Технологічні режими виготовлення графітокераміки та сфери її застосування, хімічні, теплофізичні та електромеханічні властивості вихідних компонентів. Етапи створення електропровідного композиту на основі терморозширеного графіту та вихідного каоліну.
Аннотация к работе
ФРАНЦЕВИЧА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукДисертацію присвячено розробці нових неметалевих електропровідних матеріалів електротехнічного призначення на основі терморозширеного графіту та кераміки (Al2O3?SIO2?2H2O). Розроблено математичну модель структури гетерогенного середовища для визначення взаємозвязку структурних характеристик із критичним значенням концентрації провідної фази. Проведено уточнення статистичної перколяційної моделі провідності неоднорідних систем і в результаті отримано вираз для прогнозування електричної провідності як функцію електричних властивостей компонент та порога протікання. Обґрунтовано технологічні режими виготовлення графітокераміки (при збереженні типової технологічної схеми), враховуючи результати аналітичних розробок та фізико-хімічні властивості ТРГ та каоліну.Найбільшого використання композити набули у виробництві будівельних матеріалів, кераміки, нафтовій, хімічній та електротехнічній промисловостях, в аерокосмічному комплексі тощо. Науковий інтерес до створення та дослідження вуглецевих КМ обумовлений наступними чинниками: широкий діапазон варіювання електричної провідності; висока хімічна стійкість в агресивних середовищах; доступність та низька вартість вихідних компонент порівняно з металевими складовими. Вказаним вимогам відповідає терморозширений графіт (ТРГ), який, на відміну від інших видів графіту, має ряд переваг: висока хімічна стійкість у широкому спектрі органічних та неорганічних агресивних середовищ у значному температурному діапазоні; підвищені, порівняно з іншими видами графіту, значення тепло-та електропровідності; розвинена структура ТРГ (насипна густина, в залежності від умов отримання, може складати 1 г/л) забезпечує розширення діапазону зміни провідних властивостей композиту, їх стабілізацію та підвищення чутливості до змін структури; здатність до обробки тиском дозволяє спростити технологію виготовлення композиту на етапі формування. Підтвердженням необхідності розробки та вдосконалення вказаних методів є обмеженість використання існуючих аналітико-експериментальних розробок для широкого діапазону зміни пористості та електропровідності, що обумовлено, в основному, особливостями структури та властивостей ТРГ і його структурної "взаємодії" із керамікою. З аналізу підходів і методів удосконалення вуглець-керамічних КМ, у контексті створення нового електропровідного композиту, наукове обґрунтування технологічних основ виготовлення КМ на основі ТРГ та кераміки (вихідний каолін Al2O3?SIO2?2H2O) є актуальною задачею, вирішення якої дозволить отримати хімічно стійкий, екологічно безпечний та технологічний матеріал із заданими експлуатаційними характеристиками, з розширеним діапазоном зміни структурних характеристик та електрофізичних властивостей.Обґрунтовано доцільність використання терморозширеного графіту (ТРГ) у якості електропровідного наповнювача для створення нового композиту, як такого, що має ряд переваг перед іншими графітами: розвинена високо пориста структура, що забезпечує стабільність електричних характеристик матеріалу; здатність до обробки тиском, що дозволяє спростити технологію виготовлення композиту на етапі формування і тим самим підвищити технологічність матеріалу; властива всім графітам висока хімічна стійкість у широкому спектрі агресивних середовищ тощо. Вплив пористості на провідність пропонується визначати за формулою: (4) де sexp, s - відповідно, експериментально визначена питома електрична провідність композиту та компактного матеріалу; П - загальна пористість системи. Окрім сказаного, структура графітокерамічних матеріалів змінюватиметься під впливом додаткових факторів: наявність інверсії компонент при зміні концентрацій ТРГ та вихідного каоліну; особливості морфології частинок графіту (технології виготовлення ТРГ); проходження термічних ефектів у каоліні під дією температури, що призводить до видалення реагентів та перерозподілу структури керамічної матриці (усадка, збільшення площі контакту між частинками каоліну та утворення похідних керамік) при спіканні. На основі аналізу впливу властивостей ТРГ і каоліну на структуру та властивості композиту, а також згідно з результатами прогнозування властивостей гетерогенних систем, проведено обґрунтування технологічних режимів виготовлення графітокераміки (при збереженні типової технологічної схеми виготовлення). Дослідження макро-та мікроструктурних особливостей пресованої та спеченої графітокераміки показали, що в результаті термічної обробки (спікання) при температурах 1000-1300°С структура композиту макроскопічно ізотропна, а також виявлено зародження мікропор, їх ріст та утворення порових каналів.