ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

1

Результат выполнения технологической разработки.

Перед авторами стояла задача получить пенокерамический материал, обладающий требуемым комплексом физико-механических характеристик, расширить номенклатуру пористых электропроводящих композиционных материалов. Поставленная задача решается путем использования шихты для получения пенокерамического материала, содержащей углеродные микросфе­ры, жидкое карбонизующееся связующее и дополнительно мелкодисперсный порошок оксида кремния или оксида титана в сле­дующем соотношении, мае. углеродные микросферы 4-20, жидкое карбонизующееся связующее 13-25, мелко дисперсный порошок оксида кремния или оксида титана 55-83.

Количество исходных компонентов определяется необхо­димостью получения конечного продукта нужного фазового и химического составов. Заданный фазовый и химический состав конечного продукта определяется стехиометрическим соотноше­нием количеств оксида металла и углерода (углеродных микро­сфер и связующего). Нужная пористость задается введением в шихту углеродных микросфер определенного размера. Только за­явленный интервал значений компонентов шихты обеспечивает получение пенокерамического материала с требуемым комплек­сом физико-механических свойств. Например, увеличение со­держания связующего свыше 30 мае. (а значит соответственно уменьшение содержания углеродных микросфер) приводит к по­тере пористости материала и ухудшению важнейших свойств, присущих пенокерамическим материалам. Недостаток связующе­го (меньше 15 мас. ) определяет сверх нормативное увеличение количества микросфер. В результате не происходит связывания компонентов шихты, что обусловливает в конечном счете катаст­рофическое снижение прочности материала.

Способ приготовления пенокерамического материала из предлагаемой шихты следующий. Из полученной шихты прессу­ют (формуют) изделия при давлении Р 1,0 МПа, отверждают их при температуре 150-160°С, карбонизуют со скоростью 100 град/час до температуры 800°С с последующей выдержкой при этой температуре до полной карбонизации (1-2 ч в зависимо­сти от толщины (объема) изделия). При этом происходит разло­жение карбонизующегося связующего с выделением карбонизованного углерода.

Затем изделия спекают при температуре 1300-1500°С с по­следующей выдержкой при этой температуре в течение 2-5 ч в среде азота или в форвакууме и медленно охлаждают. Получен­ный продукт исследуют рентгенографическим, химическим и электронно-микроскопическим методами анализа, измеряют его плотность, электропроводность и другие физико-механические свойства. На основании результатов химанализа рассчитывают брутто-состав. Получают материал, состоящий из кислородсо­держащего соединения с кристаллической решеткой, аналогич­ной для оксидов, углеродных микросфер и карбонизованного углерода.

Пример 1. Готовят шихту, состоящую из мелкодисперсного оксида кремния (sio2) в количестве 55 маc. фенолформальдегидной смолы 25 мае. и углеродных микросфер 20 маc. Из полученной композиции прессуют изделие при дав­лении Р 1 МПа, отверждают его при температуре 150-160°С, карбонизуют со скоростью 100 град/ч до температуры 800°С и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч (изделие толщиной 100мм). При этом происходит разложение фенол-формальдегидной смолы с выделением карбонизованного уг­лерода. Затем изделия спекают при температуре 1500°С для придания им прочности, выдерживают при этой температуре в среде азота в течение 2 ч и медленно охлаждают. Конеч­ный продукт состоит из кислородсодержащего соединения, отвечающего брутто-составуsin0,4o1,58с кристаллической решеткой, аналогичной дляsio2,в количестве 55 маc. угле­родных микросфер в количестве 20 маc. и карбонизованного углерода остальное. Материал имеет плотность 0,7 г/см ³, электропроводность к= 2,0 (О • м)- ¹, пористость до 95%.

Пример 2. То же, что в примере 1, но шихту готовят из 78 маc. оксида кремния, 5,5 маc. углеродных микросфер и 16,5 маc. фурановой смолы, изделие спекают в азоте при 1400 С в течение 3 ч. Получают продукт, состоящий из ки­слородсодержащего соединения брутто-составаsin0,6o2,28с кристаллической решеткой, аналогичнойsio2,в количестве 78 маc. углеродных микросфер в количестве 5,5 маc карбонизованного углерода остальное. Образец имеет плотность 1,22 г/см , электропроводность к 27,8 (Ом •м)-1, пористость до 95%.

Пример 3. То же, что в примере 1, но шихту готовят из 83 мае. оксида титана, 4 мас. углеродных микросфер и 13 мас. фенолформальдегидной смолы, изделие спекают в ва­кууме при 1300°С в течение 5 ч. Получают продукт, отве­чающий брутто-составуtio1,16и состоящий изti3o5иti2o3в количестве 83 маc. углеродных микросфер в количестве 4 мае. и карбонизованного углерода остальное. Образец имеет плотность 1,31 г/см ³, электропроводность к== 4,2 (Ом • м)-1, пористость до 95%.

Таким образом, предлагаемая шихты для получения пенокерамического материала позволяет получить пенокерамический материал, обладающий требуемым комплексом свойств высокой пористостью, электропроводностью, низкой плотностью. Высо­кая пористость и открытая ячеистая структура обеспечивают вы­сокую проницаемость материала для газов и жидкостей, что обу­словливает его эффективное применение в качестве фильтров в агрессивных средах, а также теплоизоляционных материалов в области высоких температур. Равномерное строение, хорошие термостойкость и электропроводность в сочетании с низкой плотностью позволяют использовать пенокерамический матери­ал, получаемый в предлагаемой шихте, в качестве композиционного.