Углеродный нанокомпозит

Углеродный нанокомпозит получают по одностадийной технологии в результате одновременного формирования наночастиц углерода и связывающей их углеродной матрицы с образованием нанокомпозита системы углерод-углерод в одном и том же реакторе. На входе в химический реактор поступает углеродсодержащее сырье, а на выходе из реактора получаем готовую товарную продукцию. Этим технология выгодно отличается от традиционной технологии нанокомпозитов, где наночастицы получают в одном месте по определенной технологии, а консолидируют их в другом месте путем введения наноразмерного наполнителя в матрицу по совсем другой технологии.

Технические характеристики углеродного нанокомпозита

ПоказательЗначение
Плотность1,8 г/см3
Предел прочности при
растяжении100 МПа
изгибе200 МПа
сжатии500 МПа
Микротвердость1000 МПа
Модуль упругости23 ГПа
Коэффициент Пуассона0,273
Ударная вязкость13 кДж/м2
Коэффициент термического расширения5,5x10-6 К-1
Коэффициент теплопроводности30 вт/м.К
Удельное электросопротивление1,5x10-5 Ом.м
Коэффициент газопроницаемости1x10-6 см2
Коэффициент распыления
протонами с энергией 10 кэв5x10-3 атом/ион
ионами ртути с энергией 0,5 кэв5x10-2 атом/ион
ионами аргона с энергией 10 кэв0,28 атом/ион
Пороговая энергия
при распылении ионами ртути110 эв
Напряженность электрического поля
при пробое в вакууме140 кв/см
Скорость окисления на воздухе
при температуре 600°С7,5x10-6 г/см2.мин
при температуре 900°С5x10-4 г/см2.мин

Одностадийная технология углеродного нанокомпозита превосходит традиционную технологию нанокомпозитов, основанную на раздельных технологических операциях получения наночастиц и их консолидации матрицей.

Уникальные свойства углеродного нанокомпозита, подкрепленные возможностью получения крупногабаритных изделий в промышленных масштабах, создали предпосылки для разработки и изготовления изделий медицинской техники и современного машиностроения, не имеющих аналогов в мировой практике. Свойства углеродного нанокомпозита, многократно превосходящие свойства углеродных материалов традиционной технологии, обеспечивают работоспособность как передовых конструкций новой техники – термоядерный реактор, искусственный клапан сердца – так и традиционных элементов современного машиностроения – торцевые уплотнения высокотемпературных агрессивных сред, антифрикционные вкладыши газодинамических подшипников.

Сфера технико-экономически эффективной реализации свойств углеродного нанокомпозита намного шире отмеченных направлений его технического применения.

Предлагаем несколько направлений научно-технического сотрудничества по созданию современной техники с техническими характеристиками выше мирового уровня за счет реализации уникальных свойств углеродного нанокомпозита.

Основные свойства

По прочностным показателям углеродный нанокомпозит в 3 и более раз превосходит лучшие марки углеродных материалов традиционной технологии. Он хорошо обрабатывается механически. Высокая механическая прочность в сочетании с наноразмерными дискретными элементами структуры позволяет изготавливать из него детали сложной геометрической формы с острыми кромками, полированными до высокого класса чистоты поверхности.

Рисунок 1. Углеродный нанокомпозит не теряет своих физико-механических свойств до температуры 2000oС.

1 - изгиб,
2 - растяжение.

Рисунок 2. По высокотемпературной удельной прочности углеродный нанокомпозит превосходит вольфрам.

1 - углеродный нанокомпозит,
2 - вольфрам.

Углеродный нанокомпозит при нормальных условиях инертен практически ко всем химически активным средам. Он стоек в среде кислот, щелочей, хлорорганических соединений, расплавов цветных металлов, фторидов щелочных металлов.

Рисунок 3. По высокотемпературной химической стойкости в активных средах с окислительным потенциалом углеродный нанокомпозит до 300 раз превосходит лучшие марки углеродных материалов конструкционного назначения, изготавливаемых по традиционной технологии.

1 - углеродный нанокомпозит,
2 - углеродные материалы традиционной технологии.

Электрохимический потенциал углеродного нанокомпозита (+0,340 мВ) сопоставим с наиболее пассивными благородными металлами: платиной (+0,332 мВ) и золотом (+0,334 мВ).

Углеродный нанокомпозит непроницаем для жидкости и газа, работоспособен в потоке тепловых нейтронов.