Закономірності формування системи транспортних пор в карбонізованих вуглепластиках з урахуванням їх окиснення. Дослідження особливостей розподілу пористої структури за величиною радіусів під час газифікації матеріалу у середовищі діоксиду вуглецю.
Аннотация к работе
Основними технологічними параметрами процесу газифікації карбонізованого вуглепластика є його загальна тривалість, температура та концентрація газового реагенту (діоксиду вуглецю), початкова пористість матеріалу, яку формують на етапах виготовлення вуглепластика та процесу його карбонізації. Термоградієнтні методи припускають підвищення температури від поверхні композиту, яку не омиває реакційний газовий потік, до його поверхні, що є приступною для газоподібних вуглеводнів.При цьому реалізується процес заповнення пористої структури піролітичним вуглеводнем у напрямі від неприступної поверхні композиту до його приступної поверхні [1, 5]. Одним з підходів, що дозволяють за умов ізотермічного процесу ущільнення пористої структури вуглецевих композитів вирівнювати швидкості осадження піролітичного вуглецю у центрі товщини стінки та на поверхні стінки, є метод профілізації транспортних пор шляхом газифікації у середовищі діоксиду вуглецю [7, 8]. Розробка технологічних режимів, що забезпечують вдосконалення структури і підвищення функціональних властивостей вуглецевих композитів, припускає створення уточнених методів розрахунку профілю пористої структури з урахуванням реального розподілу пор за величиною їх радіусів. Перенесення діоксиду вуглецю дифузією вздовж модельної пори карбонізованого вуглепластика можна описати рівнянням: d = 2C де C концентрація діоксиду вуглецю; f координата щодо довжини пори вуглепластика; k константа швидкості газифікації вуглецю; D коефіцієнт дифузії діоксиду вуглецю; r радіус пори; f (C) - концентраційна функція.Визначення кінетичних параметрів процесу газифікації скловуглецю, піролітичного та технічного вуглецю, які є складеними компонентами матриці карбонізованого вуглепластика, виконано експериментальним шляхом. Кількісні значення кінетичних параметрів процесу газифікації подано у табл. Для середніх значень радіусів чотирьох локальних максимумів пор на кривих програми одержано залежності розподілу концентрації діоксиду вуглецю (Cj/C0) уздовж пор від відношення поточного значення довжини пор (x) до їх максимального значення (у) (рис.Розроблена математична модель забезпечує проведення розрахунків процесу газифікації пористої структури з визначенням швидкості подачі і концентрації діоксиду вуглецю.
Вывод
Визначення кінетичних параметрів процесу газифікації скловуглецю, піролітичного та технічного вуглецю, які є складеними компонентами матриці карбонізованого вуглепластика, виконано експериментальним шляхом. Кількісні значення кінетичних параметрів процесу газифікації подано у табл. 1.
Для середніх значень радіусів чотирьох локальних максимумів пор на кривих програми одержано залежності розподілу концентрації діоксиду вуглецю (Cj/C0) уздовж пор від відношення поточного значення довжини пор (x) до їх максимального значення (у) (рис. 1), а також залежності змінювання відношення поточного радіусу пори (r) до його максимального значення (rj) за товщиною стінки карбонізованого вуглепластика (рис. 2).
Рис. 1 Розподіл діоксиду вуглецю за довжиною пор з середніми значеннями радіусів, мкм: 1 16,5; 2 2,85; 3 0,713; 4 0,0085
З аналізу кривих рис. 1 і 2 виходить, що транспортні пори мають радіус, значення якого зростає від середини товщини карбонізованого вуглепластика до його поверхні.
Рис. 2 Змінювання відношення поточного радіусу пори до його максимального значення за товщиною стінки вуглепластика, мкм: 1 16,5; 2 2,85;3 0,713; 4 0,00851. Розроблена математична модель забезпечує проведення розрахунків процесу газифікації пористої структури з визначенням швидкості подачі і концентрації діоксиду вуглецю.
Розрахункові параметри процесу газифікації та сформований профіль пор забезпечують умови для рівномірного газофазного осадження піровуглецю по товщині стінки карбонізованого вуглецевого композиційного матеріалу.
Список литературы
1. Скачков, В. О. Методи газофазного ущільнення карбонізованих вуглепластиків піровуглецем [Текст] / В. О. Скачков, С. А. Воденніков, В. І. Іванов, Т. М. Нестеренко, О. Р. Бережна // SCIENCERISE. 2016. Т. 10, № 2 (27). C. 16-21. doi: 10.15587/2313-8416.2016.80473
2. Фиалков, А. С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе [Текст] / А. С. Фиалков. М.: Аспект Пресс, 1997. 718 с.
3. Федосеев, Д. В. Гетерогенная кристаллизация из газовой фазы [Текст] / Д. В. Федосеев, Р. К. Жучко, А. Г. Гривцов. М.: Наука, 1978. 100 с.
4. Скачков, В. О. Модель процесу формування щільності вуглецевих композиційних матеріалів [Текст] / В. О. Скачков, В. І. Іванов, Т. М. Нестеренко, С. М. Григорьев, А. В. Карпенко // Математичне моделювання. 2000. T. 2, № 5. С. 75-77.
5. Гурин, В. А. Газофазные методы получения углеродных и углерод-углеродных материалов [Текст]: сб. науч. тр. / В. А. Гурин, В. Ф. Зеленский // Вопросы атомной науки и техники. 1999. T. 4, № 76. С. 13-31.
6. Гурин, В. А. Исследование газофазного уплотнения пироуглеродом пористых сред методом радиально движущейся зоны пиролиза [Текст] / В. А. Гурин, И. В. Гурин, С. Г. Фурсов // Вопросы атомной науки и техники. 1999. Т. 4, № 76. С. 32-45.
7. Скачков, В. А. Профилирование пористой структуры и плотности углеродных композитов в среде диоксида углерода [Текст]: наук. пр. / В. А. Скачков, В. И. Иванов, О. Р. Бережная // Металургія. 2012. Т. 3, № 38. С. 114-120.
8. Скачков, В. А. О моделировании процесса профилирования пористой структуры углеродных композитов [Текст]: наук.-метод. конф. / В. О. Скачков, В. І. Іванов, Т. М. Нестеренко, Ю. В. Мосейко // Проблеми математичного моделювання. Дніпродзержинськ, 2015. С. 67-70.
9. Байгушев, В. В. Технология производства композиционных углерод-углеродных материалов электротермического назначения [Текст]: дис. ... канд. техн. наук / В. В. Байгушев. Днепропетровск, 2006. 140 с.
10. Скачков, В. А. Моделирование процесса разложения углеводородов в термических реакторах проточного типа [Текст] / В. А. Скачков, В. И. Иванов, Н. А. Карпенко, В. И. Середич // Известия Вузов. Черная металлургия. 1991. № 12. С. 33-35.