Разработка наноструктурированных механоактивацией графитовых материалов для повышения эффективности литейных технологий

• Автор: Безруких, Александр Иннокентьевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ГРАФИТ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА

МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЛИТЕЙНОМ

ПРОИЗВОДСТВЕ.

1.1. Кристаллохимическое строение и свойства графита.

1.2. Способы получения нано и наноструктурированных

материалов и композиций.

1.3. Наноструктурирование материалов механоактивацией и композиций механосинтезом в процессе их тонкого

измельчения.

1.4. Применение графита и композиций в литейном производстве

1.5. Цели и задачи исследования.
Глава 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Характеристика исследуемых материалов
2.2. Методы оценки свойств графита и композиций на его основе.
2.3. Оборудование для наноструктурирования графита и композиций механоактивацией
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СВОЙСТВ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ГРАФИТА И
КОМПОЗИЦИЙ ОТ РЕЖИМОВ МЕХАНОАКТИВАЦИИ.
3.1. Активность частиц графита, их геометрические и энергетические параметры
3.2. Агрегация частиц графита и распределяемость их
в жидких средах с различными свойствами.
3.3. Разработка программы для выбора оптимальных режимов наноструктурирования графита
3.4 Вы воды.
Глава 4. РАЗРАБОТКА ГРАФИТСОДЕРЖАЩИХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЕЙНЫХ СПЛАВОВ И ФОРМ
4.1. Металлографитовые составы для модифицирования алюминиевых и медных сплавов
4.2. Гранулированные и порошковые противопригарные
покрытия для форм и стержней.
4.3. Антифрикционные и разделительные композиции для литейного оборудования и оснастки
4.4. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Собственно наночастицы диаметром от 5 до 0 нм состоят из 3-6 атомов. Нитевидные и пластинчатые частицы могут содержать гораздо больше атомов и иметь один или даже два линейных размера, превышающих пороговое значение, но их свойства остаются характерными для вещества в нанокристаллическом состоянии. Соотношение линейных размеров наночас гиц позволяет рассматривать их как одно-, двух- или трехмерные (соответственно Ш-, 2Э- и зЬ-наночастицы). Если нано-‘Л,;частйца'. Такие частицы, как правило, называют наноструктурами, причем их линейные размеры могут значительно превышать 0 им. Графит - минерал из класса самородных элементов (рисунок 1. Свойства графита зависят от величины, формы и взаимного расположения кристаллов графита, а также от наличия в нем примесей. На основе указанных показателей составлена структурная классификация графита [7-8]. Рисунок 1. К кристаллическому типу относятся все кристаллические графиты, состоящие из кристаллов со средней величиной более 1 мкм, видимых невооруженным глазом или в микроскоп. Скрытокристаллический (или аморфный) графит сложен из кристаллов, имеющих величину ^-Ю'6 см, то есть в плотной массе неразличимых под микроскопом. Это горная порода черного цвета, основу которой составляет разупорядоченная структура мелкокристаллического углерода [9]. Структурная основа всех модификаций графита - плоский слой, построенный из правильных гексагонов с углом 0° между вр2-гибридизированными связями; то есть графит - двумерный полимер углерода. Графит имеет две кристаллические модификации: гексагональную и ромбоэдрическую. Модификации различной симметрии различаются чередованием идентичных параллельных слоев (таблица 1. Расстояния между слоями в графите приблизительно в 2,5 раза превышают кратчайшие межатомные расстояния в плоскости слоя: Структура графита приведена на рисунке 1. Таблица 1. Чередование слоев АВАВ. АВСАВС. Рисунок 1. Особый интерес представляют модифицированные графиты (окисленный, терморасширенный и другие), сфера применения которых весьма разнообразна и все больше расширяется. Особенность графита состоит в том, что при некоторых реакциях структура кристалла разрушается не полностью (рисунок 1. В первую очередь разрываются только связи между атомными слоями, сами же слои остаются нетронутыми. Таковы реакции с сильными окислителями (НЖ)з, НСЮз, Сг). Строение атомных слоев кристалла графита сохраняется, но расстояние между ними сильно увеличивается. Это объясняется тем, что кислород входит в пространство между атомными слоями и захватывает подвижные электроны. Вследствие этого графит теряет металлические свойства и превращается в диэлектрик. При этом кристаллы графита сохраняют свою форму, но становятся неэлектропроводными и прозрачными []. Относительное перемещение углеродных слоев, обладающих взаимным притяжением и значительной удельной поверхностью, обеспечивает поглощение энергии за счет внутреннего перемещения и трения частиц графита []. Рисунок 1. Таким образом, изменяя состав и дисперсность исходного сырья или технологические процессы, можно получать графит с разнообразными заранее заданными свойствами, расширяя область применения как природного, так и искусственного графита. К настоящему времени уже десятки, если не сотни, научно-исследовательских организаций по всему миру располагают оборудованием для синтеза углеродных наноматериалов. Все методы получении нанопорошков можно разделить на физические и химические. К первым относятся механическое измельчение, распыление, конденсация из газовой фазы или из плазмы, дуговое измельчение, лазерное облучение, СВЧ-обработка, электровзрыв, по-атомная сборка, самосборка и др. Ко вторым - разложение солей, осаждение растворов, химические реакции при пониженных температурах, водородное восстановление металлов из оксидов, химический взрыв, самораспространяю-щийся высокотемпературный синтез, химические реакции в газовом или плазменном состоянии. Часть из них представляет собой уменьшение кристаллитов («сверху - вниз»), часть является синтезом из атомов и молекул («снизу -вверх») []. В таблице 1.