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
| Показатель | Значение |
|---|---|
| Плотность | 1,8 г/см3 |
| Предел прочности при | |
| растяжении | 100 МПа |
| изгибе | 200 МПа |
| сжатии | 500 МПа |
| Микротвердость | 1000 МПа |
| Модуль упругости | 23 ГПа |
| Коэффициент Пуассона | 0,273 |
| Ударная вязкость | 13 кДж/м2 |
| Коэффициент термического расширения | 5,5x10-6 К-1 |
| Коэффициент теплопроводности | 30 вт/м.К |
| Удельное электросопротивление | 1,5x10-5 Ом.м |
| Коэффициент газопроницаемости | 1x10-6 см2/с |
| Коэффициент распыления | |
| протонами с энергией 10 кэв | 5x10-3 атом/ион |
| ионами ртути с энергией 0,5 кэв | 5x10-2 атом/ион |
| ионами аргона с энергией 10 кэв | 0,28 атом/ион |
| Пороговая энергия | |
| при распылении ионами ртути | 110 эв |
| Напряженность электрического поля | |
| при пробое в вакууме | 140 кв/см |
| Скорость окисления на воздухе | |
| при температуре 600°С | 7,5x10-6 г/см2.мин |
| при температуре 900°С | 5x10-4 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.