена механическая обработка изделия из CBT УУКМ и возможность доуплотнения материала пироуглеродом.

Рассмотренные процессы производства CBT УУКМ могут быть реализованы на стандартном технологическом оборудовании, применяемом для производства CBT УУКМ по изложенным ранее технологиям.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: