Синтез и свойства кремний-углеродных материалов на основе углеродсодержащего сырья и поликарбосилана

• Автор: Ефимова, Ольга Сергеевна
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 142 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

НА ОСНОВЕ РАЗЛИЧНОГО СЫРЬЯ

1.1. Типы сырья для получения углеродных материалов

1.2. Свойства и области использования углеродных материалов

1.2.1. Углеродные композитные материалы

1.2.2. Пористые углеродные материалы

1.3. Общие механизмы трансформаций углеродной структуры

при термическом синтезе материалов

1.3.1. Термические превращения целлюлозы

1.3.2. Термическая деструкция каменных углей

1.3.3. Синтез углеродных материалов из пека
1.4. Модификация углеродных материалов
1.4.1 .Кремнийсодержащие добавки для увеличения термоокислительной стойкости углеродных материалов
1.4.2. Свойства и использование поликарбосилана
1.4.3. Способы введения кремнийсодержащих добавок в углеродную матрицу
1.4.4. Состояние исследований в области модификации углеродного сырья кремнийсодержащими соединениями
1.5. Активация углеродных материалов
1.6. Методы исследования формирования углеродной структуры и
свойств углеродных материалов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ, МЕТОДИКИ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ И МЕТОДОВ АНАЛИЗА МАТЕРИАЛОВ
2.1. Характеристика объектов исследования
2.2. Методика синтеза углеродных материалов
2.3. Методика активации углеродных материалов
2.4. Методика модификации углеродных сорбентов
2.5. Методика извлечения соединений кремния
2.6. Методика определения термоокислительной стабильности
2.7. Методика определения содержания минеральной части материалов
2.8. Методика деминерализации каменного угля
2.9. Физикохимические методы анализа
2 Характеристика использованных реагентов
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, КАМЕННОГО УГЛЯ И КАМЕННОУГОЛЬНОГО ПЕКА С ПОЛИКАРБОСИЛАНОМ
3.1. Термическая деструкция поликарбосилана
3.2. Термопревращение целлюлозы с поликарбосиланом
3.2. Термопревращение каменного угля с поликарбосиланом
3.3. Термопревращетше каменноугольного пека с поликарбосиланом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ 3
4. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ СИНТЕЗИРОВАННЫХ КРЕМНИЙУГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. Свойства кремнийуглеродных материалов на основе микрокристаллической целлюлозы
4.1.1. Структурные особенности материалов
4.1.2. Сорбционные свойства кремнийуглеродных материалов
4.2. Свойства кремнийуглеродных материалов основе каменного угля
4.2.1. Структурные особенности материалов
4.2.2. Сорбционные свойства кремнийуглеродных материалов
4.3. Свойства кремнийуглеродных материалов основе
каменноугольного пека
4.3.1. Структурные особенности материалов
4.3.2. Сорбционные свойства кремнийуглеродных материалов
4.4. Термоокислительная устойчивость синтезированных материалов
4.4.1. Термоокислительная деструкция кремнийуглеродного материала
на основе микрокристаллической целлюлозы
4.4.2. Термоокислительная деструкция кремнийуглеродного материала
на основе каменного угля
4.4.3. Термоокислительиая деструкция кремнийуглеродного материала
на основе каменноугольного пека
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ
5.МОДИФИКАЦИЯ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ ПОЛИКАРБОСИЛАНОМ
5.1. Пористые и сорбционные свойства
5.2. Структурные особенности модифицированных сорбентов
5.3. Термоокислительная устойчивость модифицированных сорбентов
5.4.Массспектрометричсскос исследование летучих продуктов термоокисления модифицированных сорбентов
5.5. Газофазная активация кремнийсодержащих сорбентов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Ассортимент прекурсоров углерода охватывает широкий круг сырья от материалов растительного происхождения, включая древесину и отходы ее переработки кору, лигнин и др. Целлюлоза, как огромный и возобновимый ресурс биомассы, традиционно применяется для получения углеродных материалов УМ, волокон и адсорбентов . Одновременно решается проблема утилизации различного рода целлюлозосодержащих отходов 7, 8. Ископаемые угли и продукты их переработки являются удобным сырьем для получения УМ различного назначения, поскольку характеризуются изначально высоким содержанием атомов углерода и образуют при термопревращении карбонизованный продукт с высоким выходом 9. Процессы термической переработки углей направлены на получение продуктов как топливного, так и нетопливного назначения, состав и свойства которых зависят от структурнохимических показателей самих углей, от природы различных химических добавок, от температуры и скорости нагрева, состава газовой среды и давления . Например, при использовании гумусовых углей низкой степени метаморфизма бурых и длиннопламенных, отличающихся достаточно большим выходом летучих веществ, получаются УМ с повышен
ной пористостью . Каменноугольный пек также широко используется для синтеза УМ и композитов как в качестве матрицы, так и в качестве армирующих волокон . Углеродные материалы отличаются уникальным набором физических и химических свойств, основными из которых являются малый удельный вес, химическая инертность во многих коррозионноактивных средах, малое значение коэффициента термического расширения, высокие значения сопротивления термическим ударам, абразивному износу, сохранение механических свойств при высоких температурах , . Данные свойства обусловливают их незаменимость в металлургии, электроэнергетике, химии, машиностроении, ракетнокосмической технике, атомной энергетике , . Широкий выбор углеродных прекурсоров дает возможность получение изделий с заданными эксплуатационными показателями, в т. Большое разнообразие материалов позволяет сделать их выбор в соответствии с любыми техническими требованиями, по крайней мере, исходя из условий работы оборудования, например горношахтного . К отраслям, активно использующим УМ и являющимися заказчиками для разработки и производства новых материалов и изделий из них, относятся авиация, космонавтика, наземный транспорт, химическое машиностроение, медицина, спорт, туризм. Углеродные композиты используются для производства автомобилей, объектов железнодорожного транспорта, самолетов, ракет, судов, емкостей для хранения жидкостей, трубопроводов , . В технике понятие углеродные материалы связано с материалами, обладающими графитоподобной структурой от кристаллической до полностью аморфной, в том числе углеродуглеродные композиционные материалы УУКМ, состоящие из армирующего каркаса, распределенного в углеродной матрице. Для получения композита с заданными свойствами необходимо определить наиболее выгодное сочетание наполнителя и матрицы, а также выбрать наиболее благоприятный технологический режим их получения . Классификационными признаками углеродных материалов являются состав исходных компонентов коксопековьте композиции, саженаполненные пековые или фенолоформальдегидные и т. Все шире внедряют УУКМ в конструкцию термического оборудования силовые элементы футеровки высокотемпературных печей, замена графита в электродах дуговых электропечей, детали для токоподводящих устройств. Из УУКМ изготавливают трубы и элементы крепления теплообменников для высокотемпературных атомных реакторов с гелиевым охлаждением. Абсолютная инертность углерода по отношению к кислотам, щелочам и солевым растворам, а также к органическим растворителям определяет УУКМ как весьма ценный материал для химической аппаратуры и устройств, условия работы которых требуют применения материалов с высокой механической прочностью. Углеродная основа УУКМ, особенности структуры и армирования материала, а также существующие технологические способы его получения позволяют широко варьировать свойства УУКМ, что позволяет значительно расширить области его применения в будущем , .