Введение к работе
Актуальность работы
Научно-технический прогресс предполагает применение новых и эффективных материалов с различным комплексом свойств, различного назначения. Разработка и внедрение высокоэффективных композиционных материалов на основе полимерных связующих, надежно работающих в экстремальных условиях, представляет собой задачу большой важности, решение которой во многом определяет ускорение темпов научно-технического прогресса. Композиционный материал - это материал, состоящий из двух или нескольких компонентов, которые отличаются по своей природе или химическому составу, где компоненты объединены в единую монолитную структуру с границей раздела между структурными составляющими (компонентами), оптимальное сочетание которых позволяет получить комплекс физико-химических и механических свойств, отличающихся от комплекса свойств компонентов.
Среди композиционных материалов, особое место занимают синтактные пеноматериалы, представляющие собой полый микросферический наполнитель, скрепленный полимерной матрицей, подвергнутые термической деструкции.
После термической обработки синтактные пенопласты сохраняют все качества, присущие пенопластам, а так же приобретают новые ценные физико-механические свойства - характерные для карбидуглеродных материалов.
При комплексном воздействии высоких температур, химически агрессивных сред, электрического тока, эрозии твёрдыми частицами известные материалы во многих случаях не могут обеспечивать жизнеспособность конструкции, из которых они изготовлены. Требуется создание новых типов материалов, работающих в особо сложных условиях. Среди тугоплавких соединений, являющихся основой обширного класса материалов со специальными физическими свойствами, видное место занимают карбиды.
В последние годы широкое применение получили высокотемпературные пористые карбидные и карбидуглеродные материалы благодаря специфическим химическим и физическим свойствам. Эти материалы сохраняют все высокие
качества, свойственные карбидам, но в результате организации пористой структуры обладают ценными физико-механическими характеристиками. Технологии их производства сложны (из-за многостадийности) и не позволяют получать лёгкие, высокопористые прочные материалы.
Общим недостатком работ по получению и использованию пеноуглеродных и пенокарбидных материалов является то, что практически не существует технологических процессов, позволяющих получать материалы с высокой воспроизводимостью свойств и необходимой формы.
Таким образом, разработка легких композиционных термостойких материалов на основе карбида кремния является актуальной.
Цель работы
Цель настоящей работы состояла в исследовании механизма и условий структурообразования пенокарбидных систем для получения термостойких композиционных материалов на основе карбида кремния.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
получение новых термостойких композиционных материалов на основе карбида кремния при введении в исходную композицию порошка оксида кремния и отходов промышленных производств;
изучение физико-механических, теплофизических и химических свойств и структуры полученных материалов;
- использование методов математического планирования для обработки
экспериментальных результатов;
- возможность прогнозирования составов материалов с оптимальными физико-
механическими свойствами;
- рекомендации к применению термостойких пеноматериалов на основе
карбида кремния в качестве высокотемпературной теплоизоляции;
разработка технологии получения термостойких композиционных пеноматериалов.
Научная новизна
Разработаны составы на основе оксида кремния и отходов промышленных производств, углеродных микросфер (УМ), полых керамических микросфер (ПКМ) и полимерного связующего для получения легких термостойких композиционных материалов.
Установлено, что пеноматериалы на основе карбида кремния обеспечивают коэффициент удержания радионуклидов до 0,7.
Изучено влияние оксида алюминия на коррозионную стойкость композиционных материалов на основе карбида кремния в окислительной атмосфере при температуре (1000С). Установлено оптимальное содержание оксида алюминия (5% масс.) в исходной композиции для повышения окислительной стойкости композиционных материалов.
Практическая ценность работы
Разработана технология получения термостойких композиционных пеноматериалов, которая включает в себя одностадийный технологический процесс (одновременная карбонизация и карбидизация). Установлены оптимальные параметры образования композиционного материала на основе карбида кремния: температура 1600С (в вакууме) и время выдержки 60 минут; 1700С (в азоте) и 60 минут.
Проведены промышленные испытания разработанных материалов в качестве фильтров для очистки газообразного азота от продуктов деления ядерного топлива. Показано, что пеноматериалы на основе карбида кремния обеспечивают коэффициент удержания радионуклидов до 0,7 и могут служить фильтроматериалом при создании систем очистки газов от радиоактивных продуктов деления, особенно при высоких температурах.
Разработан состав композиционного материала (ПКМ-СФЖ-БЮг), который использован при конструировании стационарной печи ПШЗ 12.25/12И1 на предприятии ЗАО «АрдексСтрой» г. Москва.
Апробация работы
Результаты работы доложены на 18 научно-технических конференциях, в том числе международных и всероссийских: XXI Международная конференция ММТТ-21, Саратов, 2008; XVIII международная научная конференция ММТТ-18, Казань, 2005, XIX международная научно-техническая конференция ММТТ-19, Воронеж, 2006; «Теория и технология металлургического производства», Магнитогорск, 2005; Международная конференция «Передовая керамика - третьему тысячелетию», Киев, 2001; Научно-практическая конференция «Стекло и керамика, производство и применение», Москва, 1997; Научно-техническая конференция «Композиционные материалы и изделия из них под воздействием различных видов энергии», Москва, 1995; Научно-техническая конференция «Материалы и конструкции в машиностроении, строительстве, сельском хозяйстве», Вологда, 1996.
Публикации
По материалам диссертации опубликованы 23 печатных работы, в том числе в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК - 2.
Структура и объем работы
